[发明专利]一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测系统及方法

说明书

本发明公开一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测系统及方法，包括：激光投影定位装置，用于在隧道掌子面处进行投影，并通过控制投影焦距使纵向测线和横向测线垂直且交点位于隧道掌子面中心，在纵向测线和横向测线上选定测点；自动激震装置，用于沿测线方向冲击隧道掌子面的测点，激发地震波信号；高频检波器，用于沿测线方向采集由掌子面测点传输的地震波信号；数据处理单元，被配置为对接收的地震波信号进行滤波和反演成像后得到地震波信号的偏移成像波形图，根据偏移成像波形图得到不良地质的探测结果。建立极小偏移距探测模式，实现高频弹性波自动采集，实现隧道亚米级小尺度不良地质体精细化探测。

技术领域

本发明涉及隧道不良地质超前探测技术领域，特别是涉及一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测系统及方法。

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。

隧道超前地质预报工作是隧道安全建设的必备环节和重要保障，超前地质预报已经成为隧道施工的工序之一，是隧道施工地质勘察工作的有机组成部分之一，是对隧道前期勘察成果的细化、补充、修改和完善。弹性波法是隧道超前地质预报应用较早也是最常用的地球物理方法，其中弹性波反射对具明显弹性波阻抗差异的岩土体有较敏感的响应，传统的弹性波法超前预报技术可有效识别大尺度的断层、破碎带等米级地质构造，然而对于裂隙、节理等小尺度地质体的探测效果欠佳。

为了避免先于反射波到达的直达波、地滚波、声波、折射波的干扰，偏移距(离震源最近的检波器的震检距称为偏移距)必需足够大；而探查浅层或超浅层对象时，大的偏移距将导致波的入射角和反射角过大，即产生宽角反射，大大降低反射信号的强度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测系统及方法，在凿岩台车上搭载自动激震装置、三维高频检波器以及激光投影定位装置，建立极小偏移距探测模式，实现高频弹性波自动采集，实现隧道亚米级小尺度不良地质体精细化探测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测系统，包括：

激光投影定位装置，用于在隧道掌子面处进行投影，并通过控制投影焦距使纵向测线和横向测线垂直且交点位于隧道掌子面中心，在纵向测线和横向测线上选定测点；

自动激震装置，用于沿测线方向冲击隧道掌子面的测点，激发地震波信号；

高频检波器，用于沿测线方向采集由掌子面测点传输的地震波信号；

数据处理单元，被配置为对接收的地震波信号进行滤波和反演成像后得到地震波信号的偏移成像波形图，根据偏移成像波形图得到不良地质的探测结果。

第二方面，本发明提供一种基于高频弹性波的隧道不良地质超前探测方法，包括：

通过控制投影焦距在隧道掌子面处进行投影，使纵向测线和横向测线垂直且交点位于隧道掌子面中心，并在纵向测线和横向测线上选定测点；

获取经冲击测点后产生的地震波信号，对地震波信号进行滤波和反演成像后得到地震波信号的偏移成像波形图，根据偏移成像波形图得到不良地质的探测结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的基于高频弹性波的隧道不良地质精细化和快速化预报技术，提前掌握隧道沿线不良地质分布情况，为隧道防灾减灾提供技术保障。

本发明在震源附近放置检波器，由于前述干扰波都远早于反射波到达，所以不会产生干扰。

本发明建立极小偏移距探测模式，利用高频弹性波实现对隧道前方百米范围内不良地质体的精细化探测，探测精度高。