一种搭载于盾构机的不良地质探测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种搭载于盾构机的不良地质探测系统及方法，包括：自动化激发装置，环向布置于盾构机中盾，对中盾预留孔施加击打；二维光纤检波器，沿着盾构区间的掘进方向，在盾构管片上环向布置，对击打后的波形信号进行检测；数据采集模块，采集二维光纤检波器的信号，采集的数据信号传送到数据处理主机，数据处理主机根据接收到的探测信号，确定掌子面前方的地质构造，并且确定其位置。能够快速较精确获取盾构施工前方的不良地质信息，基本不受外界环境的影响。

A bad geological detection system and method carried on shield machine

【技术实现步骤摘要】
一种搭载于盾构机的不良地质探测系统及方法
本专利技术属于地球物理探测
，尤其涉及一种搭载于盾构机的不良地质探测系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，轨道交通建设进入了蓬勃发展时期。大部分地铁施工在地面以下进行，施做方法主要有三大类：明挖法、暗挖法、盖挖法。在市区，为了保证城市的正常运转，大规模的封路进行地下区间的施工时不可能的，所以暗挖法占据了在区间施工中占了很大的比重，在暗挖法中，盾构法具有良好的隐蔽性，不受地面交通、河道、航运、季节等条件的影响，地面沉降量可控制，而且能较经济合理地保证隧道安全施工，掘进效率高，基本不扰民等优点，现在已成为我国大多数地铁区间施工的首选方法。与此同时，地铁线路的施工过程中，不可避免的会经过岩溶发育区、破碎带、暗河、裂隙等不良地层，这些不良地层有些是在勘察期间已经探明的，而有些因为种种原因是没有探明的，这就使得施工具有了更多未知性，带来了很大的灾害和风险。如不能提前预警及处理，将会对给施工单位、沿线建筑、居民带来不可估量的损失和伤害。但专利技术人发现目前为止，盾构施工的依据仍停留在地面勘察阶段时的设计图纸及盾构机操作人员的经验，仅有德国研发的BEAM系统能够搭载于盾构机上，实现实时地质预报，但也仅仅能探测到前方岩体的完整性和含水性，这对施工来说是远远不够的。现在的盾构施工具有一定的主观性，为了施工人员安全、机械安全以及工程的按期交付埋下了隐患，所以有必要提出一种预报不良地质的方法，地震波超前探测方法以其较远的探测距离和较好的界面识别效果，在隧道中得到了较为广泛的应用，但尚无在盾构区间内使用地震波法来对盾构施工前方的地质进行预报的方法。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，具有快速较精确获取盾构施工前方的不良地质信息，基本不受外界环境的影响优点；同时利用盾构管片拼装的间歇，既可以进行地质超前预报又可以进行设备的检修的优势。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，包括：自动化激发装置，环向布置于盾构机中盾，对中盾预留孔施加击打；二维光纤检波器，沿着盾构区间的掘进方向，在盾构管片上环向布置，对击打后的波形信号进行检测；数据采集模块，采集二维光纤检波器的信号，采集的数据信号传送到控制平台，由控制平台传至数据处理主机，数据处理主机根据接收到的探测信号，确定掌子面前方的地质构造，并且确定其位置。控制平台，是整个探测系统的核心，控制着自动化激发装置、数据采集模块、便携式检波器和数据处理主机的工作状态和时间。进一步的技术方案，所述自动化激发装置包括控制模块、动力装置和激震执行模块，控制模块下发控制指令至动力装置，动力装置为激震执行模块提供驱动力，激震执行模块设置于盾构机中盾中，对中盾预留孔施加击打。进一步的技术方案，所述自动化激发装置还包括位置传感器，在激发装置激发的瞬间，将激发信号传至数据处理主机，数据处理主机开始接受数据。进一步的技术方案，所述自动化激发装置还包括安装座，安装在盾构机中盾，环向布置共计2环，沿盾构机两侧均匀布置。进一步的技术方案，一种搭载于盾构机的不良地质探测系统还包括：便携式检波器装置，便携式检波器装置包括检波器、耦合剂、小型伸缩杆在检测到二维光纤检波器失效或失灵时，便携式检波器装置工作。进一步的技术方案，小型伸缩杆分为多节、长度可调，前端第一节和第二节中间用球较连接，角度可调，端部安装有检波器，尾部安装有三角固定装置。进一步的技术方案，二维光纤检波器置于盾构管片外侧，信号利用光纤传出，由数据处理主机接收。进一步的技术方案，所述盾构管片内侧布置一到两个检波器预留端口，用于与数据采集模块相连。本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种搭载于盾构机的不良地质探测方法，包括：步骤1安装盾构机中盾处的自动化激发装置的与盾构管片；步骤2在盾构机掘进一环距离后，利用安装管片的间隙，给自动化激发装置供电，进行各个点试锤击；步骤3若锤击效果满足要求，各个点依次敲击三次，接收数据，关闭自动化激发装置电源，进行地质情况反演；步骤4若锤击效果不满足要求，加重锤击力度，加大力度后若能解决，则进行步骤3，若不能解决，则考虑更换自动化激发装置，更换后，继续进行试锤击，观察效果，若效果良好，重复步骤3步骤5若锤击力度加至最大后仍无法接收到数据，则考虑二维检波器是否损坏，若损坏，在无法更换的情况下，采用便携式检波器作为备用检波器，再次进行试锤击，效果良好后，重复步骤3。进一步的技术方案，步骤5中，采用便携式检波器作为备用检波器时，利用小型伸缩杆将涂有耦合剂的检波器送入吊装孔中，并固定小型伸缩杆。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本专利技术的确定盾构施工区间前方的不良地质的预报系统及其使用方法，与现有情况相比，具有如下优点：1、能够快速较精确获取盾构施工前方的不良地质信息，基本不受外界环境的影响。2、同时利用盾构管片拼装的间歇，既可以进行地质超前预报又可以进行设备的检修。3、能够做到不耽误盾构施工的情况下，进行大量的地质超前预报，为盾构施工提供依据，遇到不良地质时可提前处理，避免出现一些危险的情况，从而保证施工进度和施工安全。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例一整体结构示意图；图2为本专利技术实施例一自动化激发装置安装示意图；图3为本专利技术实施例一数据采集模块安装示意图；图4为本专利技术实施例一另一种数据采集模块安装示意图；图5为本专利技术实施例一数据采集模块与二维光纤检波器连接示意图；图6为本专利技术实施例一自动化激发装置内部结构示意图；图中，10、自动化激发装置，20、二维光纤检波器，30、控制平台，40、数据采集模块，50、便携式检波器，60、通讯模块、70、数据处理主机；安装座101、传感器102、激震执行模块103、空气压缩机104、直流电源105、信号传输与接收模块106、外壳107。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。术语解释部分:本专利技术中的术语“安装”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，包括：/n自动化激发装置，环向布置于盾构机中盾，对中盾预留孔施加击打；/n二维光纤检波器，沿着盾构区间的掘进方向，在盾构管片上环向布置，对击打后的波形信号进行接收；/n数据采集模块，采集二维光纤检波器的信号，采集的数据信号传送到数据处理主机，数据处理主机根据接收到的探测信号，确定掌子面前方的地质构造，并且确定其位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，包括：
自动化激发装置，环向布置于盾构机中盾，对中盾预留孔施加击打；
二维光纤检波器，沿着盾构区间的掘进方向，在盾构管片上环向布置，对击打后的波形信号进行接收；
数据采集模块，采集二维光纤检波器的信号，采集的数据信号传送到数据处理主机，数据处理主机根据接收到的探测信号，确定掌子面前方的地质构造，并且确定其位置。


2.如权利要求1所述的一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，所述自动化激发装置包括控制模块、动力装置和激震执行模块，控制模块下发控制指令至动力装置，动力装置为激震执行模块提供驱动力，激震执行模块设置于盾构机中盾中，对中盾预留孔施加击打。


3.如权利要求2所述的一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，所述自动化激发装置还包括位置传感器，在激发装置激发的瞬间，将激发信号传至数据处理主机，数据处理主机开始接受数据。


4.如权利要求1或2所述的一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，所述自动化激发装置还包括安装座，安装在盾构机中盾，环向布置共计2环，沿盾构机两侧均匀布置。


5.如权利要求1-4任一所述的一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其特征是，还包括：便携式检波器装置，便携式检波器装置包括检波器、耦合剂、小型伸缩杆在检测到二维光纤检波器失效或失灵时，便携式检波器装置工作。


6.如权利要求5所述的一种搭载于盾构机的不良地质探测系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利平，王凯，王旌，孙尚渠，熊逸凡，宋曙光，巴兴之，张益杰，刘正好，房忠栋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37