一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统及方法技术方案

本公开提供了一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统及方法，包括检波器三维观测系统、震源多点检测系统、信号通讯系统和处理系统；检波器三维观测系统，包括多组环状检测单元，各组环状检测单元依次沿隧道断面布置，每组环状检测单元均包括多个沿断面呈环状设置的三分量检波器；震源多点检测系统，包括设置于凿岩台车机械臂上的检测元件，检测凿岩台车施工状态时对掌子面各震源点的震动激发信号，检测信息通过无线方式进行传输；根据震源点检测元件和三分量检波器的检测信息，进行掌子面前方不良地质体三维成像。本公开的预报工作与施工钻进同步进行，不影响隧道的施工进度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统及方法


[0001]本公开属于地震波超前地质预报
，具体涉及一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统及方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]钻爆法施工是目前岩石隧道的主要施工方法之一。其中，凿岩台车钻孔爆破法具有施工速度快、自动化程度高、施工安全、施工质量高、减轻劳动强度等优点，因此在隧道施工中的应用愈加广泛。
[0004]塌方、岩溶、突水突泥等不良地质灾害为隧道施工带来了极大的安全隐患，因此有必要对隧道掌子面前方的不良地质体进行探查，为隧道安全施工提供保障。地震波勘探方法能够探明隧道掌子面前方赋存的断层、破碎带等不良地质体，且探测距离远，是一种高效的隧道施工超前地质预报方法。
[0005]综上所述，地震波法超前地质预报技术具有其独特的优势，但仍然存在以下问题：
[0006](1)目前尚无适用于凿岩台车边施工边进行超前地质预报的技术方案，传统预报方法需停止施工钻进，影响施工进度，不适用于隧道大型机械化施工。
[0007](2)隧道边墙检波器布置形式简单，大多采用线性布置，无法准确获取掌子面前方岩体的三维波场信息，对于不良地质体易出现漏报、错报等现象。
[0008](3)隧道施工环境复杂，给检波器布线和数据采集设备接线带来了很大的困难。

技术实现思路

[0009]本公开为了解决上述问题，提出了一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统及方法，本公开能够利用施工钻头破岩振动作为震源，隧道边墙布置检波器接收信号，其预报工作与施工钻进同步进行，不影响隧道的施工进度，与大型机械化施工相契合。
[0010]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0011]一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，包括检波器三维观测系统、震源多点检测系统、信号通讯系统和处理系统，其中：
[0012]所述检波器三维观测系统，包括多组环状检测单元，各组环状检测单元依次沿隧道断面布置，每组环状检测单元均包括多个沿断面呈环状设置的三分量检波器；
[0013]所述震源多点检测系统，包括设置于凿岩台车机械臂上的检测元件，用于检测凿岩台车施工状态时对掌子面各震源点的震动激发信号；
[0014]所述信号通讯系统，包括多个无线通信模块，将震源点检测元件和三分量检波器的检测信息通过无线方式进行传输；
[0015]所述处理系统，被配置为根据震源点检测元件和三分量检波器的检测信息，进行掌子面前方不良地质体三维成像。
[0016]作为可选择的实施方式，每一组环状检测单元均包括至少四个三分量检波器，所述三分量检波器按照环形断面圆周依次设置。
[0017]作为可选择的实施方式，不同组环状检测单元的对应的三分量检波器中至少有一部分设置高度不一致。
[0018]作为可选择的实施方式，不同组环状检测单元的三分量检波器在不同断面上，具有水平、垂向或/和隧道轴向三个方向上的偏移距。
[0019]作为可选择的实施方式，相邻断面之间的间距相同。或不同。
[0020]作为可选择的实施方式，所述三分量检波器通过固定装置固定于隧道侧壁上，所述固定装置包括固定底座和固定块，所述固定底座至少一部分嵌入侧壁内，所述固定块和固定底座螺纹连接，所述固定块上固定所述三分量检波器。
[0021]作为可选择的实施方式，所述三分量检波器还连接或包括有无线通信模块。
[0022]作为可选择的实施方式，所述震源点检测元件为三分量加速度传感器，通过磁铁吸附于凿岩台车机械臂上，距离钻头设定范围内。
[0023]作为可选择的实施方式，所述三分量加速度传感器连接或包括有无线通信模块。
[0024]作为可选择的实施方式，所述掌子面上的震源点呈两列对称布置，每列震源点数量一致，且对应震源点的设置高度一致。
[0025]基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：
[0026]沿隧道不同环形断面分别布置一组环状检测单元依次，每组环状检测单元包括多个沿断面圆周设置的三分量检波器；
[0027]凿岩台车机械臂上钻头附近设置检测元件，掌子面上设置多个震源点，检测凿岩台车施工状态时对掌子面各震源点的震动激发信号；
[0028]检测元件和三分量检波器的检测信息通过无线方式传输给处理系统，处理系统基于检测信号进行掌子面前方不良地质体三维成像。
[0029]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0030]本公开利用凿岩台车钻头破岩振动作为震源，隧道边墙处布置检波器接收信号，预测工作与施工钻进同步进行，不影响隧道的施工进度，与大型机械化施工相契合。
[0031]本公开震源和检波器的布置采用三维空间观测方式，可获取掌子面前方岩体的三维波场信息，实现不良地质体的有效探测。
[0032]本公开震源检测元件和检波器中均设计有无线模块和电源模块，可以通过无线方式实现数据传输，避免繁重的接线工作，节省了人力和时间。
[0033]为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0034]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0035]图1为凿岩台车地震波超前地质预报观测系统布置流程图；
[0036]图2为掌子面震源布置示意图；
[0037]图3为检波器三维空间布置示意图；
[0038]图4(a)、(b)、(c)分别为各环形断面检波器布置示意图；
[0039]图5为震源信号采集装置布置示意图；
[0040]图6为检波器固定装置示意图；
[0041]图中：1.隧道掌子面，2.震源点，3.环形断面，4.三分量检波器，5.凿岩台车机械臂，6.钻头，7.三分量加速度传感器，8.隧道侧壁，9.固定柱，10.固定器，11.螺纹。
具体实施方式：
[0042]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0043]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0044]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公开的示例性实施方式。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。
[0045]在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，其特征是：包括检波器三维观测系统、震源多点检测系统、信号通讯系统和处理系统，其中：所述检波器三维观测系统，包括多组环状检测单元，各组环状检测单元依次沿隧道断面布置，每组环状检测单元均包括多个沿断面呈环状设置的三分量检波器；所述震源多点检测系统，包括设置于凿岩台车机械臂上的检测元件，用于检测凿岩台车施工状态时对掌子面各震源点的震动激发信号；所述信号通讯系统，包括多个无线通信模块，将震源点检测元件和三分量检波器的检测信息通过无线方式进行传输；所述处理系统，被配置为根据震源点检测元件和三分量检波器的检测信息，进行掌子面前方不良地质体三维成像。2.如权利要求1所述的一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，其特征是：每一组环状检测单元均包括至少四个三分量检波器，所述三分量检波器按照环形断面圆周依次设置。3.如权利要求1所述的一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，其特征是：不同组环状检测单元的对应的三分量检波器中至少有一部分设置高度不一致。4.如权利要求1所述的一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，其特征是：不同组环状检测单元的三分量检波器在不同断面上，具有水平、垂向或/和隧道轴向三个方向上的偏移距。5.如权利要求1所述的一种施工同步的凿岩台车地震波超前探测观测系统，其特征是：所述三分量检波器通过固定装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，石少帅，郭伟东，曹天宇，赵瑞杰，卜林，祝向向，张涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：