CN201993469U - 隧道施工用超前地质预报系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道施工用超前地质预报系统，包括多个炮孔、分别布设在多个炮孔内的多个激发震源、接收器孔、安装在接收器孔内的地震波接收器、与地震波接收器相接的地震波采集器和对所采集地震波信号进行处理的数据分析处理系统；多个炮孔的结构尺寸和布设高度均相同，多个炮孔呈均匀布设且炮孔孔深为1.5±0.1m，炮孔由内至外逐渐向上倾斜且倾斜角度为5°～10°；接收器孔孔深不大于2m，接收器孔由内至外逐渐向下倾斜且倾斜角度为10°～20°。本实用新型安装布设位置设计合理、使用操作简便且使用效果好、探测精度高，能有效克服现有TSP超前地质预报系统存在的探测精度较低、使用操作不便、探测过程较难把握等问题。

Description

隧道施工用超前地质预报系统

技术领域

本实用新型属于隧道施工超前地质预报技术领域，尤其是涉及一种隧道施工用超前地质预报系统。

背景技术

实际施工过程中，超前地质预报主要解决以下三个方面的施工地质问题：第一、根据隧道围岩的变化情况，修正地面勘查资料，提供设计变更资料；第二、探查施工工作面前方不良地质体所在里程，提前采取预案，规避施工风险，保证施工安全；第三、在遭遇大型不良地质体后，查明该地质体的空间位置，为隧道通过方案提供依据。

TSP203超前地质预报系统属于工程地震勘探技术的一种，是一种用人工震源(炸药)所激发产生的地震波在地下岩层、土壤或其他介质中传播来解决工程地质问题的方法，也叫浅层地震勘探。TSP是瑞士安伯格测量技术公司与20世纪90年代初期开发研制的一套隧道超前地质系统，是目前隧道超前地质预报中最新的地球物理探测方法之一，属于多波多分量地震勘探方法。TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法，其基本原理是当人工震源所激发的地震波在介质中传播时，由于不同的岩层具有不同的弹性特征(如速度、密度等)，当地震波通过这些岩层的分界面时，将产生发射或折射，并且有纵波、横波和面波之分，而且上述不同类型的波具有不同传播速度、路径、频率和强度。用仪器记录各种波的传播时间和波形特征的变化规律，分析解释地震记录，可以推断有关岩石性质、结构和几何位置等参数，从而达到勘探的目的。TSP203超前地质预报系统是在TSP202超前地质预报系统的经验基础上开发研制的，其具有使用范围广、预报距离长、对隧道施工干扰小、数据处理简单、省时、结果直观等特点。

实际使用过程中，TSP203超前地质预报系统的数据解析过程复杂，对解析人员专业知识要求较高，同时数据采集时间较长，并且各炮孔与接收器孔的结构、尺寸及布设位置等均对测量结果的影响较大，因而实际操作过程中存在对施工人员专业水平要求高、数据采集时间较长、测量结果准确度较难把握等多种实际问题。尤其是对于所经过地段地质条件复杂且围岩变化较大的隧道来说，为顺利实现隧道的贯通，防止不良地质体影响施工进度和安全，对超前地质预报结果的快速性和准确性均提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道施工用超前地质预报系统，其安装布设位置设计合理、使用操作简便且使用效果好、探测精度高，能有效克服现有TSP超前地质预报系统存在的探测精度较低、使用操作不便、探测过程较难把握等缺陷和不足。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：包括均布设在所施工隧道左边墙或右边墙上的多个炮孔、分别布设在多个炮孔内且用于产生地震波的多个激发震源、布设在所施工隧道左边墙和/或右边墙上的接收器孔、安装在接收器孔内的地震波接收器、与地震波接收器电连接的地震波采集器和对地震波采集器所采集地震波信号进行分析处理的数据分析处理系统，所述地震波采集器与数据分析处理系统电连接，所述激发震源由布设在炮孔内的炸药包和与所述炸药包相接的引爆装置组成，所述接收器孔布设在多个炮孔后侧；多个所述炮孔的结构尺寸和布设高度均相同，多个所述炮孔呈均匀布设且炮孔的孔深为1.5m±0.1m，所述炮孔由内至外逐渐向上倾斜且向上倾斜角度为5°～10°；所述接收器孔的孔深不大于2m，接收器孔由内至外逐渐向下倾斜且向下倾斜角度为10°～20°。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述接收器孔的孔深为1.8m～2m。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述炮孔和接收器孔的孔径相同，且二者的孔径均为Φ50mm±5mm。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述炮孔和接收器孔距离所施工隧道底面之间的布设高度均相同且二者的布设高度均为1m±0.1m。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述炮孔和接收器孔的孔径均为Φ50mm，所述炮孔和接收器孔距离所施工隧道底面之间的布设高度均为1m。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：多个所述炮孔均布设在所施工隧道的右边墙上。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：多个所述炮孔中位于最前侧的炮孔与所施工隧道掌子面之间的距离不大于2m，沿所施工隧道纵向方向上相邻两个炮孔之间的间距为1.5m±0.5m，沿所施工隧道横向方向上相邻两个炮孔之间的间距为1.5m±1m，所述接收器孔与多个炮孔中位于最后侧的炮孔之间的距离为20m±2m。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述炮孔的数量为24个。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述接收器孔的数量为2个，2个接收器孔分别布设在所施工隧道的左边墙和右边墙上；2个接收器孔的结构尺寸和布设高度均相同。

上述隧道施工用超前地质预报系统，其特征是：所述地震波接收器包括检波器和对所述检波器进行支撑固定的支撑件，所述检波器为三分量加速度地震检波器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、设计合理且布设安装方便，投入成本低。

2、炮孔和接收器孔的布设位置、结构和尺寸设计合理。

3、使用操作简便，数据处理过程中受人为因素影响较小。

4、使用效果好，探测距离远且探测精度高。

综上所述，本实用新型安装布设位置设计合理、使用操作简便且使用效果好、探测精度高，能有效克服现有TSP超前地质预报系统存在的由于炮孔和接收器孔布设位置及结构尺寸设计不合理引起的探测精度较低、探测过程较难把握等缺陷和不足。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理框图。

图2为本实用新型的实际布设位置示意图。

附图标记说明：

1-右边墙；      2-炮孔；        3-激发震源；

4-左边墙；      5-接收器孔；    6-地震波接收器；

7-地震波采集器；8-数据分析处理系统。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括均布设在所施工隧道左边墙4或右边墙1上的多个炮孔2、分别布设在多个炮孔2内且用于产生地震波的多个激发震源3、布设在所施工隧道左边墙4和/或右边墙1上的接收器孔5、安装在接收器孔5内的地震波接收器6、与地震波接收器6电连接的地震波采集器7和对地震波采集器7所采集地震波信号进行分析处理的数据分析处理系统8，所述地震波采集器7与数据分析处理系统8电连接，所述激发震源3由布设在炮孔2内的炸药包和与所述炸药包相接的引爆装置组成，所述接收器孔5布设在多个炮孔2后侧。多个所述炮孔2的结构尺寸和布设高度均相同，多个所述炮孔2呈均匀布设且炮孔2的孔深为1.5m±0.1m，所述炮孔2由内至外逐渐向上倾斜且向上倾斜角度为5°～10°。所述接收器孔5的孔深不大于2m，接收器孔5由内至外逐渐向下倾斜且向下倾斜角度为10°～20°。

实际使用时，所述地震波接收器6、地震波采集器7和数据分析处理系统8组成TSP地质超前预报系统。本实施例中，所述TSP地质超前预报系统为TSP203plus超前地质预报系统，所述地震波接收器6包括检波器和对所述检波器进行支撑固定的支撑件；所述检波器为三分量加速度地震检波器，且其灵敏度为1000mV/g±5％，频率范围为0.5～5000Hz，共振频率9000Hz，横向灵敏度＞1％，操作温度0℃～65℃。

本实施例中，所述接收器孔5的孔深为1.8m～2m。

实际布设时，所述炮孔2和接收器孔5的孔径相同，且二者的孔径均为Φ50mm±5mm。所述炮孔2和接收器孔5距离所施工隧道底面之间的布设高度均相同且二者的布设高度均为1m±0.1m。多个所述炮孔2均布设在所施工隧道的右边墙1上。本实施例中，所述炮孔2和接收器孔5的孔径均为Φ50mm，所述炮孔2和接收器孔5距离所施工隧道底面之间的布设高度均为1m。特殊情况除外，还需考虑实际地面高程对炮孔2和接收器孔5距离所施工隧道底面之间的布设高度进行相应调整。

多个所述炮孔2中位于最前侧的炮孔2与所施工隧道掌子面之间的距离不大于2m，沿所施工隧道纵向方向上相邻两个炮孔2之间的间距为1.5m±0.5m，沿所施工隧道横向方向上相邻两个炮孔2之间的间距为1.5m±1m，所述接收器孔5与多个炮孔2中位于最后侧的炮孔2之间的距离为20m±2m。

本实施例中，所述炮孔2的数量为24个。多个所述炮孔2中位于最前侧的炮孔2与所施工隧道掌子面之间的距离为2m，相邻两个炮孔2之间的间距为1.5m，所述接收器孔5与多个炮孔2中位于最后侧的炮孔2之间的距离为20m。

所述接收器孔5的数量为2个，2个接收器孔5分别布设在所施工隧道的左边墙4和右边墙1上。2个接收器孔5的结构尺寸和布设高度均相同。本实施例中，2个接收器孔5均布设在所施工隧道的右边墙1上。实际施工时，所述接收器孔5的数量也可以为一个，且该接收器孔5布设在与炮孔2同侧的隧道边墙上。

实际使用时，先通过激发震源3产生超前地质预报用地震波，而当所产生的地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带和岩性的变化)时，一部分地震波信号反射回来，另一部分地震波信号透射进入前方介质。反射的地震波信号将被高灵敏度加速度地震传感器(即地震波接收器6)接收并以数字形式记录下来，地震波采集器7采集数据并将所采集数据上传至数据分析处理系统8，数据分析处理系统8对所采集信号进行分析处理，便可了解隧道工作面前方地质体的位置、性质(软弱岩带、破碎带、断层、含水岩层等)及规模。实际使用过程中，地震波在设计的震源点(通常布置在地层或构造的走向与隧道轴向相交成锐角的边墙，大约24个炮点)用小量炸药激发产生。

数据采集时，采用X-Y-Z三分量同时接收，采样间隔62.5μs，记录长度451.125ms(7218采样数)。激发地震波时，采用无爆炸延期的瞬发电雷管，防水乳化炸药(药卷包装，200克/卷)，具体药量要根据实际围岩情况确定，起爆前注水封堵炮孔。所述数据分析处理系统8的数据处理过程主要包括以下步骤：数据设置、带通滤波、初至拾取、拾取处理、炮能量均衡、Q估计、反射波提取、P、S波分离、速度分析、深度偏移和提取反射层，数据处理的最终成果包括P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数等以及反射层二维分布情形。对数据处理成果进行解释与评估，主要基于以下的地震勘探基本准则：

①反射振幅越强，反射系数和波阻抗的差别越大。

②正反射振幅表明正的反射系数，表明坚硬岩层；负反射振幅表明软弱差层。

③若横波反射比纵波强，则表明岩层饱含水。

④纵横波速度比有较大的增加或泊松比突然增大，常常因流体的存在而引起。

⑤若纵波速度下降，则表明裂隙密度或孔隙度增加。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：包括均布设在所施工隧道左边墙(4)或右边墙(1)上的多个炮孔(2)、分别布设在多个炮孔(2)内且用于产生地震波的多个激发震源(3)、布设在所施工隧道左边墙(4)和/或右边墙(1)上的接收器孔(5)、安装在接收器孔(5)内的地震波接收器(6)、与地震波接收器(6)电连接的地震波采集器(7)和对地震波采集器(7)所采集地震波信号进行分析处理的数据分析处理系统(8)，所述地震波采集器(7)与数据分析处理系统(8)电连接，所述激发震源(3)由布设在炮孔(2)内的炸药包和与所述炸药包相接的引爆装置组成，所述接收器孔(5)布设在多个炮孔(2)后侧；多个所述炮孔(2)的结构尺寸和布设高度均相同，多个所述炮孔(2)呈均匀布设且炮孔(2)的孔深为1.5m±0.1m，所述炮孔(2)由内至外逐渐向上倾斜且向上倾斜角度为5°～10°；所述接收器孔(5)的孔深不大于2m，接收器孔(5)由内至外逐渐向下倾斜且向下倾斜角度为10°～20°。

2.按照权利要求1所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述接收器孔(5)的孔深为1.8m～2m。

3.按照权利要求1或2所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述炮孔(2)和接收器孔(5)的孔径相同，且二者的孔径均为Φ50mm±5mm。

4.按照权利要求3所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述炮孔(2)和接收器孔(5)距离所施工隧道底面之间的布设高度均相同且二者的布设高度均为1m±0.1m。

5.按照权利要求4所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述炮孔(2)和接收器孔(5)的孔径均为Φ50mm，所述炮孔(2)和接收器孔(5)距离所施工隧道底面之间的布设高度均为1m。

6.按照权利要求1或2所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：多个所述炮孔(2)均布设在所施工隧道的右边墙(1)上。

7.按照权利要求1或2所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：多个所述炮孔(2)中位于最前侧的炮孔(2)与所施工隧道掌子面之间的距离不大于2m，沿所施工隧道纵向方向上相邻两个炮孔(2)之间的间距为1.5m±0.5m，沿所施工隧道横向方向上相邻两个炮孔(2)之间的间距为1.5m±1m，所述接收器孔(5)与多个炮孔(2)中位于最后侧的炮孔(2)之间的距离为20m±2m。

8.按照权利要求7所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述炮孔(2)的数量为24个。

9.按照权利要求8所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述接收器孔(5)的数量为2个，2个接收器孔(5)分别布设在所施工隧道的左边墙(4)和右边墙(1)上；2个接收器孔(5)的结构尺寸和布设高度均相同。

10.按照权利要求1或2所述的隧道施工用超前地质预报系统，其特征在于：所述地震波接收器(6)包括检波器和对所述检波器进行支撑固定的支撑件，所述检波器为三分量加速度地震检波器。

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