CN106226822B - 一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法 - Google Patents
一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其包括以下步骤：(1)提供位于待测地质体内的隧道掘进机及光纤电流传感器，所述隧道掘进机包括护盾、刀盘及连接所述护盾及所述刀盘的主驱动轴承；所述光纤电流传感器缠绕在所述主驱动轴承上，其用于测量流经所述主驱动轴承的电流值；(2)提供双路恒流源，所述双路恒流源的两路电流同时分别施加于所述护盾及所述刀盘；(3)调节两路电流的大小，使所述光纤电流传感器的示数保持为0；(4)根据电压与电流的关系分别计算出所述隧道掘进机的侧向地质体及前方地质体的视电阻率，进而依据计算结果分别分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。
Description
技术领域
本发明属于地质超前探测技术相关领域，更具体地，涉及一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法。
背景技术
电法探测是一种应用较广的地质勘测方法，在地质体内通以强度一定、频率可调的电流，根据不同的地质体在电场下呈现的不同特征(电阻率和激发极化率)，以此来判断地质体的含水量或其他信息。
本领域相关的人员已经针对地质体的勘测方法做出了一些研究，如德国GEO公司于2002年将电法探测应用在隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)上，以TBM的刀盘和护盾作为探测电极向地质体内输送电流，用于预报掘进方向上的地质状况。为了增强对前方地质体的预报能力，需要增加探测电流的大小，然而，由于护盾和刀盘是通过主驱动轴承连接在一起的，探测电流会从护盾经主驱动轴承流向刀盘，较大的探测电流会损害主驱动轴承的接触面，为了确保主驱动轴承的安全，对流经主驱动轴承的探测电流的大小有安全限制，影响了对前方地质体的预报能力。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其基于基尔霍夫电流定律及叠加定理，针对地质超前探测方法进行了设计。所述地质超前探测方法采用双路恒流源同时分别给隧道掘进机的护盾及刀盘供电；通过调节流经所述护盾的电流及流经所述刀盘的电流，使流经所述隧道掘进机的主驱动轴承的电流基本保持为0，在保证流经所述刀盘的电流大小足够的情况下，实现了流经所述主驱动轴承的电流的减小，确保了所述主驱动轴承不受损害，且保证了预报能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其包括以下步骤：
(1)提供位于待测地质体内的隧道掘进机及光纤电流传感器，所述隧道掘进机包括护盾、刀盘及连接所述护盾及所述刀盘的主驱动轴承；所述光纤电流传感器缠绕在所述主驱动轴承上，其用于测量流经所述主驱动轴承的电流值；
(2)提供双路恒流源，所述双路恒流源形成有第一路电流及第二路电流，所述第一路电流及所述第二路电流同时分别施加于所述护盾及所述刀盘；所述双路恒流源的地端连接于锚杆，所述锚杆设置于所述隧道后方的岩层中；
(3)调节所述第一路电流及所述第二路电流的大小，使所述光纤电流传感器的示数保持为0；
(4)根据电压与电流的关系分别计算出所述隧道掘进机的侧向地质体及前方地质体的视电阻率，进而依据计算结果分别分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。
进一步的，所述光纤电流传感器的示数保持为0时，由所述护盾流向所述侧向地质体的电流为所述第一路电流，由所述刀盘流向所述前方地质体的电流为所述第二路电流。
进一步的，将所述护盾对地电压除以所述第一路电流以得到所述侧向地质体的视电阻率；将所述刀盘对地电压除以所述第二路电流以得到所述前方地质体的视电阻率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其采用双路恒流源同时分别给隧道掘进机的护盾及刀盘供电；通过调节流经所述护盾的电流及流经所述刀盘的电流，使流经所述隧道掘进机的主驱动轴承的电流基本保持为0，在保证流经所述刀盘的电流大小足够的情况下，实现了流经所述主驱动轴承的电流的减小，确保了所述主驱动轴承不受损害。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法的流程图。
图2是图1中的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法涉及的掘进机的护盾上施加电流时的状态图。
图3是图1中的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法涉及的掘进机的刀盘上施加电流时的状态图。
图4是图1中的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法涉及的掘进机的护盾及刀盘上同时施加电流时的状态图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-护盾，2-主驱动轴承，3-刀盘，4-光纤电流传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其基于基尔霍夫电流定律和叠加定理，通过双路电流平衡的手段在保证隧道掘进机的刀盘前探测电流大小足够的情况下，实现了流经隧道掘进机的主驱动轴承的电流减小的目的。
本发明较佳实施方式提供的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法包括以下步骤：
步骤一，将光纤电流传感器设置于隧道掘进机的主驱动轴承上，所述隧道掘进机位于待探测的地质体内。具体地，提供一个位于待测地质体内的隧道掘进机及一个光纤电流传感器4，所述隧道掘进机包括护盾1、刀盘3及连接所述护盾1及所述刀盘3的主驱动轴承2。所述光纤电流传感器4缠绕在所述主驱动轴承2上，其用于测量流经所述主驱动轴承2的电流值。
步骤二，提供一个双路恒流源并进行相应的线路连接，所述双路恒流源的两路电流分别施加于所述刀盘3及所述护盾1上。具体地，所述双路恒流源形成有第一路电流及第二路电流，所述第一路电流施加于所述护盾1上，所述第二路电流施加于所述刀盘3上。所述双路恒流源的地端连接于锚杆上，所述锚杆设置于所述隧道后方几百米外的岩层中。
步骤三，调节所述双路恒流源的两路电流的大小，使所述光纤电流传感器4的示数保持为零。具体地，首先，将所述第一路电流及所述第二路电流的初始值均设定为较小值(如1A)，此时，所述光纤电流传感器4测出的流经所述主驱动轴承2的电流值为所述第一路电流及所述第二路电流分别流经所述主驱动轴承2的电流值之差。
之后，增大所述第一路电流或者所述第二路电流中的一路电流，直到所述光纤电流传感器4的示数为0为止。此时，所述第一路电流与所述第二路电流的大小之比值为安全比例系数。
最后，在维持安全系数不变的情况下同时增加所述第一路电流及所述第二路电流的大小至工作电流，在此电流增加过程中，所述光纤电流传感器4的示数应保持为0，即流经所述主驱动轴承2的电流趋于0，确保了所述主驱动轴承2的安全。可以理解，在其他实施方式中，可以微调所述第一路电流及所述第二路电流中的一路电流的大小，以保证所述光纤电流传感器4的示数为0。
调试结束后，所述第一路电流即为通往所述隧道掘进机的侧向地质体的电流，所述第二路电流即为通往所述隧道掘进机的前方地质体的电流，流经所述主驱动轴承2的电流基本为0。
步骤四，根据电压与电流的关系计算出所述隧道掘进机的侧向地质体及前方地质体的视电阻率，进而分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。所述第一路电流反映了所述隧道掘进机的侧向地质体的地质状况；所述第二路电流反映了所述前方地质体的地质状况，将所述刀盘3对地的电压除以流经所述刀盘2的电流，即可得到掘进方向上的地质体的视电阻率，所述视电阻率反映了所述前方地质体的地质状况。
具体地，所述视电阻率的推导过程如下：
所述双路恒流源的两路输出电流分别为所述第一路电流I和所述第二路电流I’，所述光纤电流传感器4测量出所述主驱动轴承2上通过的电流为If。
当仅将所述第一路电流I施加在所述护盾1上时，所述第一路电流会分为两部分：由所述护盾1流向所述侧向地质体的电流I1和由所述刀盘3流向所述前方地质体的电流I2。流经所述主驱动轴承2的电流If等于所述刀盘3流向所述前方地质体的电流I2。根据基尔霍夫电流定律，有
当仅将所述第二路电流I’施加在所述刀盘3上时，所述第二路电流同样分为两部分：由所述刀盘3流向所述前方地质体的电流I2’和由所述护盾1流向所述侧向地质体的电流I1’。流经所述主驱动轴承2的电流If’等于所述护盾1流向所述侧向地质体的电流I1’。同理，有
联合公式(1)及公式(2)，可以得到公式(3)。
将所述第一路电流I及所述第二路电流I’同时施加，此时，由所述护盾1流向所述侧向地质体的电流为I1S，由所述刀盘3流向所述前方地质体的电流为I2C，流经所述主驱动轴承2的电流为Iff。根据电路的叠加定理和公式(3)，可以得到公式(4)。
对所述护盾1和所述刀盘3分别做基尔霍夫电流分析，即可得到公式(5)。
经步骤3的调试后，所述光纤电流传感器4的测量值为0，即有
Iff＝0 (6)
此时，根据公式(5)及公式(6)，简化得到公式(7)。
即在所述第一路电流及所述第二路电流同时分别施加在所述护盾1和刀盘3上时，分别调节所述第一路电流及所述第二路电流，可以使流经所述主驱动轴承2的电流Iff趋于0；此时，由所述护盾1流向所述侧向地质体的电流为所述双路恒流源的第一路电流I，由所述刀盘3流向所述前方地质体的电流为所述双路恒流源的第二路电流I‘。
本发明提供的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其采用双路恒流源同时分别给隧道掘进机的护盾及刀盘供电；通过调节流经所述护盾的电流及流经所述刀盘的电流，使流经所述隧道掘进机的主驱动轴承的电流基本保持为0，在保证流经所述刀盘的电流大小足够的情况下，实现了流经所述主驱动轴承的电流的减小，确保了所述主驱动轴承不受损害。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其包括以下步骤：
(1)提供位于待测地质体内的隧道掘进机及光纤电流传感器，所述隧道掘进机包括护盾、刀盘及连接所述护盾及所述刀盘的主驱动轴承；所述光纤电流传感器缠绕在所述主驱动轴承上，其用于测量流经所述主驱动轴承的电流值；
(2)提供双路恒流源，所述双路恒流源形成有第一路电流及第二路电流，所述第一路电流及所述第二路电流同时分别施加于所述护盾及所述刀盘；所述双路恒流源的地端连接于锚杆，所述锚杆设置于所述隧道后方的岩层中；
(3)调节所述第一路电流及所述第二路电流的大小，使所述光纤电流传感器的示数保持为0；
(4)将护盾对地电压除以第一路电流以得到侧向地质体的视电阻率，将刀盘对地电压除以第二路电流以得到前方地质体的视电阻率，进而依据计算结果分别分析所述侧向地质体及所述前方地质体的地质状况。
2.如权利要求1所述的基于双路电流平衡及隧道掘进机的地质超前探测方法，其特征在于：所述光纤电流传感器的示数保持为0时，由所述护盾流向所述侧向地质体的电流为所述第一路电流，由所述刀盘流向所述前方地质体的电流为所述第二路电流。
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|---|---|---|---|---|
| CN108646300B (zh) * | 2018-05-08 | 2019-04-12 | 华中科技大学 | 基于调幅波的光纤电流屏蔽隧道超前探测装置及探测方法 |
| CN108710152B (zh) * | 2018-05-08 | 2019-08-13 | 华中科技大学 | 基于双通道调幅波的隧道超前探测系统及探测方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0499988A (ja) * | 1990-03-09 | 1992-03-31 | Komatsu Ltd | シールド掘削前方の探査装置 |
| WO2003023453A1 (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-20 | Services Petroliers Schlumberger | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well |
| JP2011133301A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Taisei Kiso Sekkei Kk | 地中埋設基礎構造物の底面深度の調査方法 |
| WO2015094202A1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Halliburton Energy Services Inc. | Fiber optic current monitoring for electromagnetic ranging |
| CN104932023A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-23 | 华中科技大学 | 一种基于光纤电流传感器的隧道超前探测装置及其探测方法 |
| CN105093335A (zh) * | 2014-05-21 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法 |
| CN105093336A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0499988A (ja) * | 1990-03-09 | 1992-03-31 | Komatsu Ltd | シールド掘削前方の探査装置 |
| WO2003023453A1 (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-20 | Services Petroliers Schlumberger | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well |
| JP2011133301A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Taisei Kiso Sekkei Kk | 地中埋設基礎構造物の底面深度の調査方法 |
| WO2015094202A1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Halliburton Energy Services Inc. | Fiber optic current monitoring for electromagnetic ranging |
| CN105093335A (zh) * | 2014-05-21 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法 |
| CN105093336A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 |
| CN104932023A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-23 | 华中科技大学 | 一种基于光纤电流传感器的隧道超前探测装置及其探测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 深埋斜井隧道双模式盾构刀盘驱动扭矩分析;管会生 等;《现代隧道技术》;20151231;第52卷(第6期);第163-169页 * |
| 隧道洞周异常体方位判断的差动电压法仿真研究;高昕星 等;《物探化探计算技术》;20160731;第38卷(第4期);第461-466页 * |
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