CN107272054A - 基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统及方法，包括行走机构、承载机构和反射波测量机构；所述行走机构，包括脚轮、轮轴及方向把手，用于提高超前预报系统的机动性，并能控制超前预报系统方位；所述承载机构，作为超前地质预报系统的主框架，在所述的主框架上设有接收杆凹槽、灯带，在所述的接收杆凹槽中设置有接收杆；所述的灯带设置在主框架上；所述的反射波测量机构设置在承载机构上。本发明在提高超前地质预报的便捷性、机动性、准确性的基础上，进一步地保障了施工的安全。

Description

基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统及使用方法。

技术背景

隧道工程施工中，常常面临着复杂的地质条件，由于其属地下工程，施工具 有隐蔽性，因此查明掌子面前方的不良地质体是预防工程地质灾害的前提条件。 地震波反射法是一种广泛应用于隧道超前地质预报的物理探测方法，可以通过反 射波的组合特征推断掌子面前方地质体的性质。但是，在实际应用中，其系统性、 便利性、机动性存在欠缺：

1、以现有的TSP203plus地震波激发-收集系统为例，其虽然能完成预报，但 是预报需多人完成。且在数据收集的过程中，需搬运、组装、接线的部件装置有 十余种之多。隧道施工条件具有艰苦性，光线较暗，故容易在连接仪器时出现操 作失误，导致预报接受信号的质量乃至准确定出现问题，进而导致预报的准确性 从而影响施工安全；

2、目前的地震波激发-收集系统由多个仪器通过导线相连而成，在进行预报 工作时，只能将其放置于地上。但隧道地面常常富水，该工作环境降低了仪器的 使用寿命，甚至可能会引起仪器故障；

3、预报人员或蹲伏进行预报、或坐于干燥石块上进行操作，故其操作的便 利性存在欠缺；

4、仪器散件放置于昏暗的隧道中，在使用完毕进行回收过程中容易损坏或 丢失，由于其为精细仪器，缺少任一元件将会产生较大不良影响。

因此，亟需一种新式基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，以提高预 报效率，保证仪器使用精度与寿命。

发明内容

本发明提供了一种使用便捷的、能探测隧道掌子面前方地质情况的和提高施 工安全性的基于地震波反射法的隧道超前预报系统。

为实现上述目的，本设计采用如下技术方案：

一种用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，包括行走机构、承载 机构和反射波测量机构；

所述行走机构，包括脚轮、轮轴及方向把手，用于提高超前预报系统的机动 性，并能控制超前预报系统方位；

所述承载机构，作为超前地质预报系统的主框架，在所述的主框架上设有接 收杆凹槽、灯带，在所述的接收杆凹槽中设置有接收杆；所述的灯带设置在主框 架上；

所述的反射波测量机构设置在承载机构上。

进一步的，所述的设行走机构中的方向把手设置在承载结构的侧面，所述的 脚轮设置在承载机构的底部。

进一步的，所述反射波测量机构，包括接收装置、主机、笔记本电脑、触发 装置与导线若干；

所述接收装置，优选的可以为接收杆。其中设有加速度传感器与接收装置传 输单元。

优选的，所述加速度传感器可以是三轴加速度传感器，用以接收空间xyz三 分量的地震信号。

所述接收装置传输单元与记录装置中的传输单元通过导线相连，实现xyz地 震信号的传输。

所述的主机为一个主机箱，作为为记录装置。

所述主机箱内设记录单元，用以记录接收装置所接收数据。

进一步的，所述主机箱设2个传输单元，分别于接收装置及笔记本电脑相连。 其传输方式为接线柱-导线传输。优选的，可在主机箱上表面设置接线柱。所述 的记录单元通过内部导线连接所述的接线柱，所述接收装置与所述笔记本电脑可 通过外部导线连接接线柱。

所述笔记本电脑为整个系统的控制装置。起到控制记录单元与数据处理的作 用。其中，接收装置传至主机箱的数据也由笔记本电脑进行储存。

该装置的最基本的原理是地震波在不同介质传播时将产生不同的速度、路径 与强度等，通过对不同反射界面反射波的特征来推断波在传播过程中遭遇的不同 地质体。

整个过程：激发地震波—接收装置接收—主机记录—笔记本电脑控制与存 储。

优选的，本发明提供一种触发装置，触发装置位于所述主机箱上表面，可与 用以控制激发地震波的激发装置相连，起到控制激发地震波的作用。

本发明提供两种常用的激发方式，可以是机械激发，可以是爆破激发。以爆 破激发为例，可将触发装置与炮工起爆器相连，起到控制爆破的作用。

进一步的，在所述的主机箱侧面设有与主机箱相连的电源接线柱，用供电导 线与隧道内电源相连，起到测量装置的电源供应作用。

进一步的，在不进行预报时，笔记本电脑置于主机箱上的一个凹槽之中，凹 槽上设拉盖，起到保护作用。

进一步的，所述的灯带与所述的主机箱相连；供电导线插头端接隧道电源， 供电导线接线柱接预报系统供电接线柱，完成供电工作后，灯带亮起，起到照明 与指示作用。

利用上述系统进行预报方法，包括以下步骤：

1)推动方向把手，将预报系统移动至指定位置；

2)以供电导线连接隧道电源与预报系统，其中，供电导线插头端接隧道电 源，供电导线接线柱接预报系统供电接线柱，完成供电工作后，灯带亮起，起到 照明与指示作用；

3)取出接收杆，安置指定位置，用数据导线通过接线柱将笔记本电脑、触 发装置与主机箱相连，完成连接工作；

4)进行预报工作。

优选的，预报工作期间，预报人员可站立于左侧位置进行预报。

5)预报结束后，断开连接，回收接收杆于接收杆凹槽中，将笔记本电脑放 置于下方置物槽内，拉合防护拉盖。

6)断开电源，将预报系统推出隧道，此时预报结束。

本发明提供的隧道超前地质预报系统具有以下优点：

(1)提高了基于地震波反射法的隧道超前地质预报的预报效率，只需一人 即可进行预报工作；

(2)建立了一体化的基于地震波反射法的隧道超前地质预报平台；

(3)规避了仪器的连接与回收操作过程中容易出现的误操作，更能适应隧 道艰苦的施工环境；

(4)提高了超前预报系统的机动性；

(5)延长了仪器的使用寿命。

由上述五个有益效果，本发明在提高超前地质预报的便捷性、机动性、准确 性的基础上，进一步地保障了施工的安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意 性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统三维视图；

图2基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统三维视图；

图中，1—承载台；2—主机箱；3a—接线柱防护拉盖；3b—笔记本电脑防护拉盖；4—重型 脚轮；5—轮轴；6—方向把手；7a—灯带a；7b—灯带b；8—接收杆；9—触发装置；10— 供电接线柱；11—控制-传输接线柱；12—笔记本电脑；13—接收杆凹槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普 通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件 和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在以下缺陷：

1、以现有的TSP203plus地震波激发-收集系统为例，其虽然能完成预报，但 是预报需多人完成。且在数据收集的过程中，需搬运、组装、接线的部件装置有 十余种之多。隧道施工条件具有艰苦性，光线较暗，故容易在连接仪器时出现操 作失误，导致预报接受信号的质量乃至准确定出现问题，进而导致预报的准确性 从而影响施工安全；

2、目前的地震波激发-收集系统由多个仪器通过导线相连而成，在进行预报 工作时，只能将其放置于地上。但隧道地面常常富水，该工作环境降低了仪器的 使用寿命，甚至可能会引起仪器故障；

3、预报人员或蹲伏进行预报、或坐于干燥石块上进行操作，故其操作的便 利性存在欠缺；

4、仪器散件放置于昏暗的隧道中，在使用完毕进行回收过程中容易损坏或 丢失，由于其为精细仪器，缺少任一元件将会产生较大不良影响，为了解决如上 的技术问题，本申请提出了一种基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统及使 用方法。

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，一种用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，包括行 走机构、承载机构和反射波测量机构；

行走机构，用于提高超前预报系统的机动性，并能控制超前预报系统方位；

承载机构，作为超前地质预报系统的主框架，在所述的主框架上设有接收杆 凹槽、灯带，在所述的接收杆凹槽中设置有接收杆；所述的灯带设置在主框架上；

所述的反射波测量机构设置在承载机构上。

具体的结构如下：

行走机构：重型脚轮4共设置4个，以轮轴5相连，行走方向由方向把手6 控制，预报人员推进方向把手并控制放下，位于车身下方四个重型脚轮得以实现 车体平动及方向转换。

承载机构：承载机构包括承载台1、灯带7a/7b、接收杆凹槽13。其中，承载 台1作为整个预报系统的主框架；承载台设有灯带7a/7b，用以起到照明与指示作 用；接收杆凹槽13用以盛放接收杆8。

进一步的，灯带7a/7b与所述的主机箱相连；供电导线插头端接隧道电源， 供电导线接线柱接预报系统供电接线柱，完成供电工作后，灯带亮起，起到照明 与指示作用。

反射波测量机构：包括接收装置8、主机2、笔记本电脑12、触发装置9与导 线若干。其主体为主机箱2。主机箱2内设有记录单元，上表面设控制-传输接线 柱11，用数据传输导线将控制-传输接线柱11与笔记本电脑12、触发装置9相连， 触发装置9用以控制地震波的激发，优选的，可以是机械激发，可以是爆破激发。 所收集到的信息由接收装置8接收，通过内置传输单元通过导线传输至主机2中的 记录单元，主机2中记录单元将数据记录并通过导线传输至笔记本电脑12。笔记 本电脑12对数据进行处理并储存。预报过程中，笔记本电脑12置于防护拉盖3b 上；在不进行预报时，可将笔记本电脑12置于下方置物凹槽内，并以笔记本电脑 防护拉盖3b密封保护，同时，接线柱拉盖3a亦可对接线柱11进行防护。在进行预 报时，所需电源由隧道电源供应，用供电导线14的插头端15连接隧道电源，供电 导线接线柱16与供电接线柱10相连，优选的，系统供电接线柱可设置多个，起到 供电作用。

供电导线：一端为插头端15，另一端为供电接线柱16。

下面将对本发明的使用方法步骤进行描述。

1)推动方向把手6，将预报系统移动至指定位置。

2)以供电导线14连接隧道电源与预报系统，其中，供电导线插头端15接 隧道电源，供电导线接线柱16接预报系统供电接线柱10，完成供电工作后，灯 带7a/7b亮起，起到照明与指示作用。

3)取出接收杆8，安置指定位置，用数据导线通过接线柱11将笔记本电脑 12、触发装置9、接收杆8与主机2相连，完成连接工作。

4)进行预报工作。优选的，预报工作期间，预报人员可站立于图3左侧位 置进行预报。

5)预报结束后，断开连接，回收接收杆8房子与接收杆凹槽13中，将笔记 本电脑12放置于下方置物槽内，拉合防护拉盖3a/3b。

6)断开电源，将预报系统推出隧道，此时预报结束。

本发明产生了以下效果：

(1)提高了基于地震波反射法的隧道超前地质预报的预报效率，只需一人 即可进行预报工作；

(2)建立了一体化的基于地震波反射法的隧道超前地质预报平台；

(3)规避了仪器的连接与回收操作过程中容易出现的误操作，更能适应隧 道艰苦的施工环境；

(4)提高了超前预报系统的机动性；

(5)延长了仪器的使用寿命。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护 范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保 护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，包括行走机构、承载机构和反射波测量机构；

所述行走机构，包括脚轮、轮轴及方向把手，用于提高超前预报系统的机动性，并能控制超前预报系统方位；

所述承载机构，作为超前地质预报系统的主框架，在所述的主框架上设有接收杆凹槽、灯带，在所述的接收杆凹槽中设置有接收杆；所述的灯带设置在主框架上；

所述的反射波测量机构设置在承载机构上。

2.如权利要求1所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，所述的设行走机构中的方向把手设置在承载结构的侧面，所述的脚轮设置在承载机构的底部。

3.如权利要求1所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，所述反射波测量机构，包括接收装置、主机、笔记本电脑和触发装置；所述触发装置位于所述主机箱上表面，与用以控制激发地震波的激发装置相连，起到控制激发地震波的作用；所述的接收装置接收地震波，且将所述的地震波传送给主机，所述的主机与笔记本电脑相连，再将数据传输给笔记本电脑。

4.如权利要求3所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器，用以接收空间x、y、z三分量的地震信号。

5.如权利要4所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，所述的激发装置的激发方式为机械激发或爆破激发。

6.如权利要4所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，

所述的主机为一个主机箱，内设记录单元，主机箱上表面设接线柱，所述的记录单元通过内部导线连接所述的接线柱；所述接收装置通过外部导线连接接线柱与主机箱相连；所述笔记本电脑过外部导线连接接线柱与主机相连，记录单元中数据由主机中传输单元通过导线将数据传输至笔记本电脑；所述笔记本电脑还还起到控制数据记录于数据存储的作用。

7.如权利要求3所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，在所述的主机箱侧面设有与主机箱相连的电源接线柱，用供电导线与隧道内电源相连。

8.如权利要求3所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，在不进行预报时，笔记本电脑置于主机箱上的一个凹槽之中，凹槽上设拉盖，起到保护作用。

9.如权利要求1所述的用于基于地震波反射法的隧道超前地质预报系统，其特征在于，所述的灯带与所述的主机箱相连。

10.利用权利要求1-9任一所述的系统进行预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)推动方向把手，将预报系统移动至指定位置；

2)以供电导线连接隧道电源与预报系统，其中，供电导线插头端接隧道电源，供电导线接线柱接预报系统供电接线柱，完成供电工作后，灯带亮起，起到照明与指示作用；

3)取出接收杆，安置指定位置，用数据导线通过接线柱将笔记本电脑、触发装置、接收装置与主机箱相连，完成连接工作；

4)进行预报工作；

5)预报结束后，断开连接，回收接收杆于接收杆凹槽中，将笔记本电脑放置于下方置物槽内，拉合防护拉盖。

6)断开电源，将预报系统推出隧道，此时预报结束。