[发明专利]一种适用于TBM隧道的地震波法超前预报辅助装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于TBM隧道的地震波法超前预报辅助装置及方法，包括：搭载部、检波器单元、震源激发单元和控制单元；搭载部包括：拱架，所述拱架的两端分别固定在基座上；所述基座能够在承载TBM的滑轨上滑动；所述检波器单元和震源激发单元分别设置在拱架上，且能够沿所述拱架环向滑动；控制单元与搭载部、检波器单元和震源激发单元分别通信，用于控制基座在所述滑轨上的滑动，用于分别控制检波器单元和震源激发单元在拱架上的滑动，以及用于控制震源激发单元的震源激发和数据采集。本发明只需要进行一次装置的安装，即可随着TBM的前进而前进，控制设备移动、数据采集和设备回收工作，降低人工成本和保证工作人员的人身安全。

技术领域

本发明涉及TBM隧道的地震波法超前预报技术领域，尤其涉及一种适用于TBM隧道的地震波法超前预报辅助装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

当前，随着隧道建设的不断发展，TBM以其所具有的“快速、优质、安全、经济”等优点，得到了越来越广泛的应用。但是TBM也具有诸多缺点，其中尤为突出的是对地质条件适应性差，当穿越诸如软岩、断层带和风化岩等软弱围岩时，常常发生塌方、涌水突泥甚至卡机等问题，影响人员安全和工程施工。因此，在TBM施工中进行地质超前预报，探明掌子面前方地质构造，就显得极为重要。

在TBM隧道施工中，由于存在大量的金属结构且掌子面空间狭小，常用的地质雷达法和瞬变电磁法等传统超前预报方法受到限制，探测效果不佳。然而，地震波法在TBM隧道超前预报中表现突出，优点主要是受干扰小，并对断层、溶洞等岩性分界面敏感性较好。

地震波法的主要工作原理是当地震波遇到波阻抗差异界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。波阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面，反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，地震波从一种低波阻抗物质传播到一个高波阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软岩传播到硬的围岩时，反射波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，反射波的极性会反转。反射体的尺寸越大，波阻抗差别越大，反射波就越明显，越容易探测到。通过分析，被用来了解隧洞工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层等)、位置及规模。地震成像结果采用相对解释原理，即确定一个背景场，所有解释相对背景值进行，异常区域会偏离背景区域值，根据偏离与分布多少解释掌子面前方的地质情况。

现阶段，在TBM施工隧道地震波法超前预报的过程中存在诸多问题和不足之处：

①检波器的安装主要依靠人工，在检波器、固定块及传输电缆的连接和与墙体的耦合过程中，利用锚固剂使固定块固定在墙体上或钻孔，这种方法费时费力，安装效率低下，同时墙体上的水还会影响耦合效果，影响有效数据的采集；

②数据采集完成后，检波器的回收工作复杂繁琐，固定块不易从墙体上拆除，且锚固剂难以清理，回收工作同样会耗费大量时间，对工程施工造成影响；

③由于隧道空间狭小，主要采取人工锤击激发震源的方法，对作业人员的身体力量要求较高，且无法以固定的力量激发震源，导致有效激发极为困难，效率低下，事倍功半，并且震源点阵列分布在墙体上，TBM机械无法承载工作人员靠近震源点，人身安全无法保证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于TBM隧道的地震波法超前预报辅助装置及方法，能够保证在使用地震波法进行TBM施工隧道超前预报的探测过程中，利用自动装置快速、高效地安装检波器，并实现多点震源的有效激发，以及装置的快速回收和重复使用。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种适用于TBM隧道的地震波法超前预报辅助装置，包括：搭载部、检波器单元、震源激发单元和控制单元；