[发明专利]TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统及方法

权利要求书

1.一种TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，在TBM主体内设有主控室，主控室内设有控制器、前向三维激发极化发射机、前向三维激发极化接收机；在TBM主体的刀盘上设有至少一个供电和测量电极舱，其上安装多层岩石耦合集成电极及其支撑装置以及舱门，多层岩石耦合集成电极在工作面上形成相应的侧线；在TBM主体工作面后方底板设有供电电极B和接收电极N，岩石耦合集成电极分别通过导线与控制器、前向三维激发极化发射机、前向三维激发极化接收机连接，供电电极B和接收电极N分别与前向三维激发极化发射机、前向三维激发极化接收机连接；在TBM主体前端和四周还设有屏蔽电极舱及其递送装置，屏蔽电极舱安装屏蔽电极P；在供电和测量电极舱还设有视频监视装置，它与主控室连接。

2.如权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述供电和测量电极舱有沿TBM主体中心对称分布的左右两个，供电和测量电极舱的舱门分为上下两扇，其中一扇带有凸槽，另一扇带有凹槽；舱门启闭由控制器控制。

3.如权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述支撑装置包括平行的三个测线导杆，各测线导杆间通过竖直液压升降装置连接，在各测线导杆两端还设有水平液压扩展装置，中间位置的测线导杆与水平液压递送装置连接；岩石耦合集成电极安装在各测线导杆及两端水平液压扩展装置上；相邻测线导杆之间为1.5m-2.0m。

4.如权利要求1或3所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述岩石耦合集成电极包括集成在一起的岩石耦合供电电极A和岩石耦合接收电极M两部分，其中岩石耦合供电电极A包括金属电极，金属电极置于PVC外壳内，金属电极顶端为岩石耦合材料，底端与导线连接；岩石耦合接收电极M包括不极化电极，它置于另一PVC外壳内，其顶端是电极帽，底端与导线连接。

5.如权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述视频监视装置由前置摄像机和多视窗显示器构成，前置摄像机安装在供电和测量电极舱内，且带有照明灯，并将画面传输到显示器，显示器安设在TBM主控室内，前置摄像机由控制器控制。

6.如权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述屏蔽电极舱及其递送装置包括屏蔽电极舱、屏蔽电极P、液压递送装置，并根据安装位置分工作面屏蔽电极组和护盾屏蔽电极组，工作面屏蔽电极组分布在TBM主体刀盘的轮廓线周圈，在TBM主体前端后方2-3m的位置布置一圈护盾屏蔽电极组；屏蔽电极P包括金属电极，金属电极置于PVC外壳内，金属电极顶端为岩石耦合材料，底端与导线连接，屏蔽电极安装在液压递送装置前端，液压递送装置安装在屏蔽电极舱内，屏蔽电极舱设有舱门，舱门启闭由控制器控制。

7.如权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统，其特征在于，所述TBM主体工作面后方底板上的供电电极B和接收电极N距离TBM工作面100-150m。

8.一种利用权利要求1所述的TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统的超前探测方法，其特征在于，利用TBM施工隧道前向三维激发极化法超前探测装置系统在工作面轮廓线上布置一圈屏蔽电极P，在掘进工作面后方2-3m的边墙底板上布置一圈屏蔽电极，在工作面上布置多条岩石耦合集成电极形成的平行测线；在工作面后方100-150m的底板上设供电电极和接收电极；

将供电电极与屏蔽电极供入同向的电流，分别测试多层岩石耦合集成电极与底板接收电极的电势差和半衰时，并改变电流大小测试不同电流下的多层岩石耦合集成电极与底板接收电极的电势差和半衰时；利用测得的电势差数据进行反演，得到工作面前方地质体的三维电阻率图像，实现含水体的三维定位；用测得的半衰时绘出半衰时之差数据与水平距离的关系坐标图，计算半衰时之差与横坐标轴的包络面积，绘制出包络面积的二维剖面图，实现工作面前方水量的估算。