CN110673203B - 一种tbm隧道超前预报采集装置 - Google Patents

一种tbm隧道超前预报采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TBM隧道超前预报采集装置，包括用于发出震源波的震源组件、用于检测震源回波的检测组件，以及用于对检测组件进行支撑固定的支撑组件，其中：支撑组件包括中心支架和若干个设置于中心支架一端的支撑臂，支撑臂通过轴承转动连接在中心支架上；检测组件位于支撑组件远离支撑臂的一端，本发明适用于隧道超前预报采集，通过采用平行于隧道掌子面且与隧道掌子面贴合的检测组件进行震源回波检测，摒弃了传统打孔探测的思路，解决了TBM类隧道对打孔布置震源和检波器使用的限制，减少对围岩管片的影响。

Description

一种TBM隧道超前预报采集装置
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体是一种TBM隧道超前预报采集装置。
背景技术
隧道工程是一种高成本、高风险的隐蔽性地下工程，在隧道开挖前及开挖过程中，施工区域若存在岩溶、断层、破碎带等不良地质结构，易造成围岩的形变和失稳，从而形成隧道塌方、突水突泥、岩爆等隧道地质灾害，对人员财产安全和施工进度造成巨大的影响。隧道地质超前预报技术是降低隧道地质灾害的主要手段，其通过在隧道施工前和施工过程中，对隧道前方地质体的结构进行探测，降低不良地质体对隧道施工安全的影响。地震探测技术以探测范围大、探测精度高，成为了现有隧道地质超前预报的主要技术。探测仪器的设计服务于探测技术的要求，合理的数据采集设备是实现高精度探测的前提；
现有的基于地震探测的隧道超前预报技术所使用的数据采集仪器，多针对隧道壁探测设计，在一定程度上可实现高精度数据采集，然而，受隧道地震波场传播规律的影响，TSP等隧道壁探测的地震数据采集仪器在使用过程中均需要在隧道壁上布置具有一定深度的钻孔，同时需对钻孔进行密封、注浆等处理，施工过程较繁琐，***震源激发的方式成本高，试验可重复性差，且会对隧道壁的会造成一定程度的损害；其次，在盾构施工的隧道中，多采用盾构管片来完成支护，在管片上进行打钻和钻孔修复处理难度大、施工繁琐，这限制了此类探测仪器在隧道壁上的布置；再次，隧道地震波场传播规律表明，相对于隧道壁上接收的隧道掌子面前方地质体反射信息，掌子面上接收的反射信息数据量更大、可靠性更高，数据频率更高，这有利于异常体成像，然而现阶段尚无专门适用于掌子面数据采集的地震仪器。
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TBM隧道超前预报采集装置。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种TBM隧道超前预报采集装置，包括用于发出震源波的震源组件、用于检测震源回波的检测组件，以及用于对所述检测组件进行支撑固定的支撑组件，其中：
所述支撑组件包括中心支架和若干个设置于所述中心支架一端的支撑臂，所述支撑臂通过轴承转动连接在所述中心支架上；
所述检测组件位于所述支撑组件远离所述支撑臂的一端。
优选的，所述检测组件包括顶压件和检波器，所述顶压件设置于所述中心支架远离所述支撑臂的一端，所述检波器设置于所述顶压件上，所述顶压件用于将检波器顶压贴合在隧道掌子面上。
优选的，所述顶压件包括液压缸和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件和多个固定杆，多个所述固定杆呈圆形阵列分布在所述工件表面，该轴承还嵌套在所述液压缸的液压杆端口上，所述检波器通过螺栓等距垂直固定在所述固定杆表面上。
优选的，所述顶压件包括弹簧和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件和多个固定杆，多个所述固定杆呈圆形阵列分布在所述工件表面，该轴承嵌套在所述中心支架的一端，所述弹簧等距分布与所述固定杆的表面，所述检波器设置于所述弹簧上。
优选的，所述支撑臂的一端设置有轴承，该轴承套接在所述中心支架上。
优选的，所述支撑臂采用液压调节长度的液压杆或电动调节长度的推杆或手动调节长度的活动杆。
优选的，震源组件的一端套接有轴承，该轴承套接在中心支架上，所述震源组件包括机械臂和冲击震源，所述冲击震源用于锤击掌子面发出震源波，所述机械臂采用多段结构，每段结构之间通过轴承转动连接，每段结构之间还设置有液压杆，液压杆一方面为所述冲击震源提供冲力，另一方面改变机械臂的形态和冲击震源的位置。
优选的，轴承上设置有限制轴承旋转位置的定位销。
本发明一种TBM隧道超前预报采集装置，通过采用平行于隧道掌子面且与隧道掌子面贴合的检测组件进行震源回波检测，实现了隧道掌子面前方断层、破碎带等异常体的真3D反射地震数据采集，解决常规人工布置观测***耗时长、过程繁琐的问题，实现3D观测***的快速、精准布设，降低了探测成本，增强了探测可重复性，摒弃了传统打孔探测的思路，解决了TBM类隧道对打孔布置震源和检波器使用的限制，减少对围岩管片的影响；
本发明支撑组件中支撑臂可以进行长度调节，使得该装置适用于不同大小的隧道使用，同时支撑组件中支撑臂可以在中心支架上旋转调节角度，使得该装置可以根据隧道的内部实际情况调节角度，方便进行支撑，且这样的结构设置使得该装置在携带或运输时可以折叠，携带方便；
本发明中的检测组件包括工件、固定杆和检波器，其中检波器固定在固定杆上，固定杆可旋转地设置在工件上，这样在装置非使用状态时可以进行折叠，携带方便，而工件可旋转的设置在支撑组件上，这样使得装置在不调整支撑组件支撑位置时可以通过旋转工件改变固定杆的角度，从而改变检波器的检波位置，多次不同位置的检测使得检测数据更精确。
附图说明
图1是本发明一种TBM隧道超前预报采集装置的整体结构示意图；
图2是本发明一种TBM隧道超前预报采集装置实施例3中支撑臂结构示意图；
图3是本发明一种TBM隧道超前预报采集装置实施例2中检测组件侧视图；
图4是本发明一种TBM隧道超前预报采集装置实施例2中检测组件主视图。
附图标记：1、支撑组件；101、中心支架；102、支撑臂；2、检测组件；201、检波器；202、顶压件；3、震源组件；301、机械臂；302、冲击震源；4、第一空腔；5、驱动马达；6、隔板；7、大臂；8、第二空腔；9、丝杆套；10、小臂；11、丝杆；12、液压缸；13、工件；14、固定杆。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种TBM隧道超前预报采集装置的具体实施方式。本发明一种TBM隧道超前预报采集装置不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种TBM隧道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括用于发出震源波的震源组件3、用于检测震源回波的检测组件2，以及用于对所述检测组件2进行支撑固定的支撑组件1，其中：
所述支撑组件1包括中心支架101和若干个设置于所述中心支架101一端的支撑臂102，所述支撑臂102通过轴承转动连接在所述中心支架101上；
所述检测组件2位于所述支撑组件1远离所述支撑臂102的一端。
通过采用上述装置实现了隧道掌子面前方断层、破碎带等异常体的真3D反射地震数据采集，解决常规人工布置观测***耗时长、过程繁琐的问题，实现3D观测***的快速、精准布设，降低了探测成本，增强了探测可重复性，摒弃了传统打孔探测的思路，解决了TBM类隧道对打孔布置震源和检波器使用的限制，减少对围岩管片的影响。
实施例2：
本实施例给出一种TBM隧道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括用于发出震源波的震源组件3、用于检测震源回波的检测组件2，以及用于对所述检测组件2进行支撑固定的支撑组件1，其中：
所述支撑组件1包括中心支架101和若干个设置于所述中心支架101一端的支撑臂102，所述支撑臂102通过轴承转动连接在所述中心支架101上；
所述检测组件2位于所述支撑组件1远离所述支撑臂102的一端。
所述检测组件2包括顶压件202和检波器201，所述顶压件202设置于所述中心支架101远离所述支撑臂102的一端，所述检波器201设置于所述顶压件202上，所述顶压件202用于将检波器201顶压贴合在隧道掌子面上。
参照图3和图4，所述顶压件202包括液压缸12和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件13和多个固定杆14，多个所述固定杆14呈圆形阵列分布在所述工件13表面，该轴承还嵌套在所述液压缸12的液压杆端口上，所述检波器201通过螺栓等距垂直固定在所述固定杆14表面上，当液压缸12运行时，可以推动工件13和固定杆14向隧道掌子面移动，在移动的过程中，可以通过调节液压缸12的推进距离来实现固定杆14上检波器201与隧道掌子面之间的贴合压力，从而方便检波器201进行回波检测。
所述支撑臂102的一端设置有轴承，该轴承套接在所述中心支架101上。
所述支撑臂102采用液压调节长度的液压杆。
震源组件3的一端套接有轴承，该轴承套接在中心支架101上，所述震源组件3包括机械臂301和冲击震源302，所述冲击震源302用于锤击掌子面发出震源波，所述机械臂301采用多段结构，每段结构之间通过轴承转动连接，每段结构之间还设置有液压杆，液压杆一方面为所述冲击震源302提供冲力，另一方面改变机械臂301的形态和冲击震源302的位置。
轴承上设置有限制轴承旋转位置的定位销。
实施例3：
本实施例给出一种TBM隧道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括用于发出震源波的震源组件3、用于检测震源回波的检测组件2，以及用于对所述检测组件2进行支撑固定的支撑组件1，其中：
所述支撑组件1包括中心支架101和若干个设置于所述中心支架101一端的支撑臂102，所述支撑臂102通过轴承转动连接在所述中心支架101上；
所述检测组件2位于所述支撑组件1远离所述支撑臂102的一端。
所述检测组件2包括顶压件202和检波器201，所述顶压件202设置于所述中心支架101远离所述支撑臂102的一端，所述检波器201设置于所述顶压件202上，所述顶压件202用于将检波器201顶压贴合在隧道掌子面上。
所述顶压件202包括弹簧和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件13和多个固定杆14，多个所述固定杆14呈圆形阵列分布在所述工件13表面，该轴承嵌套在所述中心支架101的一端，所述弹簧等距分布与所述固定杆14的表面，所述检波器201设置于所述弹簧上，通过弹簧的弹力作用可以将检波器201顶压在隧道掌子面上，这样的结构设置使得该装置可以适用于掌子面表面不平整情况下进行使用，可以保证每个检波器201均可以贴合到掌子面表面。
所述支撑臂102的一端设置有轴承，该轴承套接在所述中心支架101上。
参照图2，所述支撑臂102采用电动调节长度的推杆，所述支撑臂102包括大臂7和小臂10，所述大臂7底部开设有第二空腔8，所述第二空腔8顶部通过隔板6分隔有第一空腔4，所述第一空腔4内部设置有驱动马达5，所述小臂10插接在所述第二空腔8内，所述小臂10采用镂空结构，所述小臂10的一端嵌套有丝杆套9，所述第二空腔8的中心轴线上设置有丝杆11，所述丝杆11的一端与所述驱动马达5的输出端连接，所述丝杆11的另一端穿过所述丝杆套9并延伸至所述小臂10内，空腔8的横截面与小臂10的横截面不为圆形；
当驱动马达5运行时，丝杆11转动，由于丝杆套9的作用，小臂10在第二空腔8内部移动，从而实现改变整个支撑臂102有效支撑长度的效果。
震源组件3的一端套接有轴承，该轴承套接在中心支架101上，所述震源组件3包括机械臂301和冲击震源302，所述冲击震源302用于锤击掌子面发出震源波，所述机械臂301采用多段结构，每段结构之间通过轴承转动连接，每段结构之间还设置有液压杆，液压杆一方面为所述冲击震源302提供冲力，另一方面改变机械臂301的形态和冲击震源302的位置。
轴承上设置有限制轴承旋转位置的定位销。
综合实施例2-实施例3中，固定杆14与工件13的具体结构如下：
工件13靠近隧道掌子面的一端开设有凹槽，该凹槽延伸工件13的侧壁，固定杆14插接在凹槽内部，并通过销轴转动安装在凹槽内，这样的结构设置使得固定杆14可以进行旋转，其旋转角度范围为0-90°，在固定杆14的旋转角度为0°时，固定杆14与工件13的端面垂直，此时固定杆14处于不工作的收纳状态，方便携带，当固定杆14的旋转角度为90°时，固定杆14与工件13的端面平行，此时固定杆14处于工作状态，两种不同的状态使得该装置的携带和使用方便。
实施例4：
本实施例给出一种TBM隧道超前预报采集装置的具体结构，如图1所示，包括用于发出震源波的震源组件3、用于检测震源回波的检测组件2，以及用于对所述检测组件2进行支撑固定的支撑组件1，其中：
所述支撑组件1包括中心支架101和若干个设置于所述中心支架101一端的支撑臂102，所述支撑臂102通过轴承转动连接在所述中心支架101上；
所述检测组件2位于所述支撑组件1远离所述支撑臂102的一端。
所述检测组件2包括顶压件202和检波器201，所述顶压件202设置于所述中心支架101远离所述支撑臂102的一端，所述检波器201设置于所述顶压件202上，所述顶压件202用于将检波器201顶压贴合在隧道掌子面上。
所述支撑臂102的一端设置有轴承，该轴承套接在所述中心支架101上。
所述支撑臂102采用手动调节长度的活动杆。
震源组件3的一端套接有轴承，该轴承套接在中心支架101上，所述震源组件3包括机械臂301和冲击震源302，所述冲击震源302用于锤击掌子面发出震源波，所述机械臂301采用多段结构，每段结构之间通过轴承转动连接，每段结构之间还设置有液压杆，液压杆一方面为所述冲击震源302提供冲力，另一方面改变机械臂301的形态和冲击震源302的位置。
震源组件3还可以是独立于支撑组件1,进行单独设置。
轴承上设置有限制轴承旋转位置的定位销。
本发明实施例1-实施例4中的冲击震源302均采用可控机械式冲击震源，其重复频率为1-60次/秒，激发能量为2000-4000J，地震子波频带范围为10-1200Hz。
本发明实施例1-实施例4中的检波器201采用高主频、宽频带三角架式和圆盘式两种纵波检波器，地震波频带范围为10-1500Hz。
工作原理：参照图1，首先将固定杆14旋转90°，使固定杆14表面与掌子面平行，并通过弹簧或液压缸12的推动使固定杆14上的检波器201顶压在隧道掌子面上，再转动支撑臂102，根据隧道的直径调节支撑臂102的有效长度，使支撑臂102支撑在隧道内壁垂直于掌子面的岩体上，当机械臂301推动冲击震源302对隧道掌子面发出冲击波时，检波器201通过检测震源回波，从而实现检测隧道掌子面方向的地质数据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种TBM隧道超前预报采集装置，其特征在于：包括用于发出震源波的震源组件、用于检测震源回波的检测组件，以及用于对所述检测组件进行支撑固定的支撑组件，其中：
所述支撑组件包括中心支架和若干个设置于所述中心支架一端的支撑臂，所述支撑臂通过轴承转动连接在所述中心支架上；
所述检测组件位于所述支撑组件远离所述支撑臂的一端；
其中，所述检测组件包括顶压件和检波器，所述顶压件设置于所述中心支架远离所述支撑臂的一端，所述检波器设置于所述顶压件上，所述顶压件用于将检波器顶压贴合在隧道掌子面上；
其中，所述顶压件包括液压缸和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件和多个固定杆，多个所述固定杆呈圆形阵列分布在所述工件表面，所述轴承还嵌套在所述液压缸的液压杆端口上，所述检波器通过螺栓等距垂直固定在所述固定杆表面；
其中，所述顶压件包括弹簧和固定装置，所述固定装置包括一个套接有轴承的工件和多个固定杆，多个所述固定杆呈圆形阵列分布在所述工件表面，所述轴承嵌套在所述中心支架的一端，所述弹簧等距分布与所述固定杆的表面，所述检波器设置于所述弹簧上。
2.如权利要求1所述的一种TBM隧道超前预报采集装置，其特征在于：所述支撑臂的一端设置有轴承，该轴承套接在所述中心支架上。
3.如权利要求1所述的一种TBM隧道超前预报采集装置，其特征在于：所述支撑臂采用液压调节长度的液压杆或电动调节长度的推杆或手动调节长度的活动杆。
4.如权利要求1所述的一种TBM隧道超前预报采集装置，其特征在于：所述震源组件的一端套接有轴承，该轴承套接在中心支架上，所述震源组件包括机械臂和冲击震源，所述冲击震源用于锤击隧道掌子面发出震源波，所述机械臂采用多段结构，每段结构之间通过轴承转动连接，每段结构之间还设置有液压杆，液压杆一方面为所述冲击震源提供冲力，另一方面改变机械臂的形态和冲击震源的位置。
5.如权利要求1-4中任一所述的一种TBM隧道超前预报采集装置，其特征在于：所述轴承上设置有限制轴承旋转位置的定位销。
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