[实用新型]隧道掘进机中主动源三维地震超前地质探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进机施工过程中的地质超前预报领域，尤其涉及一种隧道掘进机中主动源三维地震超前地质探测装置。

背景技术

与传统的钻爆法施工相比，隧道掘进机施工具有“掘进速度快、成洞质量高、综合经济效益高、施工安全文明”等显著优势，日本、美国、欧洲等发达国家采用掘进机施工的隧道比例超过80％，而随着我国隧道建设的不断发展，隧道掘进机也将得到越来越多的应用。与此同时，众多工程实践表明，隧道掘进机对地质条件的适应性较差，突水突泥、塌方等地质灾害以及由此诱发的卡机甚至机毁人亡等重大事故给隧道掘进机安全施工带来了重大挑战。为避免掘进机施工中的地质灾害和安全事故，最为有效的解决方法就是采用超前地质预报技术，根据探测得到的掘进机工作面前方不良地质情况预先制定合理的处置措施和施工预案。

目前，国内外在钻爆法施工隧道超前地质探测的理论和技术方面取得了重要进展和良好的应用效果，然而TBM施工隧道中实用有效的超前探测理论与方法是国内外长期关注却未能解决的难题，其根本原因在于TBM施工环境极为复杂。TBM拥有复杂的金属结构和电工系统，占据了掘进面后方大部分隧道空间，其掘进速度较快，工序衔接紧密，造成“电磁干扰十分严重，可用观测空间极为狭小，容许探测时间比较紧促”，导致传统地球物理方法无法很好地适用。

现有的三维地震超前地质探测装置主要存在以下问题：

①观测方式简单，未采用有效的三维空间观测方式，难以获得周围岩体的准确波场信息，导致异常体空间定位效果较差，容易出现漏报、错报和误报等问题。

②为不影响隧道掘进机正常施工，地震波超前探测需要尽量利用掘进机检修时间(每天约2小时)进行探测，这就对地震波超前探测的效率提出了要求，因而缺少一种针对掘进机施工隧道的快速安装装置，导致探测时效率较低，，影响掘进机的正常施工。

③地震波数据处理的自动化需要进一步提高，三维成像、异常体空间定位及其探测精度有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种隧道掘进机中主动源三维地震超前地质探测装置，该装置可以根据需要自由选择需要工作的检波器个数及在隧道中的位置，自由组合，方便灵活，同时可获得不同震检距的地震数据，有利于获得子面前方准确的速度分布，从而对掌子面前方异常体进行精确定位。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种隧道掘进机中主动源三维地震超前地质探测装置，包括掘进机刀盘以及与所述刀盘连接的掘进机主体，所述掘进机主体内设有主控室，主控室内设有控制器和多通道地震波数据采集仪；所述掘进机刀盘和掘进机主体前端分别设有震源系统；在所述掘进机主体工作面后方按照一定的空间观测方式设有数据采集系统；所述控制器分别与多通道地震波数据采集仪、震源系统和数据采集系统连接，多通道地震波数据采集仪与数据采集系统连接；

控制器分别将震源系统和数据采集系统递送到对应的隧道壁上；当震源系统接触到隧道壁的压力达到一定值时，震源即与隧道壁接触良好；同时，当数据采集系统接触到隧道壁的压力达到一定值时，数据采集系统的检波器与隧道壁自动耦合。

所述震源系统包括：工作面震源阵列和边墙震源阵列；

所述工作面震源阵列设置在掘进机刀盘上，并沿掘进机刀盘中心对称分布；所述边墙震源阵列位于掘进机主体的前端。

所述边墙震源阵列包括：可控震源、震源压力传感器、震源液压伸缩杆以及震源进出口舱门；

所述边墙震源阵列位于震源行走装置上，震源行走装置包括圆形滑环震源导轨和沿着隧道轴向的轨道；所述圆形滑环震源轨道上面有锯齿，震源在其上自由滑动，同时能够360°自由旋转；

所述震源进出口舱门位于掘进机刀盘上，所述可控震源和震源压力传感器安装在震源液压伸缩杆的顶端，可控震源通过回路触发器与多通道地震波数据采集仪连接，震源压力传感器和震源液压伸缩杆分别与控制器连接。

所述震源液压伸缩杆采用中空设计，所述震源进出口舱门能够在控制器的控制下按照预设的卡槽运动，实现震源进出口的开闭。

所述数据采集系统包括：自动耦合的三分量检波器、检波器行走装置、检波器压力传感器、无线数据传输器、检波器液压伸缩杆和检波器进出口舱门；