CN114200513A - 一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置 - Google Patents

一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其包括：机械安装臂；轴接架，转动连接在所述机械安装臂的一端；外部机体，可相对转动的同轴设置在所述轴接架上，所述外部机体被构造成圆盘形结构；震源发生组件，为圆周排列设置的多组，各组所述震源发生组件均横向嵌入固定在所述外部机体内；内检波装置，与各所述震源发生组件相对应设置，所述内检波装置间隔排列设置在所述震源发生组件之间，且所述外部机体内的圆心处同步设置有内检波装置；所述内检波装置用于对所述震源发生组件的反射波信号进行接收；以及内调径组件，同轴设置在所述外部机体中，所述内调径组件用于调整各所述震源发生组件与所述内检波装置的径向间距。

Description

一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置
技术领域
本发明属于隧道建设工程设备技术领域，具体是一种用于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；其中，多采用弹性波反射原理的地震勘探方法，其探测范围广、深度大、操作方便；而现有技术中地震波反射法隧道超前地质预报工作量大、占用时间长、准备工作多，尤其体现在震源点的测距布置与地震波震源发射中，过程耗时长；因此，本领域技术人员提供了一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其包括：
机械安装臂；
轴接架，转动连接在所述机械安装臂的一端；
外部机体，可相对转动的同轴设置在所述轴接架上，所述外部机体被构造成圆盘形结构；
震源发生组件，为圆周排列设置的多组，各组所述震源发生组件均横向嵌入固定在所述外部机体内；
内检波装置，与各所述震源发生组件相对应设置，所述内检波装置间隔排列设置在所述震源发生组件之间，且所述外部机体内的圆心处同步设置有内检波装置；所述内检波装置用于对所述震源发生组件的反射波信号进行接收；以及
内调径组件，同轴设置在所述外部机体中，所述内调径组件用于调整各所述震源发生组件与所述内检波装置的径向间距。
进一步，作为优选，所述内调径组件包括：
内底盘，同轴固定在所述外部机体内；
传动柱杆，圆周阵列设置在所述内底盘中，所述传动柱杆可相对滑动的限位设置在所述内底盘上，所述内检波装置设置在所述传动柱杆上；
旋转盘座，同轴可相对转动的设置在所述内底盘上，所述内底盘上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过齿轮啮合作用与所述旋转盘座连接传动，且所述旋转盘座上开设有多个与所述传动柱杆相对应的滑孔；以及
内支件，限位滑动设置在所述滑孔内，所述内支件的一端与所述传动柱杆相连接固定。
进一步，作为优选，还包括：
同步调节装置，设置在所述传动柱杆上，所述震源发生组件分别对应设置在所述同步调节装置的两端，并在所述传动柱杆完成内检波装置的调径工作后对所述震源发生组件进行径向调节，以便于所述震源发生组件能对称分布在内检波装置的两侧位置。
进一步，作为优选，所述同步调节装置包括：
调节螺杆，可相对转动的设置在所述传动柱杆上，并由设置在所述传动柱杆上的外设电机旋转驱动；
螺纹套，通过螺纹啮合作用滑动设置在所述调节螺杆上，所述震源发生组件的一端与所述螺纹套相连接固定，所述螺纹套外还固定有联动杆；
外滑杆，固定在所述传动柱杆上并与所述调节螺杆相同轴设置，所述外滑杆上滑动套接有导向套，所述震源发生组件与所述导向套相连接固定，且所述导向套外还固定有侧联杆；以及
传动齿轮，可相对转动的设置在所述传动柱杆外并位于所述联动杆与所述侧联杆之间，所述传动齿轮通过齿轮啮合作用与所述联动杆以及侧联杆连接传动。
进一步，作为优选，所述震源发生组件包括：
外固定架；
安装套件，固定在所述外固定架的一端，所述安装套件内滑动设置有支撑杆；
驱动凸轮，可相对转动的设置在所述外固定架内，所述驱动凸轮上铰接有内传杆，所述内传杆的一端与所述支撑杆相连接；
顶位座，固定在所述安装套件上远离所述外固定架的一侧，所述顶位座上同轴固定有接触盘，并由所述接触盘与隧道掌子面相贴合接触；
调节造波板，同轴固定在所述支撑杆上，并由所述支撑杆驱动限位滑动在所述顶位座中；以及
侧紧固杆，对称固定在所述顶位座上位于支撑杆的两侧位置，所述侧紧固杆被构造成两段式可伸缩结构，且所述侧紧固杆的一端与所述调节造波板相连接固定。
进一步，作为优选，还包括：
外弹板件，同轴设置在所述接触盘上。
进一步，作为优选，所述调节造波板包括：
承接板，与所述支撑杆相固定；
外传波盘，与所述承接板同轴设置，所述外传波盘上对称固定有多个调节螺柱，各所述调节螺柱的一端滑动贯穿在所述承接板上，所述调节螺柱上套接设置有螺母；以及
内弹簧，套设在各所述调节螺柱上位于所述承接板与外传波盘之间。
进一步，作为优选，所述外传波盘上靠近所述承接板的一侧还贴合固定有造波片。
进一步，作为优选，所述外部机体内还设置有数据采集仪。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过在外部机体上圆周设置有多组震源发生组件与内检波装置，其中，内检波装置能够垂直插入于开设在隧道掌子面上的钻孔内，由震源发生组件提供弹性波，并穿入隧道岩体内产生反射，而内检波装置能够对反射波信号进行接收，由数据采集仪进行信号波采集放大，从而得到三维反射波数据；其中，还设置有内调径组件，震源发生组件与内检波装置均设置在内调径组件上，并由内调径组件调整其径向间距，以便于震源发生组件能够密集汇聚或扩散分布，进而实现对隧道内地质的小面域精度预测或大面域扩展预测；尤其在震波发生中，由调节造波板配合外弹板件进行造波外，调节造波板中能够同步产生瞬时冲击波，从而进一步增强波幅频率，提高预测效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中内调径组件的结构示意图；
图3为本发明中震源发生组件与内检波装置调径分布的结构示意图；
图4为本发明中同步调节装置的结构示意图；
图5为本发明中震源发生组件的结构示意图；
图6为本发明中调节造波板的结构示意图；
图中：1机械安装臂、2轴接架、3外部机体、4内调径组件、41内底盘、42传动柱杆、43旋转盘座、5震源发生组件、51外固定架、52安装套件、53支撑杆、54驱动凸轮、55顶位座、56外弹板件、6内检波装置、7同步调节装置、71调节螺杆、72螺纹套、73联动杆、74外滑杆、75导向套、76传动齿轮、8调节造波板、81承接板、82外传波盘、83内弹簧、84造波片。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其包括：
机械安装臂1；
轴接架2，转动连接在所述机械安装臂1的一端；
外部机体3，可相对转动的同轴设置在所述轴接架2上，所述外部机体3被构造成圆盘形结构；
震源发生组件5，为圆周排列设置的多组，各组所述震源发生组件5均横向嵌入固定在所述外部机体3内；
内检波装置6，与各所述震源发生组件5相对应设置，所述内检波装置6间隔排列设置在所述震源发生组件5之间，且所述外部机体4内的圆心处同步设置有内检波装置6；所述内检波装置6用于对所述震源发生组5件的反射波信号进行接收；以及
内调径组件4，同轴设置在所述外部机体3中，所述内调径组件4用于调整各所述震源发生组件5与所述内检波装置6的径向间距,其中，震源发生组件与内检波装置均圆周排列在外部机体上，在对隧道内进行地质预测时，优先对隧道内掌子面进行对应钻孔，使得内检波装置能够对应伸入钻孔内，此时，震源发生组件提供多组弹性波，并穿入隧道岩体内产生反射，内检波装置对反射波信号进行接收，从而实现隧道地质的超前预报。
本实施例中，所述内调径组件4包括：
内底盘41，同轴固定在所述外部机体3内；
传动柱杆42，圆周阵列设置在所述内底盘41中，所述传动柱杆42可相对滑动的限位设置在所述内底盘41上，所述内检波装置6设置在所述传动柱杆42上；
旋转盘座43，同轴可相对转动的设置在所述内底盘41上，所述内底盘41上安装有驱动电机(图中未示出)，所述驱动电机的输出端通过齿轮啮合作用与所述旋转盘座43连接传动，且所述旋转盘座43上开设有多个与所述传动柱杆42相对应的滑孔；以及
内支件，限位滑动设置在所述滑孔内，所述内支件的一端与所述传动柱杆42相连接固定。
作为较佳的实施例，还包括：
同步调节装置7，设置在各所述传动柱杆42上，所述震源发生组件5分别对应设置在所述同步调节装置7的两端，并在所述传动柱杆42完成内检波装置6的调径工作后对所述震源发生组件5进行径向调节，以便于所述震源发生组件5能对称分布在内检波装置6的两侧位置，其中，优先通过驱动电机驱动旋转盘座进行偏转，使得位于传动柱杆上的内检波装置能够进行调径，再由同步调节装置对震源发生组件进行径向调节，使得震源发生组件能够提供多点位处的弹性波；
本实施例中，所述同步调节装置7包括：
调节螺杆71，可相对转动的设置在所述传动柱杆42上，并由设置在所述传动柱杆42上的外设电机旋转驱动；
螺纹套72，通过螺纹啮合作用滑动设置在所述调节螺杆71上，所述震源发生组件5的一端与所述螺纹套72相连接固定，所述螺纹套72外还固定有联动杆73；
外滑杆74，固定在所述传动柱杆42上并与所述调节螺杆71相同轴设置，所述外滑杆74上滑动套接有导向套75，所述震源发生组件5与所述导向套75相连接固定，且所述导向套75外还固定有侧联杆；以及
传动齿轮76，可相对转动的设置在所述传动柱杆42外并位于所述联动杆73与所述侧联杆之间，所述传动齿轮76通过齿轮啮合作用与所述联动杆73以及侧联杆连接传动，从而使得位于内检波装置两侧的对应震源发生组件能始终中心对称分布在内检波装置点位周围，达到均匀分布效果。
本实施例中，所述震源发生组件5包括：
外固定架51；
安装套件52，固定在所述外固定架51的一端，所述安装套件52内滑动设置有支撑杆53；
驱动凸轮54，可相对转动的设置在所述外固定架51内，所述驱动凸轮54上铰接有内传杆，所述内传杆的一端与所述支撑杆53相连接；
顶位座55，固定在所述安装套件52上远离所述外固定架51的一侧，所述顶位座55上同轴固定有接触盘，并由所述接触盘与隧道掌子面相贴合接触；
调节造波板8，同轴固定在所述支撑杆53上，并由所述支撑杆53驱动限位滑动在所述顶位座55中；以及
侧紧固杆，对称固定在所述顶位座55上位于支撑杆53的两侧位置，所述侧紧固杆被构造成两段式可伸缩结构，且所述侧紧固杆的一端与所述调节造波板8相连接固定。
本实施例中，还包括：
外弹板件56，同轴设置在所述接触盘上，也就是说，通过驱动凸轮的高速旋转，使得调节造波板配合外弹板件进行造波外，调节造波板中能够同步产生瞬时冲击波，从而进一步增强波幅频率，提高预测效果。
作为较佳的实施例，所述调节造波板8包括：
承接板81，与所述支撑杆53相固定；
外传波盘82，与所述承接板81同轴设置，所述外传波盘82上对称固定有多个调节螺柱，各所述调节螺柱的一端滑动贯穿在所述承接板81上，所述调节螺柱上套接设置有螺母；以及
内弹簧83，套设在各所述调节螺柱上位于所述承接板81与外传波盘82之间，其中可通过螺母旋调作用并配合内弹簧的弹性支撑以控制承接板与外传波盘之间的有效间距，从而在改变瞬时冲击波与初始造波间的瞬时间隔时长。
本实施例中，所述外传波盘82上靠近所述承接板81的一侧还贴合固定有造波片84，其中在外传波盘受横向冲压与外弹板件进行造波后，承接板能够同步瞬时与外传波盘上的造波片产生冲击波，从而使得声波频率增强，传播效果紧凑，进而提高其穿透性以及反射接收效果。
本实施例中，所述外部机体3内还设置有数据采集仪，用于对反射波信号进行处理得到三维反射波数据。
具体地，在隧道长距离地质预报中，根据隧道地质形态，初调震源发生组件与内检波装置的定点方位，在确定初步预测中，可由内调径组件与同步调节装置将内检波装置以及震源发生组件最大化扩散分布在隧道掌子面，此时，外部钻机进行对应钻孔，将内检波装置埋设在其中，由震源发生组件开始进行弹性波造波工作，得出大体隧道预测地质；而在复测中，由内调径组件控制内检波装置以及震源发生组件密集汇聚，以进行隧道内地质的小面域精度预测，进行提高预测准确度。
上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：其包括：
机械安装臂(1)；
轴接架(2)，转动连接在所述机械安装臂(1)的一端；
外部机体(3)，可相对转动的同轴设置在所述轴接架(2)上，所述外部机体(3)被构造成圆盘形结构；
震源发生组件(5)，为圆周排列设置的多组，各组所述震源发生组件(5)均横向嵌入固定在所述外部机体(3)内；
内检波装置(6)，与各所述震源发生组件(5)相对应设置，所述内检波装置(6)间隔排列设置在所述震源发生组件(5)之间，且所述外部机体(3)内的圆心处同步设置有内检波装置(6)；所述内检波装置(6)用于对所述震源发生组(5)件的反射波信号进行接收；以及
内调径组件(4)，同轴设置在所述外部机体(3)中，所述内调径组件(4)用于调整各所述震源发生组件(5)与所述内检波装置(6)的径向间距。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述内调径组件(4)包括：
内底盘(41)，同轴固定在所述外部机体(3)内；
传动柱杆(42)，圆周阵列设置在所述内底盘(41)中，所述传动柱杆(42)可相对滑动的限位设置在所述内底盘(41)上，所述内检波装置(6)设置在所述传动柱杆(42)上；
旋转盘座(43)，同轴可相对转动的设置在所述内底盘(41)上，所述内底盘(41)上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端通过齿轮啮合作用与所述旋转盘座(43)连接传动，且所述旋转盘座(43)上开设有多个与所述传动柱杆(42)相对应的滑孔；以及
内支件，限位滑动设置在所述滑孔内，所述内支件的一端与所述传动柱杆(42)相连接固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：还包括：
同步调节装置(7)，设置在各所述传动柱杆(42)上，所述震源发生组件(5)分别对应设置在所述同步调节装置(7)的两端，并在所述传动柱杆(42)完成内检波装置(6)的调径工作后对所述震源发生组件(5)进行径向调节，以便于所述震源发生组件(5)能对称分布在内检波装置(6)的两侧位置。
4.根据权利要求3所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述同步调节装置(7)包括：
调节螺杆(71)，可相对转动的设置在所述传动柱杆(42)上，并由设置在所述传动柱杆(42)上的外设电机旋转驱动；
螺纹套(72)，通过螺纹啮合作用滑动设置在所述调节螺杆(71)上，所述震源发生组件(5)的一端与所述螺纹套(72)相连接固定，所述螺纹套(72)外还固定有联动杆(73)；
外滑杆(74)，固定在所述传动柱杆(42)上并与所述调节螺杆(71)相同轴设置，所述外滑杆(74)上滑动套接有导向套(75)，所述震源发生组件(5)与所述导向套(75)相连接固定，且所述导向套(75)外还固定有侧联杆；以及
传动齿轮(76)，可相对转动的设置在所述传动柱杆(42)外并位于所述联动杆(73)与所述侧联杆之间，所述传动齿轮(76)通过齿轮啮合作用与所述联动杆(73)以及侧联杆连接传动。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述震源发生组件(5)包括：
外固定架(51)；
安装套件(52)，固定在所述外固定架(51)的一端，所述安装套件(52)内滑动设置有支撑杆(53)；
驱动凸轮(54)，可相对转动的设置在所述外固定架(51)内，所述驱动凸轮(54)上铰接有内传杆，所述内传杆的一端与所述支撑杆(53)相连接；
顶位座(55)，固定在所述安装套件(52)上远离所述外固定架(51)的一侧，所述顶位座(55)上同轴固定有接触盘，并由所述接触盘与隧道掌子面相贴合接触；
调节造波板(8)，同轴固定在所述支撑杆(53)上，并由所述支撑杆(53)驱动限位滑动在所述顶位座(55)中；以及
侧紧固杆，对称固定在所述顶位座(55)上位于支撑杆(53)的两侧位置，所述侧紧固杆被构造成两段式可伸缩结构，且所述侧紧固杆的一端与所述调节造波板(8)相连接固定。
6.根据权利要求5所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：还包括：
外弹板件(56)，同轴设置在所述接触盘上。
7.根据权利要求5所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述调节造波板(8)包括：
承接板(81)，与所述支撑杆(53)相固定；
外传波盘(82)，与所述承接板(81)同轴设置，所述外传波盘(82)上对称固定有多个调节螺柱，各所述调节螺柱的一端滑动贯穿在所述承接板(81)上，所述调节螺柱上套接设置有螺母；以及
内弹簧(83)，套设在各所述调节螺柱上位于所述承接板(81)与外传波盘(82)之间。
8.根据权利要求7所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述外传波盘(82)上靠近所述承接板(81)的一侧还贴合固定有造波片(84)。
9.根据权利要求1所述的一种用于隧道长距离三维超前地质预报装置，其特征在于：所述外部机体(3)内还设置有数据采集仪。
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