CN106567713A - 用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及***，该方法包括：于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；于所述刀盘上布设多个地震波接收器；依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，令地震波发射器依据特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录探测数据并进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。利用安装在盾构机刀盘上的地震波发射器向撑子面的前方发射地震波信号，该地震波发射器通过特殊编码的声传输信号产生地震弹性波，避免了TSP技术中的钻孔***的准备工序，且地震波信号的发射频率可控，能够提高地质情况的预测精度，控制简单方便可行。
Description
技术领域
本发明涉及隧道盾构领域，特指一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及***。
背景技术
近年来，国内城市轨道交通发展极为迅速，到2015年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到158条，总里程将超过4189公里。盾构法施工技术具有机械化施工程度高、开挖效率高、对环境影响小等特点，在我国城市轨道交通建设中得到了相当广泛的应用。
现代隧道建设工程越来越多地遇到复合地层问题。现有的盾构施工工法适合在较为单一的软土地层、软岩地层及砂层中进行施工，隧道建设过程中，对盾构掘进掌子面前方的不良地质情况不能准确判断，很大程度地影响了施工。我国的广东、深圳等东南沿海地区为花岗岩分布广泛的区域，多为复合地层。在该区域内采用盾构法施工建设隧道时常遇到硬岩及上软下硬的复合地层，给施工带来很大困难，需要一种能够准确预测不良地质的技术，给盾构施工带来一定的参考。
对于复合底层的地质情况预测现有技术的常用做法有两种：
一种是传统钻孔取芯勘探技术，由于布孔间距大，对隧道地层的探测比较粗糙，与实际情况的偏差较大，使盾构施工过程中对掌子面前方不良地层的掌握情况不精确，给施工带来很大困难。若加密布孔勘探，成本高，耗时长。
另一种是TSP(tunnel seismic prediction，隧道地震勘探)技术(包括物探)，在隧道掌子面后方边墙远方打1个1.5～2m深钻孔，在其中灌水并放置1个3分量检波器；向掌子面方向，均匀布置钻深约1.5m的钻孔，灌水后放入高能***，然后依次***，由检波器接收***产生的弹性波。弹性波向检波器一方直接传播由检波器接收，向另一方传播后穿过掌子面向前方，遇到岩体中不同波阻抗而形成反射，反射波先后返回到各检波器被接收，经数据处理制图，然后经对图像的判释，得出地质结论。TSP隧道地震勘探技术需钻孔***，产生地震弹性波，通过一点激振，多点接收(或多点激振，一点接收)预测不良地质，准备工序复杂。TSP技术预测范围一般为百米左右，为提高精度，减少误差，需在百米内做若干次***激振。另外海域水文特征的不确定性给物探准确性带来较大影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及***，解决现有技术中传统钻孔取芯勘探存在的偏差大、成本高和耗时长的问题，及TSP技术存在的准备工序复杂和需若干次***激振来提高精度的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，包括如下步骤：
于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；
于所述盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；
依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将所述特殊编码声音传输信号发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；
通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及
对所记录的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
本发明利用安装在盾构机刀盘上的地震波发射器向撑子面的前方发射地震波信号，该地震波发射器通过特殊编码的声传输信号产生地震弹性波，避免了TSP技术中的钻孔***的准备工序，且地震波信号的发射频率可控，能够提高地质情况的预测精度，控制简单方便可行。本发明的超前探测施工方法实现了在盾构机掘进的过程中，对盾构机前方40米范围进行反复多次的探测，获取的40米范围内若干探测资料，能够避免地质情况的结论的单一性，实现了超前预测不良地层。解决了传统钻孔取芯勘探技术存在的偏差大、成本高和耗时长的问题，还解决了TSP技术存在的准备工序复杂和需若干次***激振来提高精度的问题。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，还包括：
为所述地震波发射器连接密闭的第一空气管线；
为多个所述地震波接收器连接密闭的第二空气管线；
将所述第一空气管线和所述第二空气管线与一空压机连接；
监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并利用所述空压机通过补压操作和放气操作来调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，在盾构机掘进过程中，以设定时间间隔的通过所述地震波发射器向所述盾构机的前方发射地震波信号；
对应的利用所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；
设定掘进距离，获取所述掘进距离内记录的所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，还包括：
获取预设定的介质传播速度；
利用所述地震波接收器的安装位置和所述刀盘当前的转角确定接收到经反射的地震波信号的位置信息；
利用所述接收时间和所述发射时间计算得到所述地震波信号的传输时间，并结合所述预设定的介质传播速度，计算得到设定介质相对于所确定的位置信息的设置长度，再结合所确定的位置信息换算得出所述设定介质的坐标信息；
将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法的进一步改进在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。
本发明还提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，包括：
布设于盾构机的刀盘上的地震波发射器，用于向所述盾构机的前方发射地震波信号；
布设于所述盾构机的刀盘上的多个地震波接收器，用于接收经反射的地震波信号；以及
与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的控制单元，所述控制单元用于依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号并发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；所述控制单元还用于记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的进一步改进在于，还包括与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的压力控制单元，所述压力控制单元用于监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并控制调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的进一步改进在于，所述控制单元内设有计时器、数据发送模块、数据接收模块、分析处理模块以及存储模块；
所述存储模块内存储有所述特殊编码声音传输信号；
所述数据发送模块与所述存储模块和所述计时器连接，所述计时器以设定时间间隔的向所述数据发送模块发送传送指令，所述数据发送模块根据所述传送指令发送所述存储模块内的所述特殊编码声音传输信号至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器以设定时间间隔的向所述盾构机前方发射地震波信号；
所述数据接收模块与所述地震波发射器和所述地震波接收器通信连接，用于接收所述地震波接收器接收到的经反射的地震波信号，接收所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，接收所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间；
所述分析处理模块与所述数据接收模块和所述存储模块连接，用于将所述数据接收模块接收到的经反射的地震波信号、发射时间、地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角以及接收时间写入所述存储模块内进行存储；所述分析处理模块还用于在所述存储模块内存储有设定掘进距离的数据时，对所述存储模块内存储的所述掘进距离内所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的进一步改进在于，所述控制单元的存储模块内还存储有预设定的介质传播速度；
所述控制单元内建立有算法模型；
所述分析处理模块将所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述接收时间、所述发射时间以及预设定的介质传播速度输入到所述算法模型中进行计算，得到对应设定介质的设置长度和坐标信息；所述分析处理模块将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的进一步改进在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。
附图说明
图1为本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的***图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及***，为海相复合地层盾构施工提供了一种新的技术参考。本发明的超前探测的施工方法及***能够利用特殊编码的声音传输信号产生地震波信号，使得地震波信号的发射具有较强的可控性，能够根据实际需要而设定发射的频率，进而提高预测的精度，避免了钻孔***的准备工序，且相较于钻孔***本发明的地震波信号的发射更加简便，省去了复杂的准备工序。通过设定合适的地震波信号发射频率，在对盾构机前方土体进行探测时，针对设定掘进距离内的多次探测数据进行分析而得出该地层的地质情况，避免了结构的单一性，多次探测数据之间可相互印证和相互修正，能够有效提高预测的精度，为海相复合地层的盾构施工提供可靠的技术参考。下面结合附图对本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法及***进行说明。
如图1所示，本发明提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，该施工***包括地震波发射器21、多个地震波接收器22、以及控制单元，地震波发射器21布设于盾构机的刀盘11上，多个地震波接收器22也布设于盾构机的刀盘11上，该地震波发射器21和地震波接收器22跟随着刀盘11进行旋转，其中的地震波发射器21用于向盾构机的前方发射地震波信号，地震波接收器22用于接收经反射的地震波信号。控制单元与地震波发射器21和地震波接收器22连接，控制单元用于依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号并发送至地震波发射器21，该地震波发射器21根据接收的特殊编码声音传输信号向盾构机的前方发射地震波信号，地震波信号向盾构机前方的土层传播，在遇到阻碍时会被反射，经反射的地震波信号被刀盘11上的地震波接收器2接收。控制单元在地震波发射器21发射地震波信号时记录地震波信号的发射时间，该控制单元还记录了地震波接收器22的安装位置，地震波接收器22接收到经反射的地震波信号的接收时间，和在接收时间的刀盘11当前的转角。控制单元对地震波信号的发射时间、经反射的地震波信号的接收时间、刀盘当前的转角和地震波接收器的安装位置进行分析以得到盾构机前方地层的地质情况。
地震波发射器21装设在刀盘11的切削面上，地震波发射器21与土层相邻的一侧设有震动膜，在震动膜前方设置有盛放液体的容器，该容器与前方的土层相贴。地震波发射器21内设有与震动膜连接的控制器，通过控制器来控制震动膜的震动，控制器依据接收的特殊编码声音传输信号来控制震动膜的震动，震动产生弹性波经由液体传入前方的土层，实现了通过震动膜的震动发射震波信号。
作为本发明超前探测的施工***的一较佳实施方式，该超前探测的施工***还包括与地震波发射器21和地震波接收器22连接的压力控制单元26，压力控制单元26用于监控地震波发射器21和地震波接收器22处的压力，并控制调整地震波发射器21和地震波接收器22处的压力以令压力趋于稳定。较佳地，该压力控制单元26为空压机，刀盘11上的地震波发射器21连接有液压阀块，多个地震波接收器22一起连接有一个液压阀块，该空压机通过回转单元与液压阀块控制连接，空压机通过控制液压阀块来实现对压力的控制，使得刀盘11处的环境满足施工要求，也满足地震波发射器和地震波接收器的使用要求。具体地，在刀盘11处设置探测器，利用探测器实时获取压力参数。为地震波发射器连接密闭的第一空气管线，为多个地震波接收器连接密闭的第二空气管线，将空压机与第一空气管线和第二空气管线控制连接，空压机获取探测器监测的压力参数，根据该压力参数与设定压力进行比对判断，根据判断结果来决定压力调整，当压力参数小于设定压力时，需要进行补压，空压机通过补压操作调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于设定压力；当压力参数大于设定压力时，需要进行降压，空压机通过放气操作调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于设定压力。通过空压机的调整使得地震波接收器和地震波发射器处的压力处于稳定，空压机实现了第一空气管线和第二空气管线的线路稳压。
作为本发明超前探测的施工***的一较佳实施方式，控制单元内设有计时器、数据发送模块、数据接收模块、分析处理模块以及存储模块，存储模块内存储有特殊编码声音传输信号，数据发送模块与存储模块和计时器连接，计时器以设定时间等间隔的向数据发送模块发送传送指令，数据发送模块根据该传送指令发送存储模块内的特殊编码声音传输信号至地震波发射器21，以令该地震波发射器21以设定时间间隔的向段购机前方的土层发射地震波信号，设定时间采用10s，即每10s发射一次地震波信号。数据接收模块与地震波发射器21和地震波接收器22通信连接，用于接收地震波接收器22接收到经反射的地震波信号，接收地震波发射器21发射地震波信号的发射时间，接收地震波接收器22的安装位置，该地震波接收器22接收到反射的地震波信号时刀盘当前的转角，地震波接收器22接收到经反射的地震波信号的接收时间。分析处理模块与数据接收模块和存储模块连接，用于将数据接收模块接收到的经反射的地震波信号、发射时间、地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角以及接收时间写入存储模块内进行存储。该分析处理模块还用于在存储模块内存储有设定掘进距离的探测数据时，对存储模块内存储的掘进距离内所有的地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
分析处理模块对探测数据进行分析处理通过如下方式进行，在控制单元的存储模块内还存储有预设定的介质传播速度，控制单元内建有算法模型，分析处理模块将地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角、经反射的地震波信号的接收时间、地震波信号的发射时间和预设定的介质传播速度输入到算法模型中进行计算，得到对应设定介质的设置长度和坐标信息，该分析处理模块将所得到设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。地震波在不同介质中的传输速度不同，预设定的介质传播速度包括有设定介质的类型和与设定介质对应的传播速度，设定介质的类型可以根据盾构施工前的勘探获知。根据地震波在设定介质中的传输速度和地震波的传输时间，能够得知该设定介质的长度，该设定介质的设置位置在盾构机刀盘的前方。由于地震波在土体中传播，当遇到障碍物时，传播介质发生变化，若此介质使地震波边界对比阻抗和波长增大，则地震波产生反射，地震波接收器就能够接收到该经反射的地震波。由此可知，在得出刀盘前方设定介质设置的长度后，即可知晓障碍物的位置，再通过刀盘当前的坐标信息，能够换算得到障碍物的坐标信息。在建立算法模型时，设计算法模型计算得出设定介质的设置长度和障碍物的坐标信息，这样分析处理模块将设定介质的设置长度、对应的设定介质的类型和障碍物的坐标信息一并打包形成数据包予以输出。
地震波发射器21在工作时，其工作环境充斥大量噪音，为了尽可能减小噪音对测量结果产生的影响，本发明的超前探测的施工***需要识别自身发射的音波信号。由于盾构机各组件和土壤的物理学性质，其与土壤摩擦产生的噪音音频多集中在500赫兹以下。而且越高频声波受到松散土壤的散射作用越强烈(这也就是本发明超前探测***无法探测较远距离的原因)。高于500赫兹时噪音会急剧衰减，到达600赫兹以上时，噪音音量已经非常的小了。所以地震波发射器的特殊编码声音传输信号频率选择在600到2000赫兹左右(注意这里与噪音的区别是：噪音是所有音频都混杂在一起，而发射器是上扫信号，也就是信号从600急速上升至2000左右接着完成发射)。
如图1所示，在盾构机的实际施工中，盾构机的刀盘11的切削面安装有1个地震波发射器21和4个地震波接收器22，且地震波发射器21和地震波接收器22均带有液压阀块。地震波发射器21往掌子面前方发射地震波信号。在刀盘11的背面安装有数字转换器23，该数字转换器23用于模数转换，数字转换器23与地震波发射器21的液压阀块连接，还与地震波接收器22的液压阀块连接。在盾构机的中心回转连接有回转单元24，该回转单元24与数字转换器23连接，与地震波发射器21和地震波接收器22的液压阀块连接。刀盘11的背面还安装有压力控制单元26，用于补充地震波发射器和地震波接收器内部压力和外部压力之差，控制压力趋于稳定的作用。在盾构机内还设有与回转单元24连接的控制箱，控制箱内设置有增幅器、可视化***、PC***25以及转换室，本发明施工***中的控制单元即为PC***25，该PC***25通过回转单元24和数字转换器23与地震波发射器21和地震波接收器22连接，接收、处理并使用探测数据，控制箱还用于变压提供所有仪器电源的作用。数字转换器23将地震波接收器22接收的经反射的地震波信号进行数字化，继而通过回转单元24发送给控制箱内的PC***25，数字转换器23还用于提供刀盘上所有仪器直流电源，用于为地震波发射器21提供特殊编码的声音传输信号，用于为压力控制单元26提供开关信号以实现PC***25对压力控制单元运行的控制，用于接收地震波发射器21和地震波接收器22所形成的所有探测数据，并将探测数据进行数字化进而传送给PC***25，探测数据包括有地震波接收器22接收到经反射的地震波信号、地震波发射器21发射地震波信号的发射时间、地震波接收器22的安装位、该地震波接收器22接收到反射的地震波信号时刀盘当前的转角、以及该地震波接收器22接收到经反射的地震波信号的接收时间。数字转换器23接受控制箱内PC***25的控制。回转单元24将数字信号通过中心回转转换，传输到PC***25内。
PC***25对探测数据进行分连续快速分析后得到的数据，输入到可视化***中进行转化显示，该可视化***还结合盾构机掘进过程中的参数，显示出反映相对反射能量的2D和3D彩色模型。本发明的超前探测***以40米范围为单元，对盾构机掌子面前方40米内的不同介质进行定位，根据产生反射的区域的几何位置，综合对比若干40米内的探测资料，实现超前预测不良地层。一般地，利用盾构机推进5米内的所有探测数据来形成反映相对反射能量的2D和3D彩色模型。具体的探测流程为：PC***25向地震波发射器21发送特殊编码声音传输信号，地震波发射器21向掌子面前方发射地震波信号，地震波接收器接收经反射的地震波信号，数字转换器23接收探测数据并将其数字化，通过回转单元24传输至PC***25，经过增幅器增幅后，PC***25将探测数据进行记录存储，存储足够数量的数据时，***分析后自动打包形成可视化***可读的2D和3D数据包，以便专业人员进行查看。本发明的施工***在数据处理时还需要用到盾构机的实时里程数据，该实时里程数据可从盾构机导向***中获得。
本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***的有益效果为：
为海相复合地层盾构施工提供了一种新的技术参考。在40米的预测范围内，有效提高了预测的精度。***直接安装在盾构机刀盘上，操作简便，且产生地震波的方式也便于操控，使得地震波的频率可根据需要而进行控制，避免了钻孔***等准备工序。本发明的***所获取的探测数据在预测范围内结合多个40米单元范围进行，避免了结论的单一性。
下面对本发明用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法进行说明。
本发明提供了一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，包括如下步骤：
于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；
于盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；
依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将特殊编码声音传输信号发送至地震波发射器，以令地震波发射器依据特殊编码声音传输信号向盾构机的前方发射地震波信号；
通过地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角、地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及将所记录的地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角、地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及地震波发射器发射地震波信号的发射时间作为探测数据，对该探测数据进行分析，以得到盾构机前方的地质情况。
本发明通过特殊编码声音传输信号来产生地震波信号，借助地震波发射器进行发射，该地震波发射器的结构及工作原理参见上述施工***中的描述，在此不再赘述。本发明的超前探测的施工方法，方便实现了对地震波信号发射频率的控制，根据实际需要而设定发射频率，从而得到适量的探测数据，能够有效提高预测的精度，对实际施工具有重要的指导意义。
作为该超前探测的施工方法的一较佳实施方式，还包括对地震波发射器和地震波接收器的压力进行控制，具体包括如下步骤：
为地震波发射器连接密闭的第一空气管线；
为多个地震波接收器连接密闭的第二空气管线；
将第一空气管线和第二空气管线与一空压机连接；
监控地震波发射器和地震波接收器处的压力，并利用空压机通过补压操作和放气操作来调整地震波发射器和地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。空压机内设置有设定压力，通过空压机的控制使得盾构机刀盘上的地震波发射器和地震波接收器处的压力稳定在设定压力左右，以满足安全的使用要求。
作为该超前探测的施工方法的一较佳实施方式，在盾构机掘进过程中，以设定时间间隔的通过地震波发射器向盾构机的前方发射地震波信号；设定时间一般为10s，即每10s发射一次地震波信号。
对应的利用地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角、地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及地震波发射器发射地震波信号的发射时间作为探测数据；
设定掘进距离，获取掘进距离内记录的所有的探测数据，并进行分析以得到盾构机前方地层的地质情况。掘进距离一般为5米，即盾构机每掘进5米，对5米内所获得的所有的探测数据进行快速连续的分析，以得到盾构机前方的地质情况。
作为该超前探测的施工方法的一较佳实施方式，对探测数据进行分析包括如下步骤：
获取预设定的介质传播速度；
利用地震波接收器的安装位置和刀盘当前的转角确定接收到经反射的地震波信号的位置信息；
利用接收时间和发射时间计算得到地震波信号的传输时间，并结合预设定的介质传播速度，计算得到设定介质相对于所确定的位置信息的设置长度，再结合所确定的位置信息换算得出设定介质的坐标信息，该设定介质设置长度的端点(远离刀盘的端点)的坐标信息即为障碍物的坐标信息；
将所得到的设定介质和对应的坐标信息和设置长度打包形成数据包予以输出。将该数据包输入到可视化***中能够形成对应的2D和3D彩色模型，以供专业人员进行查看。实现了超前预测不良地层。
为了避免盾构机施工环境中噪音的影响，将地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
于盾构机的刀盘上布设地震波发射器；
于所述盾构机的刀盘上布设多个地震波接收器；
依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号，将所述特殊编码声音传输信号发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；
通过所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；以及
对所记录的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析，以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
2.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，还包括：
为所述地震波发射器连接密闭的第一空气管线；
为多个所述地震波接收器连接密闭的第二空气管线；
将所述第一空气管线和所述第二空气管线与一空压机连接；
监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并利用所述空压机通过补压操作和放气操作来调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。
3.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，在盾构机掘进过程中，以设定时间间隔的通过所述地震波发射器向所述盾构机的前方发射地震波信号；
对应的利用所述地震波接收器接收经反射的地震波信号，记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间；
设定掘进距离，获取所述掘进距离内记录的所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
4.如权利要求3所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，还包括：
获取预设定的介质传播速度；
利用所述地震波接收器的安装位置和所述刀盘当前的转角确定接收到经反射的地震波信号的位置信息；
利用所述接收时间和所述发射时间计算得到所述地震波信号的传输时间，并结合所述预设定的介质传播速度，计算得到设定介质相对于所确定的位置信息的设置长度，再结合所确定的位置信息换算得出所述设定介质的坐标信息；
将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。
5.如权利要求1所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工方法，其特征在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。
6.一种用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，其特征在于，包括：
布设于盾构机的刀盘上的地震波发射器，用于向所述盾构机的前方发射地震波信号；
布设于所述盾构机的刀盘上的多个地震波接收器，用于接收经反射的地震波信号；以及
与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的控制单元，所述控制单元用于依据地震波形成对应的特殊编码声音传输信号并发送至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器依据所述特殊编码声音传输信号向所述盾构机的前方发射地震波信号；所述控制单元还用于记录所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，并进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
7.如权利要求6所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，其特征在于，还包括与所述地震波发射器和所述地震波接收器连接的压力控制单元，所述压力控制单元用于监控所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力，并控制调整所述地震波发射器和所述地震波接收器处的压力以令压力趋于稳定。
8.如权利要求6所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，其特征在于，所述控制单元内设有计时器、数据发送模块、数据接收模块、分析处理模块以及存储模块；
所述存储模块内存储有所述特殊编码声音传输信号；
所述数据发送模块与所述存储模块和所述计时器连接，所述计时器以设定时间间隔的向所述数据发送模块发送传送指令，所述数据发送模块根据所述传送指令发送所述存储模块内的所述特殊编码声音传输信号至所述地震波发射器，以令所述地震波发射器以设定时间间隔的向所述盾构机前方发射地震波信号；
所述数据接收模块与所述地震波发射器和所述地震波接收器通信连接，用于接收所述地震波接收器接收到的经反射的地震波信号，接收所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间，接收所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间；
所述分析处理模块与所述数据接收模块和所述存储模块连接，用于将所述数据接收模块接收到的经反射的地震波信号、发射时间、地震波接收器的安装位置、刀盘当前的转角以及接收时间写入所述存储模块内进行存储；所述分析处理模块还用于在所述存储模块内存储有设定掘进距离的数据时，对所述存储模块内存储的所述掘进距离内所有的所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述地震波接收器接收到经反射的地震波信号的接收时间以及所述地震波发射器发射地震波信号的发射时间进行分析以得到所述盾构机前方地层的地质情况。
9.如权利要求8所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，其特征在于，所述控制单元的存储模块内还存储有预设定的介质传播速度；
所述控制单元内建立有算法模型；
所述分析处理模块将所述地震波接收器的安装位置、所述刀盘当前的转角、所述接收时间、所述发射时间以及预设定的介质传播速度输入到所述算法模型中进行计算，得到对应设定介质的设置长度和坐标信息；所述分析处理模块将所得到的设定介质和对应的设置长度与坐标信息打包形成数据包予以输出。
10.如权利要求6所述的用于海相地层中盾构掘进超前探测的施工***，其特征在于，所述地震波发射器发射的地震波信号的频率在600赫兹至2000赫兹之间。
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