CN110031894A - 一种隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，包括传感器安装套管、自适应锚固弹片单元和可调节锚固弹片单元；所述的传感器安装套管为安置检波器的主体部分；所述的自适应锚固弹片单元设置有多个，多个自适应锚固弹片单元沿着传感器安装套管的轴线方向依次设置在传感器安装套管外壁的一侧，自适应锚固弹片单元可根据其与接收点孔位的孔径大小自动沿着传感器安装套管的轴线方向延伸；可调节锚固弹片单元设置在传感器安装套管的外壁的另一侧，其与多个自适应锚固弹片单元相对，可调节锚固弹片单元通过外接的手柄调整其在传感器安装套管轴线方向上的拉伸长度。

Description

一种隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管

技术领域

本发明涉及一种改进的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套 管。

背景技术

为了开发地下空间，在地下或岩体结构中修建建筑物等，过程中开挖形成的 通道称为隧道。根据用途可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道等。隧道周围一 定范围内的岩体，可能会对工程产生影响的统称为围岩。

随着我国经济快速发展，隧道工程数量越来越多，不良地质灾害成为不可规 避的一大问题。为了找出隧道开挖过程潜在的不良地质体，探明开挖部位前方一 定范围的围岩状况及水分布情况以正确指导施工，最大限度地减少施工过程中可 能出现的人员伤亡、经济损失，降低对施工质量、进度的影响，对掌子面前方及 周围的围岩及地层含水信息进行探测，称之为超前地质预报。隧道超前地质预报 有多种方法，如钻探法、物探法、触探法、地质分析等。隧道地震反射地质预报 (TSP)是施工期非破坏性超前地质预报的主要方法之一，能够对隧道前方150m 范围的不良地质体进行探测。与多数反射地震波方法一样，TSP技术以回声测量 为原理，在指定的震源点处以少量炸药激发地震波，通过安装在隧道两侧的传感 器进行接收并记录上传。由此可见，接收信号的效果对预报的准确性起着决定性 作用。

现行隧道TSP技术中，通常是先布置接受点孔位，然后将传感器安装套管安 装在对应孔位上，待传感器安装套管与孔位相锚固后，再将检波器安置在传感器 安装套管中，发明人发现其存在着如下缺陷：

其一，传感器安装套管与围岩锚固较差，由于接受点孔位尺寸与传感器安装 套管尺寸不一致，接触不紧密产生松动使得传感器接收地震波信号的效果较差， 大大降低了TSP预报的准确性；

其二，目前广泛应用的传感器安装套管多是传统的普通套管，不能有效地解 决套管与围岩锚固效果差这一问题。许多单位使用锚固剂，但由于锚固剂生效时 间长，受价格与耐湿性制约，性价比仍有待提高；

其三，由于传感器安装套管取出时会与围岩摩擦造成磨损变形，再次利用无 法保证与传感器锚固，按照要求传感器安装套管使用是一次性的。许多单位为了 降低成本，重复使用传感器安装套管，但影响了接收地震波信号的精度，降低了 信号的信噪比。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述不足，提出了一种改进的隧道地震波法超前地 质预报传感器自动锚固安装套管。本发明能够解决传感器安装套管与接收点孔位 锚固效果差的问题，同时实现不降低接收信号效果前提下的可重复使用，有效节 约资金，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，包括传感器安装 套管、自适应锚固弹片单元和可调节锚固弹片单元。

所述的传感器安装套管为安置检波器的主体部分；

所述的自适应锚固弹片单元设置有多个，多个自适应锚固弹片单元沿着传感 器安装套管的轴线方向依次设置在传感器安装套管外壁的一侧，自适应锚固弹片 单元可根据其与接收点孔位的孔径大小自动沿着传感器安装套管的轴线方向延 伸；

所述的可调节锚固弹片单元设置在传感器安装套管的外壁的另一侧，其与多 个自适应锚固弹片单元相对，可调节锚固弹片单元通过外接的手柄调整其在传感 器安装套管轴线方向上的拉伸长度。

作为进一步的技术方案，每个自适应锚固弹片单元由高弹性防滑不锈钢片、 第一滑动约束扣、第一固定约束扣组成；所述高弹性防滑不锈钢片的一端设有轨 道槽，所述的轨道槽与第一滑动约束扣配合，第一滑动约束扣固定在传感器安装 套管的外侧壁上，高弹性防滑不锈钢片另一端通过第一固定约束扣固定在传感器 安装套管的外侧壁上。

作为进一步的技术方案，所述高弹性防滑不锈钢片中与围岩接触的部分所 述高弹性防滑不锈钢片中与围岩接触的部分设置增大摩擦部。

作为进一步的技术方案，所述第一固定约束扣布设在接收点孔位向内一侧， 所述第一滑动约束扣布设在接收点孔位向外一侧，每个自适应锚固弹片单元由两 个第二固定约束扣及一个第一滑动约束扣组成，构成三角形分布。

作为进一步的技术方案，所述的可调节锚固弹片单元由高弹性不锈钢片、第 二滑动约束扣、第二固定约束扣和调节握柄组成；所述高弹性不锈钢片的一端设 有轨道槽，所述的轨道槽与第二滑动约束扣配合，第二滑动约束扣固定在传感器 安装套管的外侧壁上，且高弹性不锈钢片的该端与所述的调节握柄相连；高弹性 不锈钢片的另一端通过第二固定约束扣固定在传感器安装套管的外侧壁上。

作为进一步的技术方案，所述第二固定约束扣布设在接收点孔位向内一侧， 所述第二滑动约束扣布设在接收点孔位向外一侧，可调节锚固弹片单元都由两个

作为进一步的技术方案，一个可调节锚固弹片单元对应多个自适应锚固弹片 单元。

作为进一步的技术方案，所述调节握柄由绝缘橡胶材料包覆，设在本装置的 最外侧。

作为进一步的技术方案，在松弛状态下，所述的自动锚固安装套管的纵向最 大尺寸小于接收点孔位的半径，孔径应大于传感器安装套管的直径小于接收点孔 位的孔径。

本发明的工作原理：

本发明公开的一种改进的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装 套管，其工作原理为弹片受力压缩。为了解决接收点孔位与传感器安装套管锚固 效果差，传感器安装套管取出时会与围岩摩擦造成磨损变形等一系列问题，开发 一种更加高效率、低成本、省时环保、低能耗的改进传感器自动锚固安装套管。 本发明以自适应锚固弹片单元及可调节锚固弹片单元为填充，不仅能弥补可能存 在的缝隙，应对多种复杂围岩条件，增强锚固效果且可重复使用，降低了成本。 同时避免了传统传感器安装套管取出时会与围岩摩擦造成磨损变形这一问题，大 大提高了TSP超前地质预报的精度和效率。

本发明的有益效果是：

本发明代替了传统的传感器安装套管，避免了取出套管产生摩擦变形，保证 了传感器安装套管与检波器的紧密贴合，实现了自动高强锚固，大大提高了信号 的信噪比，保证了信号接收的质量，降低了工作时间，本发明可重复使用，节省 了大量资金，保证了地质预报的良好效果。

本发明避免了耦合剂的使用，通过高弹性不锈钢片及高弹性防滑不锈钢片与 孔位围岩锚固，且具有摩擦防滑功能，防止工作期间发生松动脱离。

本发明效果好，操作简单，无需复杂的技能培训也能快速掌握操作要点。构 造简单成本低，适合批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的安装示意图。

图2、图3、图4是本发明的三个方向示意图。

图5是所述自适应锚固弹片单元的细节展示图。

图6是所述可调节锚固弹片单元的细节展示图。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。其中： 1围岩，2接收点孔位，3高弹性不锈钢片，4高弹性防滑不锈钢片，5滑动约束 扣，6固定约束扣，7既有传感器安装套管，8调节握柄。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

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。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水 平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发 明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是 固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中 间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上 述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的传感器安装套管与围岩锚固较 差，由于接受点孔位尺寸与传感器安装套管尺寸不一致，接触不紧密产生松动使 得传感器接收地震波信号的效果较差，大大降低了TSP预报的准确性；目前广泛 应用的传感器安装套管多是传统的普通套管，不能有效地解决套管与围岩锚固效 果差这一问题。许多单位使用锚固剂，但由于锚固剂生效时间长，受价格与耐湿 性制约，性价比仍有待提高；由于传感器安装套管取出时会与围岩摩擦造成磨损 变形，再次利用无法保证与传感器锚固，按照要求传感器安装套管使用是一次性 的。许多单位为了降低成本，重复使用传感器安装套管，但影响了接收地震波信 号的精度，降低了信号的信噪比。为了解决该问题，本发明提出了一种隧道地震 波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，包括传感器安装套管、自适应锚固弹片单元和可调节锚固弹片单元。传感器安装套管为安置检波器的主体部分；

自适应锚固弹片单元设置有多个，多个自适应锚固弹片单元沿着传感器安装 套管的轴线方向依次设置在传感器安装套管外壁的一侧，自适应锚固弹片单元可 根据其与接收点孔位的孔径大小自动沿着传感器安装套管的轴线方向延伸；可调 节锚固弹片单元设置在传感器安装套管的外壁的另一侧，其与多个自适应锚固弹 片单元相对，可调节锚固弹片单元通过外接的手柄调整其在传感器安装套管轴线 方向上的拉伸长度。本发明以自适应锚固弹片单元及可调节锚固弹片单元为填 充，不仅能弥补可能存在的缝隙，应对多种复杂围岩条件，增强锚固效果且可重 复使用，降低了成本。同时避免了传统传感器安装套管取出时会与围岩摩擦造成 磨损变形这一问题，大大提高了TSP超前地质预报的精度和效率。

本发明提出的典型实施例如图1、2所示，一种改进的隧道地震波法超前地 质预报传感器自动锚固安装套管，由既有传感器安装套管7、自适应锚固弹片单 元和可调节锚固弹片单元组成；所述自适应锚固弹片单元与可调节锚固弹片单元 分别布设在既有传感器安装套管的两侧，一侧为完全相同的多个自适应锚固弹片 单元线性排列，另一侧为单一可调节锚固弹片单元。

自适应锚固弹片单元包括高弹性防滑不锈钢片4、滑动约束扣5、固定约束 扣6；高弹性防滑不锈钢片4的一端设有轨道槽，所述的轨道槽与滑动约束扣5 配合，滑动约束扣5固定在传感器安装套管的外侧壁上，高弹性防滑不锈钢片另 一端通过固定约束扣6固定在传感器安装套管的外侧壁上。

高弹性防滑不锈钢片4为自适应锚固弹片单元的主体组成元件，其材料为模 具钢，表现特性为高强度、摩擦性、弹性、韧性；高弹性防滑不锈钢片4中间部 分的外侧形状为锯齿状、条纹状等，即增大摩擦部，其主要目的是为了增大了与 孔位内1围岩的接触摩擦阻力，防止在使用时发生滑动。

在该实施例中，所述自适应锚固弹片单元共四个，方向一致，线性排列在所 述7既有传感器安装套管的一侧；不难理解的，在其他实施例中，自适应锚固弹 片单元还可以设置为5个、6个、3个或者2个等数量，具体的可以根据接收孔 位的深度进行选择。

进一步的，可调节锚固弹片单元包括高弹性不锈钢片3、滑动约束扣9、固 定约束扣10、调节握柄8；所述高弹性不锈钢片3的一端设有轨道槽，所述的轨 道槽与滑动约束扣9配合，滑动约束扣9固定在传感器安装套管的外侧壁上，且 高弹性不锈钢片3的该端与所述的调节握柄8相连；高弹性不锈钢片3的另一端 通过固定约束扣10固定在传感器安装套管的外侧壁上。

本实施例中，高弹性不锈钢片3尺寸大约相当于四个所述4高弹性防滑不锈 钢片，所述可调节锚固弹片单元可以根据需要进行调节，只需单手握住8调节握 柄向外侧拉动，即可使3高弹性不锈钢片纵向拉长，因此本发明适合多种不同尺 寸的孔位，应用范围广；不难理解的，在其他实施例中，高弹性不锈钢片3的尺 寸还可以是相当于三个、两个、五个和六个所述高弹性防滑不锈钢片4，具体的 尺寸大小根据高弹性防滑不锈钢片4的个数确定。

进一步的，调节握柄8与高弹性不锈钢片3之间采用一体成型的方式形成， 也可以是单独成型后，再焊接在一起成型。

进一步的，所述调节握柄8由绝缘橡胶材料包覆，设在本装置的最外侧，操 作人员通过握住调节握柄向外拉伸可以控制可调节锚固弹片单元拉伸，方便整个 装置插入接收点孔位。

进一步的，高弹性不锈钢片为可调节锚固弹片单元的主体组成元件，其材料 为模具钢，表现特性为高强度、弹性、韧性。

进一步的，滑动约束扣5、固定约束扣6、滑动约束扣9、固定约束扣10焊 接在既有传感器安装套管上；也可以采用别的方式固定。所述滑动约束扣固定于 既有传感器安装套管上，其功能为约束高弹性防滑不锈钢片与高弹性不锈钢片在 特定的范围内移动，当高弹性防滑不锈钢片与高弹性不锈钢片在纵向受到压力 时，横向会产生弹性形变而发生位移；固定约束扣焊接固定于既有传感器安装套 管上，其功能为将高弹性防滑不锈钢片与高弹性不锈钢片的一端固定。

进一步的，所述高弹性防滑不锈钢片与高弹性不锈钢片主要差别除尺寸外， 在高弹性防滑不锈钢片中间部位形状为锯齿状，可增大摩擦阻力，防止整个装置 工作期间在接收孔位内滑动。

进一步的，滑动约束扣5、滑动约束扣9、固定约束扣10和固定约束扣6可 选择螺栓、螺钉的结构形式，也可以选择纽扣状的扣件结构形式。

进一步的，轨道槽具有一定长度，轨道槽的槽尺寸与滑动约束扣5、滑动约 束扣9尺寸相同，滑动约束扣在对应的轨道槽内进行弹性伸缩滑动；本装置在自 我调节锚固孔位的过程中，所述高弹性不锈钢片和高弹性防滑不锈钢片受力压缩 时，相应地滑动约束扣约束着所述高弹性不锈钢片和高弹性防滑不锈钢片在轨道 槽范围内移动。

作为适合于本装置的接收点孔位，其孔深约2m，孔径应大于既有传感器安装 套管，但同时小于松弛状态下整个装置的纵向最大尺寸，以保证本装置安置入孔 后可受力压缩，发挥自动锚固效果；所述固定约束扣布设在接收点孔位向内一侧， 所述滑动约束扣布设在接收点孔位向外一侧，每个自适应锚固弹片单元或可调节 锚固弹片单元都由两个固定约束扣及一个滑动约束扣组成，构成三角形分布，更 加稳定牢固。既有传感器安装套管长度约2.5m。

本发明的应用方法如下：

A、预先在指定接收点位打孔，检波孔孔深约2m，垂直隧道轴向，上倾5°

～10°，根据TSP操作规范，检波器孔和所有炮孔应在同一平面和高度上；

B、将本装置尖端对准孔位，操作人员一手握住调节握柄向外拉伸，同时 另一手握住本装置将其安置入孔；

C、待本装置全部入孔后，松开调节握柄，使装置根据孔径大小及内部围 岩状况自行调节高弹性不锈钢片及高弹性防滑不锈钢片的伸缩量；

D、在TSP超前地质预报正式开始之前，不拉动调节握柄的情况下再次试 拔出整个装置，确保其安置固定效果好，若未能拉动且不存在任何方向晃动， 则可正式开始预报工作；

E、其余要求均符合TSP地质预报的操作规范，待整个预报工作结束后，

拉动调节握柄将整个装置拔出，擦去上部覆土，回收入箱。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明代替了传统的传感器安装套管，避免了取出套管产生摩擦变形，保证 了传感器安装套管与检波器的紧密贴合，实现了自动高强锚固，大大提高了信号 的信噪比，保证了信号接收的质量，降低了工作时间，本发明可重复使用，节省 了大量资金，保证了地质预报的良好效果。

本发明避免了耦合剂的使用，通过高弹性不锈钢片及高弹性防滑不锈钢片与 孔位围岩锚固，且具有摩擦防滑功能，防止工作期间发生松动脱离。

本发明效果好，操作简单，无需复杂的技能培训也能快速掌握操作要点。构 造简单成本低，适合批量生产。

上述虽然结合附图对本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)

1.一种隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，包括传感器安装套管、自适应锚固弹片单元和可调节锚固弹片单元；

所述的传感器安装套管为安置检波器的主体部分；

所述的自适应锚固弹片单元设置有多个，多个自适应锚固弹片单元沿着传感器安装套管的轴线方向依次设置在传感器安装套管外壁的一侧，自适应锚固弹片单元可根据其与接收点孔位的孔径大小自动沿着传感器安装套管的轴线方向延伸；

所述的可调节锚固弹片单元设置在传感器安装套管的外壁的另一侧，其与多个自适应锚固弹片单元相对，可调节锚固弹片单元通过外接的手柄调整其在传感器安装套管轴线方向上的拉伸长度。

2.如权利要求1所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，每个自适应锚固弹片单元由高弹性防滑不锈钢片、第一滑动约束扣、第一固定约束扣组成；所述高弹性防滑不锈钢片的一端设有轨道槽，所述的轨道槽与第一滑动约束扣配合，第一滑动约束扣固定在传感器安装套管的外侧壁上，高弹性防滑不锈钢片另一端通过第一固定约束扣固定在传感器安装套管的外侧壁上。

3.如权利要求2所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，所述高弹性防滑不锈钢片中与围岩接触的部分设置增大摩擦部。

4.如权利要求2所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，所述第一固定约束扣布设在接收点孔位向内一侧，所述第一滑动约束扣布设在接收点孔位向外一侧；

进一步的，每个自适应锚固弹片单元由两个第二固定约束扣及一个第一滑动约束扣组成，构成三角形分布。

5.如权利要求1所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，所述的可调节锚固弹片单元由高弹性不锈钢片、第二滑动约束扣、第二固定约束扣和调节握柄组成；所述高弹性不锈钢片的一端设有轨道槽，所述的轨道槽与第二滑动约束扣配合，第二滑动约束扣固定在传感器安装套管的外侧壁上，且高弹性不锈钢片的该端与所述的调节握柄相连；高弹性不锈钢片的另一端通过第二固定约束扣固定在传感器安装套管的外侧壁上。

6.如权利要求5所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，所述第二固定约束扣布设在接收点孔位向内一侧，所述第二滑动约束扣布设在接收点孔位向外一侧。

7.如权利要求5所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，可调节锚固弹片单元由两个第二固定约束扣及一个第二滑动约束扣组成，构成三角形分布。

8.如权利要求5所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，一个可调节锚固弹片单元对应多个自适应锚固弹片单元。

9.如权利要求5所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，所述调节握柄由绝缘橡胶材料包覆，设在本装置的最外侧。

10.如权利要求1所述的隧道地震波法超前地质预报传感器自动锚固安装套管，其特征在于，在松弛状态下，所述的自动锚固安装套管的纵向最大尺寸小于接收点孔位的半径，孔径应大于传感器安装套管的直径小于接收点孔位的孔径。