CN113341454B - 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法 - Google Patents

基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113341454B
CN113341454B CN202110590961.2A CN202110590961A CN113341454B CN 113341454 B CN113341454 B CN 113341454B CN 202110590961 A CN202110590961 A CN 202110590961A CN 113341454 B CN113341454 B CN 113341454B
Authority
CN
China
Prior art keywords
seismic
tunnel
digital signals
blasting
wireless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110590961.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113341454A (zh
Inventor
成帅
贾超
李利平
靳昊
陈彦好
王超
高上
杨钧岩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Construction Tietou Rail Transit Construction Co ltd
Shandong University
China State Railway Investment Construction Group Co Ltd
Original Assignee
China Construction Tietou Rail Transit Construction Co ltd
Shandong University
China State Railway Investment Construction Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Construction Tietou Rail Transit Construction Co ltd, Shandong University, China State Railway Investment Construction Group Co Ltd filed Critical China Construction Tietou Rail Transit Construction Co ltd
Priority to CN202110590961.2A priority Critical patent/CN113341454B/zh
Publication of CN113341454A publication Critical patent/CN113341454A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113341454B publication Critical patent/CN113341454B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/02Generating seismic energy
    • G01V1/104Generating seismic energy using explosive charges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/01Measuring or predicting earthquakes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • G01V1/223Radioseismic systems
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法,包括:采集装置,用于在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;传输装置,用于将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;分析装置,用于对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果将掌子面爆破震源作为主动震源,通过无线检波器,采用相同检波器接收和多次激发进行采集的探测方式采集爆破地震波,通过无线传输将地震波传送到主机后进行地质灾害的临灾判识,达到地质灾害提前预警的目的。

Description

基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖及超前地质预报技术领域,特别是涉及一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
隧道建设中突涌水、岩爆,塌方,大变形等事故频发,尤其在地质条件复杂的区域,往往造成严重的人员伤亡和财产损失。为了减少隧道开挖过程中的事故发生,保障隧道建设工程安全,因此提前探明隧道掌子面前方不良地质体的位置、形态、规模、性质,在灾害易发段进行重点监测并及时采取措施对于防灾减灾具有重要意义。
目前,比较成熟的超前地质预报技术有TSP、SAP、HSP、TRT等。然而,传统的超前地质探测方法至少存在以下缺陷:传统探测方法需要占用施工过程中的单独一个环节,占用大量时间,且占据过多的隧道空间,严重耽误施工进程;传感器与主机之间多采用有线光缆连接,在深长隧道进行探测时,成本高昂;在进行探测装备布设时,需要大量的工作人员钻凿新的钻孔,难以保障施工人员的生命安全;仪器实用性不强且操作复杂,难以适用复杂的施工环境。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法,将掌子面爆破震源作为主动震源,通过埋设在隧道边墙的无线检波器,采用相同检波器接收和多次激发进行采集的探测方式采集爆破地震波,通过无线传输技术将地震波传送到主机后进行地质灾害的临灾判识,达到地质灾害提前预警的目的。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
第一方面,本发明提供一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,包括:
采集装置,用于在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
传输装置,用于将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
分析装置,用于对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果。
第二方面,本发明提供一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报方法,包括:
在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明将爆破震源作为主动震源进行超前地质预报,实现施工-探测一体化,不占用施工空间和工期,大大降低成本。
本发明采用相同检波器接收和多次激发进行采集的探测方式,进一步提高探测效率。
本发明利用远程无线传输技术实现数据的实时传输与远程传输,同时采用高能电磁波穿透隧道结构对无线传感器蓄能,实现隧道工程长寿命监测。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报示意图;
图2为本发明实施例1提供的预报循环示意图。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,包括:
采集装置,用于在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
传输装置,用于将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
分析装置,用于对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果。
在本实施例中,所述采集装置包括无线耦合传感器,布设在掌子面后方,可以同时监测位移、应力、应变等不同信息,以提高监测效率。
在本实施例中,采用相同检波器接收和多次激发进行采集的探测方式,即利用相同的检波器接收每次激发后产生的地震波,在逐次爆破开挖循环中,探测不良地质体;具体为,如图2所示,在每个预报循环中包括50个开挖循环(100m),在每个开挖循环中接收2次爆破信号,即掏槽眼和周边眼时的爆破信号,可以探测前方200m范围内的不良地质体。
优选地,本实施例中将无线耦合传感器布设在掌子面后方50m处的隧道边墙上。
优选地,考虑到隧道施工周期长,无线耦合传感器的待机时间应该尽可能长,故本实施例采用高能电磁波穿透隧道结构对无线耦合传感器蓄能,可实现无线耦合传感器长时间待机工作。
优选地,高能电磁波穿透隧道结构对无线耦合传感器蓄能是指:采用无线补能的方式,利用高能电磁波穿过隧道混凝土衬砌结构,对埋在围岩里的传感器进行无线蓄能。
在本实施例中,所述传输装置包括MCU采集节点、无线中继设备、无线远程基站;隧道掌子面爆破后,无线耦合传感器采集爆破产生的地震波信号,通过MCU采集节点将地震波转化为数字信号,并传送给无线中继设备;无线中继设备将地震波数字信号传输至有移动信号覆盖的无线覆盖区域,由无线远程基站将无线覆盖区域内的地震波数字信号进行汇集,利用转化器将地震波数字信号转换为地震波模拟信号。
优选地,MCU采集节点工作过程为:由感知部件感知并获取前端采集装置的信息,由A/D转换器进行模数转换得到地震波数字信号,由微处理器对地震波数字信号进行存储、处理以及控制感知部件与通讯部件,由通讯部件将采集到的前兆信息以无线的方式传送到临近节点。
由于远程无线传输是隧道突水突泥灾害远程监控预测预警系统的关键环节,隧道修建的地域、隧道埋藏在地下的隐蔽性、还有隧道施工过程中各种干扰等恶劣复杂工作环境决定了隧道洞内没有移动通讯信号的覆盖,这就限制传输过程无法像露天工程直接进行GPRS远程传输;所以,为了克服隧道特殊的监测环境难题,本实施例采用长短距离无线通信技术实现信号的实时远程无线传输;
同时,隧道具有非直线、长距离、信号干扰多、无通讯信号覆盖等特点,在无法直接使用GPRS网关进行远程无线传输时,必须将采集到的地震波信息传输至有移动信号覆盖的地方,所以在保证信号强度、隧道复杂环境、传输距离等条件的制约下,本实施例增设中继设备负责信号的接收与转发。
优选地,为了便于判断无线中继设备是否正常工作,在无线中继设备中设置通讯指示灯,当有数据发送的时候,通讯指示灯会进行闪烁,以此检验信号是否正常传输,同时增设上/下行定向天线增益传输信号的强度。
优选地,基站是物联网远程无线传输层的核心部分,由iCivil-M、防雨机箱、防雷、天线和配电等元件构成,其作用是完成数据的汇集和转发,即将隧道内传感器采集到的数据汇集起来,然后利用转化器将数字信号转换为模拟信号,最后基于无线GPRS通讯技术将地震波模拟信号发送到分析装置,即远程预警分析云平台中,最后由远程预警分析云平台基于临灾阀值辨识理论进行临灾判识,从而达到地质灾害提前预警的目的。
在更多实施例中,还提供一种上述基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统的预报方法,具体包括如下步骤:
在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果。
将掌子面爆破震源作为主动震源,通过埋设在隧道边墙的无线检波器,采用相同检波器和接收多次激发进行采集的探测方式采集爆破地震波,以此进行临灾判识,从而达到地质灾害提前预警的目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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 (5)

1.一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,其特征在于,包括:
采集装置,用于在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
传输装置,用于将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
分析装置,用于对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果;
其中,采用相同检波器接收和多次激发进行采集的探测方式采集爆破地震波;
所述采集装置包括无线耦合传感器,无线耦合传感器布设在掌子面后方;对所述无线耦合传感器利用高能电磁波穿透隧道结构进行蓄能;
所述传输装置包括MCU采集节点,在MCU采集节点处通过A/D转换器将地震波转换为数字信号,并传送给中继设备;
所述传输装置还包括无线远程基站,由无线远程基站将无线覆盖区域内的地震波数字信号进行汇集,并将地震波数字信号转换为地震波模拟信号;
在每个开挖循环内接收掏槽眼和周边眼时的爆破信号。
2.如权利要求1所述的一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,其特征在于,所述无线远程基站通过无线GPRS通讯技术将地震波模拟信号发送到分析装置。
3.如权利要求1所述的一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,其特征在于,在中继设备中设置通讯指示灯,通讯指示灯用于检验地震波数字信号是否正常传输。
4.如权利要求1所述的一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,其特征在于,在中继设备中设置上下行定向天线,用于增益传输信号的强度。
5.一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报方法,基于如权利要求1-4所述的一种基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统,其特征在于,包括:
在预报循环中采集每个开挖循环内爆破震源处的地震波;
将地震波转换为数字信号后,由中继设备传输至无线覆盖区域,以在无线覆盖区域汇集各个爆破震源处的地震波数字信号,将地震波数字信号转换为模拟信号后传输至分析装置;
对地震波模拟信号基于临灾阀值辨识方法进行临灾判断,得到隧道前方不良地质体超前预报结果。
CN202110590961.2A 2021-05-28 2021-05-28 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法 Active CN113341454B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110590961.2A CN113341454B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110590961.2A CN113341454B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113341454A CN113341454A (zh) 2021-09-03
CN113341454B true CN113341454B (zh) 2022-09-20

Family

ID=77471914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110590961.2A Active CN113341454B (zh) 2021-05-28 2021-05-28 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113341454B (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3022805B2 (ja) * 1997-05-12 2000-03-21 西松建設株式会社 切羽前方探査システムおよびその方法およびトンネル掘削方法
DE102006009246B3 (de) * 2006-02-28 2007-08-02 GeoForschungsZentrum Potsdam Stiftung des öffentlichen Rechts Verfahren und Vorrichtung zur Vorauserkundung beim Tunnelbau
WO2016141630A1 (zh) * 2015-03-11 2016-09-15 山东大学 隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探测系统
JP6335204B2 (ja) * 2016-03-15 2018-05-30 株式会社安藤・間 地震計及びこれを用いた切羽前方探査装置
CN106768265A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 山东大学 一种基于无线通讯的隧道爆破震动测试系统及方法
CN107132571B (zh) * 2017-05-24 2019-02-19 中铁西南科学研究院有限公司 一种用于隧道超前地质预报的多源地震干涉法
CN108415066B (zh) * 2017-12-13 2020-03-24 北方工业大学 一种隧道施工地质灾害预报方法
CN108732612A (zh) * 2018-04-10 2018-11-02 云南航天工程物探检测股份有限公司 一种基于隧道开挖爆破信号的超前地质预报装置及方法
CN110824550B (zh) * 2019-10-30 2021-10-29 山东大学 一种隧道不良地质体微震超前探测系统及方法
CN111273340A (zh) * 2020-03-31 2020-06-12 北京程鹏科技有限责任公司 一种随采隧道地质超前预报方法
CN112180429B (zh) * 2020-09-16 2022-11-04 山东大学 利用隧道爆破震动反演的不良地质构造探测系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113341454A (zh) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103410565B (zh) 冲击地压多参量过程监测系统及预警方法
CN110988981B (zh) 一种适用于钻爆法隧道的相控阵声波超前预报系统及方法
CN111208555B (zh) 地下煤火危险声波主被动探测及定位方法
CN211291565U (zh) 一种隧道施工动态监测和预警系统
CN109375262A (zh) 基于检波器布设装置、钻爆法隧道超前预报系统及方法
CN108842745A (zh) 一种高陡岩质边坡监测系统及其监测方法
CN102251769A (zh) 一种随钻测量的电磁波信号传输方法及系统
CN110837110B (zh) 一种适用于tbm隧道的地震波法超前预报辅助装置及方法
CN102797504A (zh) 隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警方法与设施
CHEN et al. Integration and high precision intelligence microseismic monitoring technology and its application in deep rock engineering
CN114718653A (zh) 一种基于三场综合参数的矿山动力灾害实时监测预警方法
CN102353932A (zh) 一种灾后搜救终端定位方法及系统
CN102797503A (zh) 隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警方法与系统
CN113341454B (zh) 基于爆破震源的隧道前方不良地质体超前预报系统及方法
CN108490502A (zh) 矿山探测系统及其探测方法
CN105301645A (zh) 一种盾构法施工超前地质预报方法以及系统
CN202970793U (zh) 隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施
CN203337830U (zh) 一种以掌子面放炮为震源的监测装置
CN109738964B (zh) 地震波和电磁波联合反演的隧道预报装置、掘进机及方法
CN208363068U (zh) 一种高陡岩质边坡监测系统
CN203822379U (zh) 一种煤岩破裂多参量复合测量装置
CN202883020U (zh) 隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统
CN112412538B (zh) 冲击地压监测预警系统
CN114776379A (zh) 矿震综合监测系统及其估算矿震损害范围的方法
CN110824552B (zh) 一种搭载于盾构机的不良地质探测系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20220412

Address after: 250061, No. ten, No. 17923, Lixia District, Ji'nan City, Shandong Province

Applicant after: SHANDONG University

Applicant after: CHINA STATE RAILWAY INVESTMENT CONSTRUCTION GROUP Co.,Ltd.

Applicant after: CHINA CONSTRUCTION TIETOU RAIL TRANSIT CONSTRUCTION Co.,Ltd.

Address before: 250061, No. ten, No. 17923, Lixia District, Ji'nan City, Shandong Province

Applicant before: SHANDONG University

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant