[发明专利]一种隧道施工超前地质探测系统

说明书

一种隧道施工超前地质探测系统，包括：供电正电极，其设置TBM施工机械上；探测电极，其设置于第一移动沟道上，能够沿着所述移动沟道随着隧道掘进方向前进；供电负电极，其设置于第二移动沟道上，能够沿着所述第二移动沟道随着隧道掘进方向前进；数据采集模块，其用于采集探测电极的信号；通讯模块，其将采集的数据信号传送到数据处理主机；数据处理主机，其根据通讯模块传送的数据信号，确定隧道施工前方地质情况。通过本发明能够对隧道掌子面前方断层破碎带、溶洞等含导水构造进行超前预报与识别，保障隧道施工建设安全。

技术领域

本发明涉及地质探测系统，尤其是涉及隧道施工过程中对前方含水情况进行探测的超前地质探测系统。

背景技术

随着国内公路、铁路、水利、矿山及其他工程建设的飞速发展，隧道工程也大量出现。隧道施工前由于地形复杂、隧道埋深大、地表勘察技术有限，在地勘阶段不能全部查清沿线的不良地质情况，施工期超前预报方法未能对含水构造做出有效预报。在隧道施工过程中，常因地质问题出现塌方、涌水等自然灾害。因此，开展针对隧道掌子面前方断层破碎带、溶洞等含导水构造超前预报与定量识别研究，是保障隧道施工建设安全的迫切需求，具有重大的理论意义和工程价值。

目前，在隧道超前探测领域使用较多的有地质分析法，地震波法、地质雷达法、红外探水法等，这些方法都有各自的优势和不足。地质分析法通过地表和隧道内的工程地质调查与分析，推断前方的地质情况，在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下具有很高的准确性，但其在复杂地质条件下的预报结果的精度难以保证。地震波法在预报掌子面前方岩性变化和大断层方面有较好的效果，但是其观测方式为直线测线方式，难以获取掌子面前方的波速分布，无法预报与隧道轴线小夹角断层，且不能预报隧道前方水体。地质雷达法具有分辨高、无损伤、探测和数据处理快、机动灵活的特征,但是其最大的缺点是可预报范畴较小，只能控制在30m内。红外探水法过测量分析隧道内温度场分布来判别含水体，其仅能对掌子面前方一定范围内有无含水体做定性预报，难以进行定位。

电法勘探是通过研究和观测电流的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件的勘探方法。激发极化法是一种电法勘探的地球物理勘探方法，以不同地质介质之间的激电参数差异为物质基础，可以测量电阻率、极化率、半衰时、衰减度等参数，其中电阻率参数对水体响应敏感，半衰时表征激发极化衰减信息与水体水量存在一定关系。通过对激发极化法中极化率、电阻率以及半衰时之差等参数进行分析和反演, 可以得到掌子面前方岩体的电阻率、极化率结构, 为进行超前地质预报提供重要的参考。现有技术中，在激发极化法超前探测时，通常将供电正电极设置于掘进机械上，测量电极设置于隧道侧壁，供电负电极设置于隧道后方无穷远处，其激发电流上是从供电正电极前方流向供电负电极，由于掘进机械本身电磁环境极为复杂，其会产生电磁干扰，影响探测结果；同时，随着掘进机械的前进，测量电极与供电电极的距离产生变化，由于距离变化导致的电阻率以及极化率变化会对于由于地质环境变化导致的电阻率以及极化率变化产生干扰。

发明内容

本发明提供一种隧道施工超前地质探测系统，能够解决现有技术的上述问题。

作为本发明的一个方面，提供一种隧道施工超前地质探测系统，包括：供电正电极，其设置TBM施工机械上；第一移动沟道，其设置于隧道施工方向掌子面前方的上方地面土层，沿着隧道掘进方向设置；探测电极，其设置于所述第一移动沟道上，能够沿着所述移动沟道随着隧道掘进方向前进；第二移动沟道，其沿着隧道掘进方向设置于所述第一移动沟道前方；供电负电极，其设置于所述第二移动沟道上，能够沿着所述第二移动沟道随着隧道掘进方向前进；数据采集模块，其与所述探测电极相连，用于采集所述探测电极的信号；通讯模块，其将数据采集模块采集的数据信号传送到数据处理主机；数据处理主机，其根据通讯模块传送的数据信号，确定隧道施工前方地质情况。

进一步的，所述探测电极为不极化电极。

进一步的，所述供电正电极设置于TBM施工机械前方。

进一步的，所述通讯模块为无线通讯模块或者有线通讯模块。