CN208334667U - 一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，包括设置在隧道掌子面上的10个人工震源点，每个人工震源点处设置有震源垫板，所述隧道掌子面的两侧分别设置有左边墙和右边墙，所述人工震源点分成两列，每列5个，两列人工震源点分别靠近左边墙和右边墙分布；所述左边墙和右边墙上分别设置有4个钻孔，每个钻孔中设置有一个检波器，所述8个检波器通过导线串联，所述8个检波器均与三维地震数据采集仪相连接；该装置还包括用于击打震源垫板的铁锤。装置提高了地震波反射信号质量，是一种信噪比高，保真效果好，预报准确度高且省力省时，操作简便的隧道超前地质预报装置，预报距离可达200m以上。

Description

一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置

技术领域

本实用新型属于隧道建设工程技术领域，具体地说，涉及一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置。

背景技术

隧道超前地质预报是指在隧道开挖时，对掌子面前方及其周围的围岩岩性、地层构成和地下水情况做出超前预报。主要利用地质、钻探、物探等方法，结合地质资料、洞内外地质调查、掌子面素面结果对施工掌子面前方不良地质体性质、位置、规模的预测，为进一步施工提供指导，确保施工的安全和顺利进行。准确、及时、高效是当前地质预报的追求，但因各种预报方法理论、设备的局限性，存在预报距离短、测试准备工作繁琐、占用时间长、主动爆破安全隐患大等问题，不仅影响了正常施工，还引入安全不确定因素。为了提高预报准确率，经工程实践发展出了综合超前地质预报方法，虽然大大提高了预报准确率，也带来了工作量大、占用时间更长、准备工作更多等问题，因此，简捷、安全、高效、环保的长距离预报技术将是发展趋势。

目前国内外地震波反射法隧道超前地质预报技术多是以瑞士AMBERG生产的TSP技术和美国的TST技术为基础，TSP技术除须在隧道洞壁两侧各一个检波器孔外，还须在洞壁一侧钻24个震源孔，采用乳化炸药爆破激发地震波，地震波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。

现有的地震波反射法隧道超前地质预报技术存在以下问题：第一，软岩隧道预报效果差，由于软岩吸收地震波信号明显，炸药爆破产生的地震波传播能力差，第二、干扰波多，信噪比低，检波器接收信号包括面波、声波、侧向反射波等多种干扰波，信号失真，滤波难度大；第三，费时费力：钻24个爆破孔和2个接收孔，爆破孔深1.5m，接收孔2.0m，用时2小时以上；第四，爆破封炮难度大，采用灌水方式进行封炮，需要固定水源和专人操作，人员安全性低；第五，安全性差、受环境制约性强；采用炸药做震源，需要专业人员操作，需要报安全部门审批，且仅适用于允许爆破的地区和环境；第六，准确性差：由于干扰波多，接收信号复杂，通过滤波处理后信号失真较多。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术中干扰波多、滤波技术难、信噪比低和失真严重、预报准确度差、费时费力以及软岩隧道预报难度大的问题，提供了一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，该装置提高了地震波反射信号质量，是一种信噪比高，保真效果好，预报准确度高且省力省时，操作简便的隧道超前地质预报装置，预报距离可达200m以上。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，包括设置在隧道掌子面上的10个人工震源点，每个人工震源点处设置有震源垫板，所述隧道掌子面的两侧分别设置有左边墙和右边墙，所述人工震源点分成两列，每列5个，两列人工震源点分别靠近左边墙和右边墙分布；所述左边墙和右边墙上分别设置有4个钻孔，每个钻孔中设置有一个检波器，所述8个检波器通过导线串联，所述8个检波器均与三维地震数据采集仪相连接；该装置还包括用于击打震源垫板的铁锤。

可选地，钻孔成单行布置，平行于隧道底板，相邻的两个钻孔间距2.0m，距隧道底板高度为1.5～2.0m。

可选地，所述钻孔的孔径为50mm，深度为500mm。

可选地，所述的检波器垂直于左边墙和右边墙设置，安装深度为0.5m。

可选地，所述的检波器的型号为GMT-12V或GMT-12H。

可选地，相邻的两个人工震源点之间的间距为0.5m，最下面人工震源点距隧道底板不小于0.5m，垂直于检波器排列。

可选地，震源垫板包括正方形钢板，所述正方形钢板的中心处设置有金属插头，金属插头垂直插入人工震源点处的掌子面的围岩中，震源垫板的中心点与人工震源点重合。

可选地，所述正方形钢板的厚度为10mm；金属插头长度为8cm。

与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：

1)本实用新型通过在隧道掌子面布设多个人工震源点激发地震波和在隧道两侧边墙布置多个检波器采集反射波，获得隧道掌子面前方及其周围的三维反射信号，能够准确有效地预报出未开挖隧道区域内的不良地质体，实现隧道长距离三维超前地质预报。

2)本实用新型包括发明了人工锤击震源垫板，震源垫板由10mm厚正方形钢板和固定金属插头组成，提高了人工激发地震波信号的信噪比，保证了低频信号质量，拓宽了有效信号频率宽度，提高了地震波的穿透性能。

3)本实用新型构思独特，设计巧妙，针对性强，方便易用，适应性强，在隧道超前地质预报方面具有广阔的应用前景，适合推广应用。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置的结构示意图；

图2是本实用新型检波器边墙安装图；

图3是本实用新型检波器与三维地震数据采集仪的连接图；

图4是本实用新型人工震源垫板的正视图；

图5是本实用新型人工震源垫板的俯视图。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型公开了一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，如图1所示，包括设置在隧道掌子面1上的10个人工震源点6，每个人工震源点6处设置有震源垫板7，所述隧道掌子面1的两侧分别设置有左边墙2和右边墙3，所述人工震源点6分成两列，每列5个，两列人工震源点6分别靠近左边墙2和右边墙3分布；所述左边墙2和右边墙3上分别设置有4个钻孔4，每个钻孔4中设置有一个检波器5，所述8个检波器5通过导线串联，所述8个检波器5均与三维地震数据采集仪10相连接；该装置还包括用于击打震源垫板7的铁锤11。

通过锤击和设置震源垫板7，降低了地震波频率，减少了面波、侧面波及声波等干扰波的产生，保真了多波宽频信号质量，提高了振动波的信噪比。

在一些实施例中，所述钻孔4的孔径为50mm，深度为500mm，能够较好地保障检波器与掌子面围岩耦合。

在一些实施例中，相邻的两个钻孔4间距2.0m，距隧道底板高度为1.5～2.0m，能够较好地覆盖掌子面前方预报范围。

在一些实施例中，所述的检波器5垂直于左边墙2和右边墙3安装，安装深度为0.5m。

在一些实施例中，所述的检波器5的型号为GMT-12V或GMT-12H。

在一些实施例中，相邻的两个人工震源点6之间的间距为0.5m，最下面人工震源点6距隧道底板不小于0.5m，垂直于检波器5的排列，能够提高和保证激震波信号质量。

在一些实施例中，震源垫板7包括正方形钢板8，所述正方形钢板8的中心处设置有金属插头9，金属插头9垂直插入人工震源点6处的掌子面1的围岩中，震源垫板7的中心点与人工震源点6重合；震源垫板7能够降低人工震动频率，提高地震波质量。

在一些实施例中，所述正方形钢板8的厚度为10mm；金属插头9长度为8cm，能够使垫板安装后与掌子面紧密贴近。

本装置的使用方法如下：在靠近隧道掌子面1的左边墙2和右边墙3各布置4个钻孔4，钻孔4孔径为50mm，深度为500mm，成单行，平行于隧道底板，钻孔4间距2.0m，距隧道底板高度为1.5～2.0m；在左边墙1和右边墙2上的8个钻孔4中，安装8个高精度速度型检波器5，检波器5垂直于左边墙2和右边墙3安装，安装深度为0.5m；在隧道掌子面1上布置10个人工震源点6，靠近左边墙2和右边墙3成单列排列，每列5个，间距为0.5m，最下面人工震源点6距隧道底板不小于0.5m，垂直于检波器5的排列；在人工震源点6安装震源垫板7，震源垫板7包括正方形钢板8，所述正方形钢板8的中心处设置有金属插头9，金属插头9垂直插入人工震源点6处的掌子面1的围岩中，震源垫板7的中心点与人工震源点6重合；所述正方形钢板8的厚度为10mm；金属插头9长度为8cm；震源垫板7能够降低人工震动频率，提高地震波质量；检查测量左边墙2和右边墙3上检波器5和掌子面1上人工震源点6的安装后的实际位置，检查测量掌子面1的宽度和高度；将8个检波器5串联并与三维地震数据采集仪连接；将8磅铁锤与三维地震数据采集仪的激发器连接；人工手持8磅铁锤击打震源垫板7中心位置产生人工地震波，每个人工震源点6击打八次；通过锤击和设置震源垫板7，降低了地震波频率，减少了面波、侧面波及声波等干扰波的产生，保真了多波宽频信号质量，提高了振动波的信噪比；三维地震数据采集仪采集记录由于人工地震波传播而产生的反射波信号，得到三维地震反射波记录数据；对三维地震反射信号进行处理，生成三维地震反射波特征图谱；分析三维地震反射波特征图谱，解译隧道掌子面1前方及其周围地质变化情况，对隧道施工前方及其周围地质情况进行准确超前预报。

本发明通过在隧道掌子面布设多个人工震源激发地震波，地震波向隧道开挖前方及其周围传播，遇到地质异常后产生反射波，通过布置于边墙内部围岩中的多个检波器进行接收，对隧道施工前方及其周围地质情况进行准确超前预报。

上述说明示出并描述了实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离实用新型的精神和范围，则都应在实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，包括设置在隧道掌子面(1)上的10个人工震源点(6)，每个人工震源点(6)处设置有震源垫板(7)，所述隧道掌子面(1)的两侧分别设置有左边墙(2)和右边墙(3)，所述人工震源点(6)分成两列，每列5个，两列人工震源点(6)分别靠近左边墙(2)和右边墙(3)分布；所述左边墙(2)和右边墙(3)上分别设置有4个钻孔(4)，每个钻孔(4)中设置有一个检波器(5)，所述8个检波器(5)通过导线串联，所述8个检波器(5)均与三维地震数据采集仪(10)相连接；该装置还包括用于击打震源垫板(7)的铁锤(11)。

2.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，钻孔(4)成单行布置，平行于隧道底板，相邻的两个钻孔(4)间距2.0m，距隧道底板高度为1.5～2.0m。

3.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，所述钻孔(4)的孔径为50mm，深度为500mm。

4.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，所述的检波器(5)垂直于左边墙(2)和右边墙(3)设置，安装深度为0.5m。

5.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，所述的检波器(5)的型号为GMT-12V或GMT-12H。

6.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，相邻的两个人工震源点(6)之间的间距为0.5m，最下面人工震源点(6)距隧道底板不小于0.5m，垂直于检波器(5)排列。

7.根据权利要求1所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，震源垫板(7)包括正方形钢板(8)，所述正方形钢板(8)的中心处设置有金属插头(9)，金属插头(9)垂直插入人工震源点(6)处的掌子面(1)的围岩中，震源垫板(7)的中心点与人工震源点(6)重合。

8.根据权利要求7所述的用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于，所述正方形钢板(8)的厚度为10mm；金属插头(9)长度为8cm。