CN211669377U - 一种用于隧道超前地质预报的气锤震源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于隧道超前地质预报的气锤震源，气锤震源包括调节支架以及安装在所述调节支架上的激震装置；调节支架包括高度调节装置和角度调节装置。激震装置包括：气锤壳体，气锤壳体包括储气缸和气缸，气缸呈引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形，储气缸和气缸之间具有用于连通的过气口；缸杆及活塞，活塞密封地设在气缸的内壁，缸杆与活塞连接并从气缸的远离储气缸的一端伸出；设在所述缸杆的伸出气缸的一端的锤头。本实用新型通过设置调节支架调整冲击气锤的位置及高度、方位，降低了测试人员的劳动强度。利用激发气锤来锤击岩面，适用于TBM施工中狭窄的环境，同样适用于钻爆法施工隧道地质超前预报。

Description

一种用于隧道超前地质预报的气锤震源

技术领域

本实用新型涉及隧道超前地质预报物探测试技术领域，尤其涉及一种用于隧道超前地质预报的气锤震源。

背景技术

隧道地质超前预报对于减少隧道施工过程中因为对前方不良地质体情况不明而造成的巨大伤亡和经济损失具有重大意义，地震波法是众多方法中最常用的方法。其中，爆炸震源是普遍采用的震源，而随着炸药审批保管日益困难，隧道地质超前预报对优秀机械震源的需求更加迫切。而大锤敲击存在锤击力度不足和测试效率低下等问题，通常不能满足要求，因此，提供冲击能量大、冲击频率可控、且低成本锤击震源就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型实施例提供了一种用于隧道超前地质预报的气锤震源，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于隧道超前地质预报的气锤震源，所述气锤震源包括调节支架以及安装在所述调节支架上的激震装置；所述调节支架包括用于调节所述激震装置离地高度的高度调节装置和用于调节所述激震装置的朝向的角度调节装置。所述激震装置包括：气锤壳体，所述气锤壳体包括储气缸和气缸，所述气缸呈引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形，所述储气缸和气缸之间具有用于连通的过气口；缸杆及活塞，所述活塞密封地设在所述气缸的内壁，所述缸杆与活塞连接并从所述气缸的远离所述储气缸的一端伸出；锤头，其设在所述缸杆的在伸出所述气缸的一端。

在一些实施例中，所述气锤震源还包括：气源装置，所述气源装置与储气缸通过气管连接，所述气管上设有电磁阀；控制器，所述控制器与所述电磁阀连接，以通过控制气路通断状态而控制激震装置的冲击动作。

在一些实施例中，所述储气缸和气缸的分界处设有第一磁吸结构，所述活塞内或活塞朝向所述储气缸的端面上设有可被所述第一磁吸结构吸附的第二磁吸结构。

在一些实施例中，所述缸杆在所述气缸内的杆段套设有复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵在所述活塞的端面，另一端抵在所述气缸供所述缸杆伸出的内端面。

在一些实施例中，所述气缸的靠近所述缸杆伸出端的缸壁具有进气口和排气口。

在一些实施例中，所述气锤震源还包括用于固定在待测隧道的待激发点的锤击垫。

在一些实施例中，所述第一磁吸结构为磁铁，所述第二磁吸结构为内嵌在所述活塞内的铁块。

在一些实施例中，所述调节支架的高度调节装置为三脚架，包括三支可伸缩的脚管，所述脚管的各个伸缩支管的连接部具有用于锁紧或放松的螺钉、螺母或扳扣。

在一些实施例中，所述调节支架的角度调节装置为方位调节手柄，所述调节支架的顶端为一固定托盘，所述固定托盘与所述三脚架的顶端连接，所述固定托盘为可水平旋转的平台。

在一些实施例中，所述三脚架还包括一个竖直设置在其顶端中部的中轴，所述中轴通过一个调节螺栓锁定在所述三脚架的顶端位置。

根据本实用新型实施例的用于隧道超前地质预报的气锤震源，可获得的有益效果至少包括：

本实用新型实施例的气锤震源通过设置一个便于移动安放且高度、方位可调的调节支架，便于调整冲击气锤的位置及高度、方位，降低了测试人员的劳动强度。利用激发气锤来锤击岩面，适用于TBM施工中狭窄的环境，同样适用于钻爆法施工隧道地质超前预报。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的气锤震源的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的激震装置的结构示意图。

图3为本实用新型实施例一的伸缩支管锁紧方式的结构示意图。

图4为本实用新型实施例二的伸缩支管锁紧方式的结构示意图。

图5为本实用新型实施例三的伸缩支管锁紧方式的结构示意图。

图6为本实用新型另一实施例的调节支架的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

针对现有锤击震源锤击力度不足和测试效率低下等问题，本实用新型提供一种替代大锤和爆炸震源的机械震源，其能够保证较高的冲击能量、冲击频率可控，从而能够提高对隧道地质超前预报的精度和效果。

本实用新型实施例提供了一种用于隧道超前地质预报的气锤震源，气锤震源包括调节支架以及安装在调节支架上的激震装置。其中，调节支架主要用于调整激震装置的离地高度和方位角度，以对应隧道超前地质预报过程预设的激发点位。激震装置主要用于对隧道壁产生冲击负荷，以激发震动信号，从而进行隧道地质超前预报。

图1为本实用新型一实施例的气锤震源的结构示意图，图2为本实用新型一实施例的激震装置的结构示意图。如图1和图2所示，在一些实施例中，调节支架包括用于调节激震装置离地高度的高度调节装置和用于调节激震装置的朝向的角度调节装置；所述激震装置包括气锤壳体、缸杆11、活塞3及锤头10等。

在一些实施例中，气锤壳体作为安装在调节支架上的激震装置的壳体，可包括储气缸5和气缸4。气缸4可呈引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形，储气缸5和气缸4之间具有用于连通的过气口7；过气口7可以为储气缸5和气缸4交界壁部的通孔。

气缸4可与储气缸5焊接，气缸4的一端焊接在储气缸5的带有过气口7的外壁，气缸4的另一端具有供缸杆11伸出的孔。在气缸4内，活塞3与气缸4同轴且密封地设在气缸4的内壁，缸杆11与活塞3连接并从气缸4的远离储气缸5的一端伸出；锤头10可设在缸杆11的伸出所述气缸的一端。活塞3的外周侧与气缸4的内壁之间可这有一个或者更多个密封圈15保持气密性。

本实用新型实施例的用于隧道超前地质预报的气锤震源，通过设置一个便于移动安放以及高度、方位可调的调节支架，利用冲击气锤作为激震装置来锤击岩面，适用于TBM(Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机/法)施工中狭窄的环境，同样适用于钻爆法施工隧道地质超前预报。

在一些实施例中，所述气锤震源还包括气源装置29。气源装置29作为气动系统中的能源装置，气源装置29可包括空气压缩机、储气罐、空气净化设备、和输出管道等，可为冲击气锤提供洁净、干燥的具有稳定压力和足够流量的压缩空气。气源装置29与储气缸4通过气管连接，在气管上设有电磁阀12。此外，本实施例的气锤震源还设有控制器27，控制器27与电磁阀12连接，以通过控制气路通断状态而控制激震装置的冲击动作。该气锤震源也可通过控制器27及电磁阀12控制冲击气锤的冲击频率，以获得激震信号所需的目标频率，例如，电磁阀12可采用二位三通电磁阀，冲击气锤的冲击频率可调，变化范围为300次/min～8000次/min。

在一些实施例中，为了实现缸杆11及活塞3完成冲击动作后的快速回位，储气缸5和气缸4的分界处设有第一磁吸结构，活塞3内或活塞3朝向储气缸5的端面上设有可被第一磁吸结构吸附的第二磁吸结构。第一磁吸结构和第二磁吸结构可为极性相反的磁铁件，也可为一个磁铁件和一个由铁磁性材料制成的可磁吸件。

例如，第一磁吸结构可为磁铁2，第二磁吸结构可为内嵌在活塞3内的铁块1。进一步地，磁铁2也可为电磁铁，也可与控制器连接，由控制器控制其通电状态，以自动控制其在缸杆11及活塞3回位时产生吸附力。

在一些实施例中，为进一步加快缸杆11及活塞3完成冲击动作后的快速回位，缸杆11在气缸4内的杆段套设有复位弹簧14，复位弹簧14的一端抵在活塞3的端面，另一端抵在气缸4供缸杆11伸出的内端面。

在上述实施例中，活塞3内设置有铁块1，储气缸5在压缩空气未进入时，磁铁2与活塞3紧密吸附；储气缸5封闭，当气体进入，且气压大于一定值后活塞3脱离磁铁2，高速运动，气体瞬间释放，将压缩后产生的力通过锤头10向隧道壁30上的锤击垫22击打，有效地产生地震波，达到超前预报的目的。冲击气锤完成击打后，活塞3在复位弹簧14与磁铁2、铁块1的共同作用下能自动复位。

如图2所示，气缸4的靠近缸杆伸出端的缸壁具有进气口9和排气口8，以连通外界大气。

如图1所示，气锤震源还包括用于固定在待测隧道的待激发点的锤击垫22。锤击垫22一般在隧道超前地质预报前预先固定在隧道壁的待测激发点位置，锤击垫22与隧道壁耦合，以避免锤击垫22在受到冲击后发生二次震动，产生干扰信号。耦合的锤击垫22能避免受锤击发生反弹或移动，而且能够将产生的纵波能量有效集中，降低其他干扰波(面波、横波等)的影响。在一些实施例中，冲击气锤的锤头10可为钢、铝和碳钢等材质，对应地，可配备有钢、铝合金、树脂材质等多种材质的锤击垫22，以满足不同的使用场景和需求。

本实用新型实施例的冲击气锤工作过程为：打开二位三通电磁阀，高压气体由气源29进入储气缸5，并由储气缸下方的过气口7向气缸4冲入，推动活塞3脱离电磁铁吸引及复位弹簧弹力，向下移动，活塞3下行，气缸的排气口8打开，活塞下至终端，此时，即为自动换向，第一循环结束，最后再在复位弹簧14或电磁铁的作用下回到初始位置，第二循环开始，依次不断的往复运动，使锤头10冲击锤击垫22，对隧道壁产生冲击负荷。冲击过程由控制器27自动控制。

本实用新型实施例的气锤震源冲击作业时利用冲击气锤击打隧道壁，产生振动波，利用地震仪接收振动波，实现隧道地质超前预报。该气锤震源机动性好，动力强劲，适用于隧道TBM施工及钻爆法施工隧道的超前地质预报。

在一些实施例中，调节支架的高度调节装置为三脚架。三脚架21包括三支可伸缩的脚管，脚管的各个伸缩支管的连接部28具有用于锁紧或放松的螺钉、螺母或扳扣。如图3-图5所示，分别为脚管的各伸缩支管锁紧方式的三种实施方式的结构示意图。

如图3中的实施例一所示，上支管281可伸缩进入到下支管282内，下支管282的连接部28具有一个螺纹孔，在螺纹孔处设有一个紧定螺钉283A，紧定螺钉283A的外端可具有直径略大的滚花螺母部位，以便人员拧紧紧定螺钉283A，紧定螺钉283A的内端平面可在拧紧的状态下卡住上支管281，从而实现上下支管伸缩后的固定。

如图4中的实施例二所示，上支管281可伸缩进入到下支管282内，下支管282的与上支管281对接的端部具有外螺纹，且该端部具有多个开口，以能改变内大小，在上下支管的连接部28还设有一个螺母283B，该螺母283B可与上支管281的外螺纹配合，卡紧内部的下支管282，从而实现上下支管伸缩后的固定。

如图5中的实施例三所示，上支管281可伸缩进入到下支管282内，下支管282的与上支管281对接的端部具有一个扳扣件283C，扳扣件283C可根据扳扣的位置压紧或放松下支管282，该实施例可采用扳扣式脚管锁紧方式，打开扳扣后可拉伸或缩短脚管，便于调节三脚架的高度。

本实用新型实施例的三脚架也可采用其他可用数量可用的脚管，并不局限于两个；各脚管的各个伸缩支管的组成数量也可根据实际产品的需求设定，并不局限于两个。其锁定方式也不局限于采用螺钉、螺母或扳扣的锁紧方式。

根据本实用新型一实施例的调节支架，如图1所示，调节支架的角度调节装置为方位调节手柄25，调节支架的顶端为一固定托盘23，固定托盘23与三脚架21的顶端连接，固定托盘23为可水平旋转的平台，以调整冲击气锤的对准方位。

在另一实施例中，如图6所示，三脚架21还包括一个竖直设置在其顶端中部的中轴24，中轴24可通过一个调节螺栓241锁定在所述三脚架21的顶端位置，调节螺栓241可穿设在三脚架21顶端的第二平台232的径向螺纹孔内，调节螺栓241的内端面紧压在中轴24的外周面。在该实施例中，固定托盘23可为第一平台231。第一平台231设置在三脚架21顶端的第二平台232之上且与中轴24固定连接，此外，该实施例的三脚架21也可借助中轴24实现一定高度范围的升降调整，第一平台231也可以中轴24为轴水平旋转，以调整冲击气锤的对准方位。在该实施例中，第二平台232的上端面可具有用于安装冲击气锤的结构，如固定架、凹槽等。

本实用新型实施例的气锤震源的使用过程为：

步骤一：将三脚架放置在隧道内待测激发点部位上，调整好高度；

步骤二：将冲击气锤放至将三脚架固定托盘上，将冲击气锤固定；

步骤三：利用三脚架调节好气锤高度，利用调节手柄调整方位角，保证锤头与待测激发点高度、角度一致；

步骤四：控制冲击气锤对固定在岩面上的锤击垫进行锤击。

本实用新型实施例的气锤震源通过设置一个便于移动安放且高度、方位可调的调节支架，便于调整冲击气锤的位置及高度、方位，降低了测试人员的劳动强度。

本实用新型实施例的气锤震源通过设置调节支架支撑激发气锤，利用激发气锤来锤击岩面，适用于TBM施工中狭窄的环境，同样适用于钻爆法施工隧道地质超前预报。

本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述气锤震源包括调节支架以及安装在所述调节支架上的激震装置；

所述调节支架包括用于调节所述激震装置离地高度的高度调节装置和用于调节所述激震装置的朝向的角度调节装置；

所述激震装置包括：

气锤壳体，所述气锤壳体包括储气缸和气缸，所述气缸呈引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形，所述储气缸和气缸之间具有用于连通的过气口；

缸杆及活塞，所述活塞密封地设在所述气缸的内壁，所述缸杆与活塞连接并从所述气缸的远离所述储气缸的一端伸出；

锤头，其设在所述缸杆的伸出所述气缸的一端。

2.根据权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述气锤震源还包括：

气源装置，所述气源装置与储气缸通过气管连接，所述气管上设有电磁阀；

控制器，所述控制器与所述电磁阀连接，以通过控制气路通断状态而控制激震装置的冲击动作。

3.根据权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述储气缸和气缸的分界处设有第一磁吸结构，所述活塞内或活塞朝向所述储气缸的端面上设有可被所述第一磁吸结构吸附的第二磁吸结构。

4.根据权利要求3所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述缸杆在所述气缸内的杆段套设有复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵在所述活塞的端面，另一端抵在所述气缸供所述缸杆伸出的内端面。

5.根据权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述气缸在靠近所述缸杆伸出端的缸壁具有进气口和排气口。

6.根据权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述气锤震源还包括用于固定在待测隧道的待测激发点的锤击垫。

7.根据权利要求3所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述第一磁吸结构为磁铁，所述第二磁吸结构为内嵌在所述活塞内的铁块。

8.根据权利要求1所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述调节支架的高度调节装置为三脚架，包括三支可伸缩的脚管，所述脚管的各个伸缩支管的连接部具有用于锁紧或放松的螺钉、螺母或扳扣。

9.根据权利要求8所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述调节支架的角度调节装置为方位调节手柄，所述调节支架的顶端为一固定托盘，所述固定托盘与所述三脚架的顶端连接，所述固定托盘为可水平旋转的平台。

10.根据权利要求9所述的用于隧道超前地质预报的气锤震源，其特征在于，所述三脚架还包括一个竖直设置在其顶端中部的中轴，所述中轴通过一个调节螺栓锁定在所述三脚架的顶端位置。

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