一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置及方法，涉及隧道工程、超前地质预报技术领域，该装置包括隧道模型、断层模型、岩溶模型和孤石模型，隧道模型侧壁方向分别挖掘有掌子面A导洞、掌子面B导洞和掌子面C导洞；断层模型正对掌子面A导洞设置；岩溶模型正对掌子面B导洞设置；孤石模型正对掌子面C导洞设置。该装置可分别模拟断层、岩溶、孤石的不良地质体，其设计巧妙、针对性强、方便易用、适应性强，对隧道超前地质预报有着巨大的推助作用。该方法利用上述装置先进行试验，获取各类不良地质体的优选探测参数；其后利用该探测参数实地探测，可一次性探测预报未开挖区域内的各类不良地质体，其方便快捷，准确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置及方法
本专利技术涉及隧道工程、超前地质预报
领域，具体为一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置及方法。
技术介绍
随着我国道路建设的技术水平不断提高，铁路、高速公路的建设不断深入各种复杂的地质环境，使得隧道工程施工中，地质问题越来越复杂，安全隐患也丰富多变，对于隧道设计勘察和施工期地质超前预报的要求越来越高。现有技术中，各种地质超前预报技术存在预报繁琐、多种预报结果相矛盾、占用隧道施工时间长等问题，难以满足市场发展需要。且现有的探测方法大多仅是在基于相关理论研究基础上，利用数值模拟等手段开展；即使在实际隧道工程项目中开展实验，也因对实际的围岩地质异常没有清晰的了解，仅依据开挖后的围岩大体状况进行预报效果的粗略评价，其无法对预报技术的数据处理及反演算法提供更精确的反馈信息，难以对算法进行适应性调整；另外，现有的探测方法对于影响探测效果的因素考虑较少，也是当前隧道超前地质预报及地表探测效果较差的主要原因之一。隧道长距离地质预报技术是隧道超前地质预报工作的重要研究内容，其探测结果直接关系到隧道建设安全、质量、稳定、可靠等多方面因素。隧道超前地质预报，特别是长距离预报技术一直是本领域难以解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置及方法，通过埋设已知不良地质体，开展关于地质预报的相关实验工作，并充分考虑其影响探测效果的各类因素，提高地质预报探测准确率，可为复杂地质环境下的隧道地质预报的研究提供基础研究条件，对行业技术发展奠定基础。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，包括隧道模型、断层模型、岩溶模型和孤石模型，所述隧道模型为向下挖掘的方形孔，所述隧道模型的三个侧壁的中心位置向远离所述隧道模型方向分别挖掘有掌子面A导洞、掌子面B导洞和掌子面C导洞；所述断层模型为向下挖掘的矩形孔，所述断层模型正对所述掌子面A导洞设置；所述岩溶模型为向下挖掘的圆形孔，所述岩溶模型正对所述掌子面B导洞设置；所述孤石模型为埋设的混凝土块，所述孤石模型正对所述掌子面C导洞设置。进一步的，所述隧道模型的方形孔的边长为2.5m，深度为3.5m；所述掌子面A导洞和掌子面B导洞的下部为长宽均1m的正方形洞，其上部为直径1m的半圆形洞，所述半圆形洞弧顶距离地表2m；所述掌子面C导洞为直径1m的圆洞，所述掌子面C导洞的圆形弧顶距离地表2m；所述掌子面A导洞、掌子面B导洞和掌子面C导洞的洞深均为1m。进一步的，所述断层模型长4m、宽2.5m、深3.5m，所述断层模型的长边中心正对所述掌子面A导洞的轴线设置，所述断层模型距掌子面A导洞的距离为3.5m。进一步的，所述孤石模型的直径为1m，埋深为3m，所述孤石模型的中心正对所述掌子面C导洞的轴线设置，所述孤石模型与掌子面C导洞的距离为3m。进一步的，所述岩溶模型为直径1m的竖井，所述岩溶模型的井深3m，所述岩溶模型的轴线与掌子面B导洞的轴线垂直共面设置，所述岩溶模型与掌子面B导洞的距离为3m。一种隧道不良地质体超前地质预报探测方法，包括如下步骤：S1、在实验室或实地搭建上述隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置；S2、利用探测设备分别对断层、岩溶、孤石、地层分界面进行地质预报实验，获取不同地质环境所对应的最佳探测参数；其中对断层的地质预报实验是指在所述断层模型内填充用于模拟实际断层的不同介质后利用探测设备进行探测，对岩溶的地质预报实验是指在所述岩溶模型内填充用于模拟实际岩溶的不同介质后利用探测设备进行探测，对孤石的地质预报实验是指利用探测设备对埋设的孤石模型进行探测，对地层分界面的地质预报实验是指利用探测设备对隧道底部地层分界面直接进行探测；S3、将探测设备的参数调节到步骤S2中获取的各地质环境所对应的最佳探测参数，用探测模型对实际地质环境进行探测，实现超前预报。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置通过设置隧道模型、断层模型、岩溶模型和孤石模型，可分别模拟断层、岩溶、孤石的不良地质体；同时，通过优化的尺寸设计，使该模拟装置在满足功能要求的前提下尺寸尽可能小，在实际需探测的隧道未开挖区域搭建时施工方便，同时亦可用于实验室内实施室内模拟探测实验，其设计巧妙、针对性强、方便易用、适应性强，对隧道超前地质预报行业的发展有着巨大的推助作用。同时本专利技术提供一种隧道不良地质体超前地质预报探测方法，其先搭建上述模拟装置；其后开展探测试验，获取各种不良地质体的地质图谱特征，并据此获取探测设备对各类不良地质体的优选探测参数；其后利用获得的优选探测参数对实际未开挖区域进行探测，可一次性准确有效地预报未开挖区域内的各类不良地质体，同时结合比之前获取的地质图谱特征可以准确确定不良地质体的位置，并根据激发的物理场在介质中传播特征，判明不良地质体的岩性、结构等特征，其方便快捷，准确性高。附图说明图1为本专利技术一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置的结构示意图；图2为本专利技术一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置的平面分布示意图及尺寸示意图；图3为HSP法进行断层探测实验，采用38Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图；图4为HSP法进行断层探测实验，采用2000Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图；图5为HSP法进行岩溶探测实验，采用38Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图；图6为HSP法进行岩溶探测实验，采用2000Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图；图7为HSP法进行孤石探测实验，采用38Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图；图8为HSP法进行孤石探测实验，采用2000Hz频率地震检波器进行信息接收，获取的成果图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1、图2所示，一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，包括隧道模型1、断层模型2、岩溶模型3和孤石模型4，所述隧道模型1为向下挖掘的方形孔，所述隧道模型1的三个侧壁的中心位置向远离所述隧道模型1方向分别挖掘有掌子面A导洞5、掌子面B导洞6和掌子面C导洞7；所述断层模型2为向下挖掘的矩形孔，所述断层模型2正对所述掌子面A导洞5设置；所述岩溶模型3为向下挖掘的圆形孔，所述岩溶模型3正对所述掌子面B导洞6设置；所述孤石模型4为埋设的混凝土块，所述孤石模型4正对所述掌子面C导洞7设置。在应用时，断层模型2和岩溶模型3内可填充水体、砂土、泥等不同介质模拟实际断层和岩溶的情况，使该探测模拟装置可开展地层分界面的地质预报实验，并可开展诸如断层、岩溶和孤石的隧道不良地质体地层预报实验。基于上述探测模拟装置的隧道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，其特征在于，包括隧道模型(1)、断层模型(2)、岩溶模型(3)和孤石模型(4)，/n所述隧道模型(1)为向下挖掘的方形孔，所述隧道模型(1)的三个侧壁的中心位置向远离所述隧道模型(1)方向分别挖掘有掌子面A导洞(5)、掌子面B导洞(6)和掌子面C导洞(7)；/n所述断层模型(2)为向下挖掘的矩形孔，所述断层模型(2)正对所述掌子面A导洞(5)设置；/n所述岩溶模型(3)为向下挖掘的圆形孔，所述岩溶模型(3)正对所述掌子面B导洞(6)设置；/n所述孤石模型(4)为埋设的混凝土块，所述孤石模型(4)正对所述掌子面C导洞(7)设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，其特征在于，包括隧道模型(1)、断层模型(2)、岩溶模型(3)和孤石模型(4)，
所述隧道模型(1)为向下挖掘的方形孔，所述隧道模型(1)的三个侧壁的中心位置向远离所述隧道模型(1)方向分别挖掘有掌子面A导洞(5)、掌子面B导洞(6)和掌子面C导洞(7)；
所述断层模型(2)为向下挖掘的矩形孔，所述断层模型(2)正对所述掌子面A导洞(5)设置；
所述岩溶模型(3)为向下挖掘的圆形孔，所述岩溶模型(3)正对所述掌子面B导洞(6)设置；
所述孤石模型(4)为埋设的混凝土块，所述孤石模型(4)正对所述掌子面C导洞(7)设置。


2.根据权利要求1所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，其特征在于，所述隧道模型(1)的方形孔的边长为2.5m，深度为3.5m；
所述掌子面A导洞(5)和掌子面B导洞(6)的下部为长宽均1m的正方形洞，其上部为直径1m的半圆形洞，所述半圆形洞弧顶距离地表2m；
所述掌子面C导洞(7)为直径1m的圆洞，所述掌子面C导洞(7)的圆形弧顶距离地表2m；
所述掌子面A导洞(5)、掌子面B导洞(6)和掌子面C导洞(7)的洞深均为1m。


3.根据权利要求2所述的一种隧道不良地质体超前地质预报探测模拟装置，其特征在于，所述断层模型(2)长4m、宽2.5m、深3.5m，所述断层模型(2)的长边中心正对所述掌子面A导洞(5)的轴线设置，所述断层模型(2)距掌子面A导洞(5)的距离为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢松，肖洋，李春林，汪旭，杨玲洁，张优，王福亮，李苍松，丁建芳，
申请(专利权)人：中铁西南科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51