用于盾构隧道的地震波法超前地质预报装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及超大直径盾构机超前地质预报技术领域，具体涉及到一种用于盾构隧道的地震波法超前地质预报装置及方法。通过在一掌子面的上下区域对应的观测范围内设置震源点和检波点，再激发震源点的震源，经检波点的检波器分别获取掌子面前方的预报数据，最后将获取的预报数据在三维空间内生成一坐标体系，并联合计算获取的预报数据，得到超前预报图像，从而可实现同一掌子面上下区进行信号采集并合成来提高超大直径盾构断面边缘的分辨率，从而有效扩大采集系统固有的边缘，提高超前预报的可靠性与分辨率，确保大盾构的安全施工。确保大盾构的安全施工。确保大盾构的安全施工。

Advanced geological prediction device and method of seismic wave method for shield tunnel

【技术实现步骤摘要】
用于盾构隧道的地震波法超前地质预报装置及方法


[0001]本专利技术涉及超大直径盾构机超前地质预报
，具体涉及到一种用于盾构隧道的地震波法超前地质预报装置及方法。

技术介绍

[0002]盾构法因为其具有“高效、高质量、高效益”优势的而被大家所青睐。但是由于盾构法是一种有进难退的全断面施工技术，在遇到不良地质时，如若不能提前、及时处理则十分脆弱，易产生卡机、姿态失控等重大工程事故，造成难以估量的人身财产损失，所以在使用的时候需要对前方地质状况进行提前预报。现有技术中对于6m左右直径的地铁隧道的盾构机来说常规的地震波超前预报工作通过一次观测，即可对掌子面前方的不良地质条件进行预报。但是对于12米及以上直径的超大直径盾构机，由于地震波的传播随着距离的增长，其信噪比会降低，因此，对于超大直径盾构隧道，其边缘的分辨率就不够了，存在对边缘不良地质条件漏报的可能性，从而可能会导致工期拖延，甚至卡机等重大事故，引起隧道塌陷等地质灾害。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术设计了一种在同一掌子面上下区采集信号并合成来提高超大直径盾构断面边缘分辨率的一种超前预报方法；具体的本专利技术是将超大型盾构机的一个掌子面当成上下两个掌子面，进行两次观测数据采集，再把两次采集的数据在三维空间内生成一套坐标体系，联合两次预报的数据一起计算，从而提高大盾构断面边缘地质预报的分辨率，确保大盾构的安全施工，避免了因为地质条件预报问题导致的工期拖延、卡机等重大事故。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，包括以下步骤：
[0005]S1、将震源和检波器布置于掌子面的上下区域对应的观测范围内的震源点和检波点；
[0006]S2、激发震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方的预报数据；
[0007]S3、将获取的预报数据在三维空间内生成一坐标体系，并联合计算获取的预报数据，得到超前预报图像。
[0008]进一步的，步骤S2包括
[0009]S201、激发掌子面上方震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方上方的预报数据，并记录为U
上
(γ
i
，γ
j
，t)；
[0010]S202、激发掌子面下方震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方下方的预报数据，并记录为U
下
(γ
i
，γ
j
，t)；
[0011]其中，γ
i
为震源的三维坐标；γ
j
为检波点的三维坐标；U为从掌面算起的偏移速度。
[0012]进一步的，步骤S2包括
[0013]S201、将步骤S201和S202获取的数据联合成一个集：U＝U
上
+U
下
；
[0014]S202、计算以波速υ扫描量子空间点γ的偏移图像，其计算公式如下：
[0015][0016]其中γ为空间点坐标；γ
i
为震源的三维坐标；γ
j
为检波点的三维坐标； U为从掌面算起的偏移速度；Imag
(γ,υ)
的极值点，即为反射体的位置，同时得到其对应的偏移速度。
[0017]进一步的，所述震源点分别布置于隧道本体的上下两个水平面上，且两个震源点安装水平面的之间的垂直距离大于1.5m；所述检波点布置于所述震源点与掌子面之间的隧道本体上，优选的震源点分别布置于距离隧道本体底板7m的水平面上和距离隧道本体顶板3m的水平面上；所述检波点布置于距离隧道本体底板7m或3m的水平面上。
[0018]进一步的，所述震源点的个数为4的倍数个，所有的所述震源点分别对称布置于隧道本体左右两侧；且隧道本体左右两侧的所述震源点分别呈上下两排对称布置；优选的震源点包括12个，12个所述震点源分别对称布置于隧道本体左右两侧；且隧道本体左右两侧的所述震源点分别呈上下两排对称布置。
[0019]进一步的，相邻两个所述震源点的间距为8m；隧道本体左右两侧的下排第一个所述震源点与所述检波点的轴向距离为2m。
[0020]进一步的，检波点包括8个，8个所述检波点分别对称布置于隧道本体的左右两侧，且相邻两个所述检波点的间距为2m。
[0021]用于盾构隧道的地震波法超前地质预报装置，利用上述的用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，其装置包括隧道本体，所述隧道本体上开设有若干个安装孔，所述安装孔包括震源孔、检波孔；所述震源孔内安装有用于发射地震波的发射机构，以构成震源；所述检波孔内安装有用于接收所述发射机构发射的地震波的接收机构，以构成检波点。
[0022]进一步的，发射机构为可控冲击震源器；所述接收机构为检波器。
[0023]进一步的，检波器和可控冲击震源器均采用穿透管片与所述隧道本体表面接触的方式连接。
[0024]本专利技术的有益效果：由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术的用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，通过在一掌子面上下对应的观测区分别设置震源，并获取掌子面前方上下区域内待观测的地质数据，通过检波器分别采集上下区域内震源的观测数据，再联合两次数据计算以波速υ扫描量子空间点γ的偏移图像，其计算公式如下：
[0025][0026]从而实现同一掌子面上下区进行信号采集并合成来提高超大直径盾构断面边缘的分辨率，从而有效扩大采集系统固有的边缘，提高超前预报的可靠性与分辨率，确保大盾构的安全施工。
附图说明
[0027][0028]图1为本专利技术优选实施例中地震波法超前预报三维观测示意的侧视图；
[0029]图2为本专利技术优选实施例中地震波法超前预报三维观测示意的俯视图；
[0030]图3为分体式、未封堵、带套管的一体式检波器地震记录表；
[0031]图4为每次采集距离
‑
地震信号照度示意图。
[0032]附图标记：1、震源孔；2、检波孔。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0035]参照图1
‑
2所示，本专利技术的优选实施例，用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，包括以下步骤：
[0036]用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，包括以下步骤：
[0037]S1、将震源和检波器布置于掌子面的上下区域对应的观测范围内的震源点和检波点；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将震源和检波器分别布置于掌子面上下区域对应的观测范围内的震源点和检波点；S2、激发震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方的预报数据；S3、将获取的预报数据在三维空间内生成一坐标体系，并联合计算获取的预报数据，得到超前预报图像。2.根据权利要求1所述的用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，其特征在于：所述步骤S2包括S201、激发掌子面上方震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方上方的预报数据，并记录为U
上
(γ
i
，γ
j
，t)；S202、激发掌子面下方震源点的震源，经检波点的检波器获取掌子面前方下方的预报数据，并记录为U
下
(γ
i
，γ
j
，t)；其中，γ
i
为震源的三维坐标；γ
j
为检波点的三维坐标；U为从掌面算起的偏移速度。3.根据权利要求2所述的用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，其特征在于：所述步骤S3包括S301、将步骤S201和S202获取的数据联合成一个集：U＝U
上
+U
下
；S302、计算以波速υ扫描量子空间点γ的偏移图像，其计算公式如下：其中γ为空间点坐标；γ
i
为震源的三维坐标；γ
j
为检波点的三维坐标；U为从掌面算起的偏移速度；Imag
(γ,υ)
的极值点，即为反射体的位置，同时得到其对应的偏移速度。4.根据权利要求3所述的用于盾构隧道的地震波法超前地质预报方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋辉，徐树军，周昆，
申请(专利权)人：中铁十四局集团大盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：