盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统及方法，激电测深法超前预报系统包括供电电极系、测量电极系、多通道激电数据采集仪和数据处理终端；供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，测量电极系包括测量电极M和无穷远测量电极N，供电电极A用于产生激发极化点电源场，测量电极M用于测量电位差，供电电极系、测量电极系组成激电二极测深装置；供电电极A和测量电极M利用盾构机支撑环上的注浆预留孔道布置在掌子面或其附近的隧道壁处，供电电极A和多个测量电极M呈环形布置；无穷远供电电极B和无穷远测量电极N布置在隧道的远离掌子面的侧壁或底板上且相互隔离；实现对隧道掌子面前方地质体电性分布特征的探测目的。探测目的。探测目的。

【技术实现步骤摘要】
盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统及方法


[0001]本专利技术涉及隧道超前预报领域，尤其涉及一种盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，我国在建的隧道中盾构施工的隧道占比很大，由于盾构法施工较山地法施工掘进速度快、施工安全等优点。采用盾构法施工已成为主流方式。但是当采用盾构法施工时由于掌子面前方的孤石、流沙、岩溶等不良地质灾害时都会造成刀盘、刀具损毁，影响盾构机正常掘进，甚至影响施工安全。
[0003]为了降低盾构施工中遭遇上述事故风险，采用各种超前地质预报方法进行预警，以便对这些不良地质病害及时调整或处理，降低施工风险。
[0004]由于盾构机庞大结构及施工特点，很多常规地质预报方法在盾构施工隧道内都无法使用或受到很大限制，致使盾构法隧道施工对不良地质条件的适应性较差，因成熟的专门针对或适合于盾构施工的地质超前预报系统较少，或不成熟。目前盾构施工隧道中预报中主要采用水平超前钻方法，这种方法费工费时且有盲点，只能探明刀盘周边而对于掌子面前方的孤石等无法查明。另一种是德国技术：BEAM(Bore
‑
Tunneling Electrical Ahead Monitoring),是一种受施工干扰大、价格昂贵且测试时间长，很费工费时的电磁类超前预报方法。目前在我国应用效果很不理想。因此在盾构施工隧道中，尚没有有效预报方法。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统和方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]根据本专利技术的一方面，所述激电测深法超前预报系统包括供电电极系、测量电极系、多通道激电数据采集仪和数据处理终端；其中，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B，所述测量电极系包括测量电极M和无穷远测量电极N，所述供电电极A用于产生激发极化点电源场，所述测量电极M用于测量产生的激发极化点电源场的电位差，所述供电电极系、测量电极系组成激电二极测深装置；所述供电电极A和测量电极M布置在掌子面或其附近的隧道壁处，供电电极A布置有一个，测量电极M布置有多个，且供电电极A和多个测量电极M呈环形布置；所述无穷远供电电极B和无穷远测量电极N布置在隧道的远离掌子面的侧壁或底板上，且相互隔离；所述多通道激电数据采集仪与所述供电电极系和测量电极系连接的各个电极连接，其也与数据处理终端连接，用于设置供电参数及测量各个测点的一次场电位差以及二次场电位差，并将供电参数及测得的电位差传输至数据处理终端；所述数据处理终端利用采集的一次场及二次场绘制曲线图并进行分析，从而判断掌子面前方地层地质情况。
[0008]在一些实施例中，所述供电电极A和测量电极M是在盾构机内穿过支撑环盘周上的
多个注浆预留孔道，从而伸出到盾构机支撑环外，所述供电电极A和测量电极M的数量与盾构机的支撑环上的注浆预留孔道数量一致，位置与各个预留注浆预留孔道的位置对应。
[0009]在一些实施例中，所述供电电极A和测量电极M为软体不极化电极，所述软体不极化电极包括软袋和设置在所述软袋内的传导体盐液，所述传导体盐液透过所述软袋渗透至隧道壁，使其形成电的通路。
[0010]在一些实施例中，所述软体不极化电极的后端设有定位安装杆，以使得所述软体不极化电极伸出盾构机支撑环盘周上的注浆预留孔道。
[0011]在一些实施例中，所述软体不极化电极的后端也设有与所述多通道激电数据采集仪连接的信号传输线。
[0012]在一些实施例中，所述软体不极化电极包括设置在所述软袋内的金属电极、金属盐晶体和吸水体，所述传导体盐液通过金属盐晶体浸泡溶剂形成，所述金属盐晶体填充于所述金属电极周边，所述金属电极一端伸出所述软袋的开口并与所述定位安装杆连接。
[0013]在一些实施例中，所述无穷远供电电极B、无穷远测量电极N与所述供电电极A、测量电极M的水平距离不小于750米。
[0014]在一些实施例中，所述多通道激电数据采集仪的供电参数包括供电电流、供电电压、波形和供电周期。
[0015]在一些实施例中，所述多通道激电数据采集仪对所述供电电极A和无穷远供电电极B供以正负交替的矩形脉冲电流，占空比为1：1，供电周期为2～20s，供电电流2～8A，供电电压600～1000V，同步方式采用判别电压变化上升沿和下降沿的内同步方式。
[0016]在一些实施例中，所述供电电极A位于掌子面的最高位置，各所述测量电极M均匀且在掌子面的竖向直径两侧水平对称布置，使得对称分布的两个测点位置的测量电极M到供电电极A的距离是相等的。
[0017]根据本专利技术的另一方面，也提供了一种盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报方法，所述方法包括如下步骤：
[0018]布置供电电极A和无穷远供电电极B、测量电极M和无穷远测量电极N：在隧道掌子面或附近，通过盾构机支撑盘周预留的多个注浆孔道中的一个注浆孔道布置供电电极A，通过其余的注浆孔道布置多个测量电极M，以使得所述供电电极A和多个测量电极M呈环形布置；在隧道距离掌子面不下于750m的隧道壁或底板处布置所述无穷远供电电极B和无穷远测量电极N；
[0019]固定供电电极A，分别连接支撑环周边的测量电极M，逐个测量不同位置的测点的一次场电位差以及二次场电位差，并将测得的电位差数据传输至数据处理终端；
[0020]所述数据处理终端利用采集的一次场及二次场绘制曲线图并进行大地极化效应分析，从而判断掌子面前方地层地质情况。
[0021]在一些实施例中，对所述供电电极A和无穷远供电电极B供以正负交替的矩形脉冲电流，占空比为1：1，供电周期为2～20s，供电电流2～8A，供电电压600～1000V；
[0022]逐个测量各测量电极M的一次场电位差、断电以后不同时间二次场电位差，将水平对称的两个测量电极M的平均值作为该测点的观测值；
[0023]对每个测量电极M对应测点位置的衰减曲线进行分析，挑选剔除干扰，并计算观测参数，所述观测参数包括视电阻率、视极化率和视充电率；
[0024]利用二维约束反演迭代成像处理方法获得等视电阻率ρs、等视极化率ηs、等视充电率Ms二维图像，并进行大地极化效应分析，从而判断前方地层含水情况。
[0025]根据本专利技术实施例的盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统及方法，至少具有以下有益效果：
[0026]本专利技术实施例的激电测深法超前预报系统没有对现盾构机做任何改动，均是在对盾构机现有内部空间环境和装置系统综合考量下的增加和改进，可与盾构机具有良好兼容。利用支撑环盘周的预留孔道将供电电极A和测量电极M伸出盾构机，用软体不极化电极使电极与隧道壁充分耦合，以形成沿隧道径向且环形分布的多个电极群，实现了盾构施工隧道的前向地质超前预报。
[0027]本专利技术实施例的激电测深法超前预报系统突破了全断面开挖隧道地质超前预报探测空间狭小的难题，采用环形布置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统，其特征在于，所述激电测深法超前预报系统包括供电电极系、测量电极系、多通道激电数据采集仪和数据处理终端；其中，所述供电电极系包括供电电极A和无穷远供电电极B；所述测量电极系包括测量电极M和无穷远测量电极N，所述供电电极A用于产生激发极化点电源场，所述测量电极M用于测量产生的激发极化点电源场的电位差，所述供电电极系、测量电极系组成激电二极测深装置；所述供电电极A和测量电极M布置在掌子面或其附近的隧道壁处，供电电极A布置有一个，测量电极M布置有多个，且供电电极A和多个测量电极M呈环形布置；所述无穷远供电电极B和无穷远测量电极N布置在隧道的远离掌子面的侧壁或底板上，且相互隔离；所述多通道激电数据采集仪与所述供电电极系和测量电极系连接的各个电极连接，其也与数据处理终端连接，用于设置供电参数及测量各个测点的一次场电位差以及二次场电位差，并将供电参数及测得的电位差传输至数据处理终端；所述数据处理终端利用采集的一次场及二次场绘制曲线图并进行分析，从而判断掌子面前方地层地质情况。2.根据权利要求1所述的盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统，其特征在于，所述供电电极A和测量电极M是在盾构机内穿过支撑环盘周上的多个预留注浆预留孔道，从而伸出到盾构机支撑环外，所述供电电极A和测量电极M的数量与盾构机的支撑环上的注浆预留孔道数量一致，位置与各个预留注浆预留孔道的位置对应。3.根据权利要求1所述的盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统，其特征在于，所述供电电极A和测量电极M为软体不极化电极，所述软体不极化电极包括软袋和设置在所述软袋内的传导体盐液，所述传导体盐液透过所述软袋渗透至隧道壁，使其形成电的通路。4.根据权利要求3所述的盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统，其特征在于，所述软体不极化电极的后端设有定位安装杆，以使得所述软体不极化电极伸出盾构机支撑环盘周上的预留注浆预留孔道；所述软体不极化电极的后端也设有与所述多通道激电数据采集仪连接的信号传输线。5.根据权利要求4所述的盾构施工隧道使用的激电测深法超前预报系统，其特征在于，所述软体不极化电极包括设置在所述软袋内的金属电极、金属盐晶体和吸水体，所述传导体盐液通过金属盐晶体浸泡溶剂形成，所述金属盐晶体填充于所述金属电极周边，所述金属电极一端伸出所述软袋的开口并与所述定位安装杆连接。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，李郎平，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：