一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水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刀盘‑内置聚焦式电法探水系统及方法，包括：电极系、电极伸缩装置和激发极化探测仪器，所述电极伸缩装置前端与电极系尾部安装有压力传感器，在测试中，通过压力的数值间接反映电极系与土层的贴合情况，并在判断测量电极及供电电极接触状态良好后，对激发极化参数数据进行采集，实时探查盾构机前方赋存水体灾害源。本公开提出了一种盾构搭载的盾构机刀盘‑内置聚焦式电法探水系统，实现了盾构机与激发极化超前探测仪器的搭载集成，不干扰盾构施工，自动化程度高。

A kind of water detection system and method for shield machine cutterhead built-in focusing electrical method

【技术实现步骤摘要】
一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统及方法
本专利技术属于地球物理探测领域，尤其涉及一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统及方法。
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。在地铁隧道建设中，盾构法施工在大部分城市中在占着较大的比重，我国大多城市都建设在冲洪积平原上，土体隧道居多，部分城市有着较为复杂的岩溶地区、富水层等不良地质，而且大多数修建于闹市区，对地层变形和既有设施的保护要求相当严格，当盾构掘进通过溶洞发育区时容易引发盾构机栽头、陷落或者地表沉降过大甚至坍塌等安全事故。以国内现有技术而言，地铁前方预报方法应以地面方法为主(20m以上)、掌子面方法为辅。地面探测受各种干扰影响较大，如振动、电磁干扰等等，例如北京地铁开工前要进行地面雷达法空洞扫描探测，测线间距4m，探测深度基本在6m以上，而隧道实际开挖在10m以下，该探测方法对于隧道施工的帮助不大，而刀盘与掌子面之间空间狭小，传统的预报方法没有施展空间，可获取的数据较少。地铁施工前方的地质情况难以通过地面勘探、传统地质预报的方法来解决，可获取的数据很少，这就使得施工具有了大量的未知性，仅仅通过驾驶员的经验和设计图纸来判断前方的地质情况是远远不够的，也增加了施工的风险。这种未知性，造成了人力物力的消耗、增加了成本，工期的延误，甚至会对周边的人员、建筑物造成不可估量的损失。这更说明，与地铁盾构前方及周边的相关的数据信息对施工异常关键，可为工程提供重要的参考。因此在较为复杂的地质环境及地面环境下修建地铁隧道时，对超前地质预报技术的需求是非常迫切的，同时技术要求更加精细。
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刀盘、内置聚焦式电法探水系统及方法，能够实时探查盾构机前方赋存水体灾害源，并与地勘报告结合，确保掘进的安全性和效率。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：一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，包括：电极系、电极伸缩装置和激发极化探测仪器；所述电极系包括测量电极、供电电极和同性源供电电极、无穷远电极B极和无穷远电极N极；所述无穷远电极B极和部分同性源电极安装在盾构管片上，所述的无穷远电极N极安装在围岩上，所述测量电极和供电电极和部分同性源电极分别通过电极伸缩装置搭载于盾构机上；所述激发极化探测仪器控制电极伸缩装置驱动测量电极、供电电极和部分同性源电极的伸缩；所述电极伸缩装置前端与电极系尾部安装有压力传感器，在测试中，通过压力的数值间接反映电极系与土层的贴合情况，并在判断测量电极及供电电极接触状态良好后，对激发极化参数数据进行采集，实时探查盾构机前方赋存水体灾害源。进一步的技术方案，所述供电电极安装在刀盘上，驱动供电电极A0伸缩的电极伸缩装置尾部固定在刀盘上；所述部分同性源供电电极安装在盾构机的盾壳上；驱动部分同性源电极伸缩的电极伸缩装置尾部固定在盾壳上。进一步的技术方案，所述供电电极内置于刀盘中，供电电极外表面在盾构机掘进过程中保持与刀盘平齐，或者略凹于刀盘。进一步的技术方案，所述供电电极和测量电极均应固定在刀盘的开口处。进一步的技术方案，在盾构机盾体上布设驱动同性源供电电极，第一环同性源供电电极距离掌子面一定距离，布置于推进油缸处，其他环的供电电极布置可超过盾壳，直接布置于管片，不需要接触围岩。进一步的技术方案，所述供电电极位于刀盘的中心位置，围绕供电电极由近及远布置测量电极，取供电电极与测量电极的中点作为测量点；随着供电电极与测量电极位置的不断变化和间距的增大，测量深度也逐渐增大，最后在掌子面上形成一系列的测深点。进一步的技术方案，根据测深点探测的数据，利用三维反演技术，获取前方不明水体的精细探测和含水量估算。进一步的技术方案，安装在刀盘上的电极载体装置除去与盾体的连接处外，为一个封闭、独立的个体，包括：金属壳体、无线数据传输系统、自供电系统、电极伸缩装置、压力传感器、位移传感器、绝缘垫、密封刷。进一步的技术方案，激发极化探测仪器通过无线数据传输系统与上位机通信，传输数据并接收所下发的指令。本专利技术还公开了一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统的控制方法，利用盾构机安装管片的间隙进行探测，包括：分别控制搭载在盾构机上的测量电极和供电电极伸出，并与围岩接触；通过测量接触围岩的测量电极与布置在隧道边墙上的无穷远电极N极之间电阻值，以及压力传感器的量值来确定测量电极接触状态是否良好；通过测量接触土层的供电电极与布置在隧道边墙上的无穷远电极B极之间电阻值，以及压力传感器的量值来确定供电电极接触状态是否良好；通过调整自动伸缩装置的行程来保证接触状态的良好，测量电极和供电电极分别与土层接触良好后，对激发极化参数数据进行采集。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：基于本公开的系统及方法能够实时探查盾构机前方赋存水体灾害源，主要包括含水层、储层构造的分布、规模、富水程度的情况，并与地勘报告结合，确保掘进的安全性和效率。本公开提出了一种盾构搭载的盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，实现了盾构机与激发极化超前探测仪器的搭载集成，不干扰盾构施工，自动化程度高。本公开设计了一种适用于盾构施工环境的观测模式，电极系安装在盾构机刀盘、护盾、与盾构管片上，可较好的利用空间，实现盾构隧道无法进行实时探水。本公开提出了利用盾构管片拼装的间隙进行探测的方式，实现了短距离多测量来提取海量数据的方法，进一步保证了预报的准确性以及施工的安全性。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探测电极布置剖面示意图；图2为本专利技术实施例一刀盘探测电极布置示意图；图3为本专利技术实施例一电极载体示意图；图中，1供电电极A0、2测量电极M、3同性源供电电极A1、4无穷远供电电极B、5无穷远测量电极N、6激发极化探测仪器、7金属壳体、8无线数据传输系统、9自供电系统、10电极伸缩装置、11压力传感器、12位移传感器、13绝缘垫、14密封刷。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。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，包括：电极系、电极伸缩装置和激发极化探测仪器；/n所述电极系包括测量电极、供电电极和同性源供电电极、无穷远电极B极和无穷远电极N极；/n所述无穷远电极B极和部分同性源电极安装在盾构管片上，所述的无穷远电极N极安装在围岩上，所述测量电极和供电电极和部分同性源电极分别通过电极伸缩装置搭载于盾构机上；/n所述激发极化探测仪器控制电极伸缩装置驱动测量电极、供电电极和部分同性源电极的伸缩；/n所述电极伸缩装置前端与电极系尾部安装有压力传感器，在测试中，通过压力的数值间接反映电极系与土层的贴合情况，并在判断测量电极及供电电极接触状态良好后，对激发极化参数数据进行采集，实时探查盾构机前方赋存水体灾害源。/n

【技术特征摘要】
1.一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，包括：电极系、电极伸缩装置和激发极化探测仪器；
所述电极系包括测量电极、供电电极和同性源供电电极、无穷远电极B极和无穷远电极N极；
所述无穷远电极B极和部分同性源电极安装在盾构管片上，所述的无穷远电极N极安装在围岩上，所述测量电极和供电电极和部分同性源电极分别通过电极伸缩装置搭载于盾构机上；
所述激发极化探测仪器控制电极伸缩装置驱动测量电极、供电电极和部分同性源电极的伸缩；
所述电极伸缩装置前端与电极系尾部安装有压力传感器，在测试中，通过压力的数值间接反映电极系与土层的贴合情况，并在判断测量电极及供电电极接触状态良好后，对激发极化参数数据进行采集，实时探查盾构机前方赋存水体灾害源。


2.如权利要求1所述的一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，所述供电电极安装在刀盘上，驱动供电电极A0伸缩的电极伸缩装置尾部固定在刀盘上；
所述部分同性源供电电极安装在盾构机的盾壳上；驱动部分同性源电极伸缩的电极伸缩装置尾部固定在盾壳上。


3.如权利要求1所述的一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，所述供电电极内置于刀盘中，供电电极外表面在盾构机掘进过程中保持与刀盘平齐，或者略凹于刀盘。


4.如权利要求1所述的一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，所述供电电极和测量电极均应固定在刀盘的开口处。


5.如权利要求1所述的一种搭载于盾构机刀盘-内置聚焦式电法探水系统，其特征是，在盾构机盾体上布设驱动同性源供电电极，第一环同性源供电电极距离掌子面一定距离，布置于推进油缸处，其他环的...

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