CN110988979A - Tbm高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置及方法，装置包括高压脉冲水射流***、喷嘴、震源传感器、支撑装置、接收传感器、噪声传感器以及数据采集仪；将高压脉冲水射流冲击破岩震动作为震源，震源传感器接收破岩震动信号，三维全空间布置的接收传感器接受反射地震波，噪声传感器接收TBM各噪声源处噪声信号，通过分离、重构、去噪等手段以及射流脉冲频率对震动信号和反射地震波信号进行处理，再利用常规地震分析方法得到纵横波速度模型和三维地震剖面，并拟合分析得到围岩强度指数空间分布，从而实现不良地质体及岩石性质的超前预报。该装置及方法，原理科学、安全高效、节能环保，应用前景良好。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程超前地质探测技术领域，尤其涉及一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置及方法。
背景技术
隧道施工在交通、市政、矿山等工程领域占有重要地位，钻爆法和TBM(隧道掘进机)是两种常用的隧道施工方法。与传统的钻爆法施工相比，TBM施工机械化程度高，可同步进行掘进、支护和出渣实现连续作业，具有施工速度快、环境影响小及综合效益高等优势。因此，TBM在各工程领域中的应用越来越广泛。但是，TBM适应复杂地质条件的能力较差，掘进过程中遭遇不良地质段如发生突水、突泥以及塌方等灾害，极易导致卡机、设备损坏甚至人身伤亡等重大事故，造成巨大经济损失。为避免施工过程中不良地质诱发灾害、导致安全事故，需要采用超前地质探测技术预先探明工作面前方的地质情况，及时发现不良地质体，并采取合理有效的预防措施。
与钻爆法施工不同，TBM施工有如下特点：①TBM是由金属机械结构和电工电子器件构成的复杂***，会产生显著的电磁干扰；②TBM体积巨大，已掘进的隧道空间绝大部分被TBM各部件占据，可用于开展超前地质探测的空间十分有限；③TBM施工工序同步化程度高，作业连续，掘进速度快，可用于实施超前地质探测的时间较短。受TBM***电磁干扰影响，地质雷达法、瞬变电磁法在TBM施工隧道中的探测效果较差；TSP、TRT等地震超前探测方法的设备体积大、装置布置复杂、安装较为繁琐，对于TBM施工隧道的狭小空间实用性不理想，而且会对TBM正常施工作业产生较大的干扰，影响施工进度。因而，常规的适用于钻爆法施工隧道的超前地质探测技术难以在TBM施工隧道中有效应用。
针对上述TBM施工隧道实施超前地质探测所面临的难题，国内外学者提出了一些解决方案，但仍存在一些不完善之处：①德国Geohydraulic Data公司开发了BEAM(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring)***，该***是一种一维聚焦类激发极化探测方法，虽能实现一定程度的超前地质预报，但易受TBM***电磁干扰，探测距离较短，测试设备的安装布置繁琐，影响施工进度；②SSP(Sonic Softground Probing)和ISIS(Integrated Seismic Imaging System)等利用地震波原理进行超前探测的方法，采用的观测方式较为简单，不能有效地进行不良地质体空间定位，得到的探测数据的空间分辨率也较低；③国内发明专利《一种适合于TBM施工的地质超前预报方法》、《以掘进机为震源的巷道随掘地震超前探测装置及方法》以及《隧道掘进机破岩震源三维地震超前探测装置及方法》借鉴了石油钻井和地质钻探工程中的随钻地震探测方法，提出利用TBM刀盘上的滚刀在破碎岩石的过程中产生的震动作为震源进行超前地质探测，然而TBM刀盘面积巨大且分布有数量众多的滚刀，不同位置的滚刀在破岩过程中产生的震动差别很大，而且滚刀通过压碎、剪切、磨蚀等机械作用进行破岩，产生的震动方向各异、频率成分复杂、振幅不均，震源信号的品质较差，这极大地增加了后续分析的难度和降低了超前地质预报的准确性。
综上所述，地震波类方法在不良地质体描述、空间定位、探测距离和抗电磁干扰等方面具有优势，但受限于TBM施工隧道可利用空间狭小和空档时间较短等不利因素，传统的地震波类方法难以在TBM施工隧道中有效应用，将刀盘滚刀破岩过程中产生的震动作为震源实现随掘超前地质探测是一条可行路径，但滚刀数量众多，不同滚刀破岩产生震动差异巨大，且单个滚刀破岩产生的震动方向各异、频率成分复杂、振幅不均，后续震源信号和地震波反射信号的分析异常复杂，严重影响超前地质探测的可靠性和准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置及方法，旨在以高压脉冲水射流的间断射流束冲击岩石初始阶段的水锤效应产生的强震动为震源，利用分布于各处的传感器分别接收震源信号、噪声信号以及地震波反射信号，并进行综合分析，从而对工作面前方地质条件和围岩质量进行超前预测。
本发明的实施例提供一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置及方法，包括高压脉冲水射流***、喷嘴、震源传感器、支撑装置、接收传感器、噪声传感器以及数据采集仪；
所述高压脉冲水射流***搭载于TBM上，所述喷嘴安装于刀盘面向工作面的一侧，且与所述高压脉冲水射流***的出水口连通，用以向所述工作面喷出高压脉冲水射流束产生破岩震动波，所述震源传感器安装于刀盘面向所述工作面的一侧以检测震源信号；
所述支撑装置包括驱动机构和弧形板，所述驱动机构安装于TBM外机架上，所述弧形板安装于所述驱动机构上，所述驱动机构驱动所述弧形板在与隧道侧壁相抵接和远离所述隧道侧壁的位置切换；所述接收传感器安装于所述弧形板面向所述隧道侧壁的一侧，以接收破岩震动波在所述工作面前方岩层中传播时遭遇反射界面产生的反射波信号；所述噪声传感器安装于TBM各个噪声源处，以采集所述各个噪声源产生的噪声信号；
所述震源传感器、接收传感器、噪声传感器与所述数据采集仪连接，所述数据采集仪与TBM控制***保持通信，用于采集所述震源信号、反射波信号、噪声信号以及TBM工作参数。
进一步地，所述驱动机构与所述TBM外机架之间连接有减震器。
进一步地，所述支撑装置设有三个，所述三个支撑装置绕TBM主轴***分布。
进一步地，所述刀盘面向所述工作面的一侧根据刀盘上滚刀的分布情况设有多个所述震源传感器、多个所述喷嘴和多个定位传感器，每一所述喷嘴、每一所述震源传感器与每一所述定位传感器位于相同区域形成一震源单元。
进一步地，所述驱动机构为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆一端安装于所述TBM外机架上，所述弧形板安装于所述液压伸缩杆的另一端。
进一步地，所述液压伸缩杆的油缸内设有反馈压力传感器，所述反馈压力传感器液实时监测所述油缸内液压油的压力。
本发明的实施例还提供一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，利用如上所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，包括以下步骤：
S1连接震源传感器、接收传感器、噪声传感器、TBM控制***、高压脉冲水射流***控制模块以及数据采集仪，使各传感器处于待检测状态；
S2启动驱动机构以驱动弧形板与隧道侧壁相抵接；
S3启动TBM和高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号；将所述高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用所述震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号；
S4根据射流束和滚刀联合破岩时的震动信号以及单滚刀破岩时的震动信号，分离提取射流束冲击岩石激发的震动信号；
S5利用接收传感器接收反射地震波信号，利用噪声传感器检测TBM及所述高压脉冲水射流***中各噪声源处的噪声信号；
S6利用所述噪声信号对所述射流束冲击岩石激发的震动信号进行去噪处理，将得到的信号记为震源信号；利用所述噪声信号对所述反射地震波信号进行去噪处理，将得到的信号记为有效反射地震波信号；
S7利用常规地震探测方法对所述震源信号和所述有效反射地震波信号进行分析处理，得到所述工作面前方及周围区域的纵横波速度模型和三维地震剖面；利用TBM工作参数、射流束工作压力、TBM掘进速度和经验公式可计算得到围岩强度指数，再结合地震波反射系数，可以拟合得到围岩强度指数与地震波反射系数之间的关系式，从而可根据工作面前方及周围岩石的地震波反射系数分布对围岩强度系数分布进行预测；
S8待一次掘进行程完成后，利用驱动机构使所述弧形板远离隧道侧壁，整个支撑装置随所述TBM外机架一同向前移动到限位端，然后重复步骤S2至S7，进行下一掘进行程的超前探测工作。
进一步地，所述刀盘面向所述工作面的一侧根据刀盘上滚刀的分布情况设有多个所述震源传感器、多个所述喷嘴和多个定位传感器，每一所述喷嘴、每一所述震源传感器与每一所述定位传感器位于相同区域形成一震源单元；
步骤S3具体为：选择震源模式，所述震源模式包括整体模式和局部模式；
所述整体模式为启动TBM和高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和所有喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，各所述喷嘴的入口压力、喷射起始时刻和射流脉动频率均一致，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号；将高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号；
所述局部模式为根据刀盘上滚刀的分布情况，在刀盘上选定一个区域，在刀盘转动的过程中，通过所述震源单元的定位传感器判断所述震源单元是否位于选定区域，如果位于选定区域则所述震源单元的喷嘴和震源传感器均工作，如果位于选定区域范围外则所述震源单元的喷嘴和震源传感器均停止工作；启动TBM和所述高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和所述喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号并进行分析重构；将所述高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用所述震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号并进行分析重构。
进一步地，步骤S6还包括：利用高压脉冲水射流束的脉冲频率、震源信号和有效反射地震波信号进行联合分析处理，对不相干噪声进行进一步衰减。
进一步地，所述驱动机构为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆一端安装于所述TBM外机架上，所述弧形板安装于所述液压伸缩杆的另一端，所述液压伸缩杆的油缸内设有反馈压力传感器，所述反馈压力传感器液实时监测所述油缸内液压油的压力；
步骤S2具体为：启动所述液压伸缩杆，所述液压伸缩杆伸展以驱动所述弧形板移动，利用反馈压力传感器获取所述液压伸缩杆的油缸内的压力，当所述油缸内压力达到预设阈值时，所述液压伸缩杆停止伸展，使所述弧形板与隧道侧壁相抵接。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、利用高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动作为震源，震源的方向性好，射流脉冲频率已知且可以设定，该频率可用于后续震源信号和反射地震波信号的处理分析，不同震源模式下均可从破岩震动信号中分离刀盘滚刀破岩震动信号得到高压脉冲水射流冲击岩石激发的震源信号，该震源与常规地震探测方法的震源性质相近，有利于提高超前地质预报的准确性；
2、利用震源传感器、三维全空间布置的接收传感器以及多个噪声传感器，分别接收震源信号、反射地震波信号和TBM各处噪声源信号，可以较全面获取的信号特征，并对震源信号和反射地震信号进行有效去噪，此外支撑接收传感器的减震支撑装置上设置有减震器，可有效减少TBM工作时的震动对接收传感器工作的影响；
3、整个装置分布式安装于TBM上，可在掘进的同时开展超前地质探测，探测效率高，对TBM掘进工作的影响小。原理科学，安全高效，节能环保，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置一实施例的结构示意图；
图2是图1中支撑装置的结构示意图；
图3是图1中局部震源模式下选定区域的示意图；
图4是本发明提供的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法一实施例的工作原理示意图；
图中：高压脉冲水射流***1、喷嘴2、滚刀3、刀盘4、震源传感器5、定位传感器6、内机架7、外机架8、减震支撑装置9、减震器10、液压伸缩杆11、弧形板12、接收传感器13、反馈压力传感器14、震源单元15-1、15-2、15-3、15-4、15-5、15-6、15-7、15-8、局部震源模式选定区域16、震源地震波17、反射地震波18。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1至图4，本发明的实施例提供一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，包括高压脉冲水射流***1、喷嘴2、震源传感器5、支撑装置9、接收传感器13、噪声传感器以及数据采集仪。
所述高压脉冲水射流***1搭载于TBM(图1中仅展示了TBM的内机架7、外机架8以及刀盘4)上，所述喷嘴2安装于刀盘4面向工作面的一侧，且与所述高压脉冲水射流***1的出水口连通，用以向所述工作面喷出高压脉冲水射流束产生破岩震动波，所述震源传感器5安装于刀盘4面向所述工作面的一侧以检测震源信号。
所述支撑装置9包括驱动机构和弧形板12，所述驱动机构安装于TBM外机架8上，所述弧形板12安装于所述驱动机构上，所述驱动机构驱动所述弧形板12在与隧道侧壁相抵接和远离所述隧道侧壁的位置切换。本实施例中，所述驱动机构与所述TBM外机架8之间连接有减震器10，减震器10一端与TBM外机架8相连，另一端与驱动机构相连，以减小TBM工作时产生的震动向接收传感器13传递。所述驱动机构为液压伸缩杆11，所述液压伸缩杆11一端安装于所述TBM外机架8上，所述弧形板12安装于所述液压伸缩杆11的另一端。所述液压伸缩杆11的油缸内设有反馈压力传感器14，所述反馈压力传感器14液实时监测所述油缸内液压油的压力，当液缸内液压油压力达到预设阈值时，停止液压伸缩杆11伸展，以保证接收传感器13与隧道壁面紧密接触，又不至于导致接触力过大损坏接收传感器13。所述支撑装置9设有三个，所述三个支撑装置9绕TBM主轴***分布，以在三维全空间布置接收传感器13接收反射地震波18。所述接收传感器13安装于所述弧形板12面向所述隧道侧壁的一侧，本实施例中，所述弧形板12上设有多个所述接收传感器13，以接收破岩震动波在所述工作面前方岩层中传播时遭遇反射界面产生的反射波信号。所述噪声传感器安装于TBM各个噪声源处，以采集所述各个噪声源产生的噪声信号。
所述刀盘4面向所述工作面的一侧根据刀盘4上滚刀3的分布情况设有多个所述震源传感器5、多个所述喷嘴2和多个用于确定空间位置的定位传感器6，每一所述喷嘴2、每一所述震源传感器5与每一所述定位传感器6位于相同区域形成一震源单元(图中15-1、15-2、15-3、15-4、15-5、15-6、15-7、15-8为不同的震源单元)。所述震源传感器5、接收传感器13、噪声传感器与所述数据采集仪连接，所述数据采集仪与TBM控制***保持通信，用于采集所述震源信号、反射波信号、噪声信号以及TBM工作参数。
本发明提出的技术方案的工作原理为：TBM掘进准备工作完成后，通过支撑装置9将接收传感器13快速布置于隧道侧壁，形成反射地震波18三维全空间检测布局，然后开始TBM掘进，利用高压脉冲水射流束冲击工作面岩石产生的方向性好且具有一定频率的破岩震动作为震源，安装于刀盘4上的震源传感器5接收刀盘4上滚刀3破岩的震动信号和高压脉冲水射流束冲击工作面的震动信号，震源地震波17向工作面前方及四周传播，遇到波阻抗界面发生反射形成反射地震波18，反射地震波18传播到工作面附近区域被接收传感器13接收，噪声传感器接收TBM各噪声源处的震动作为噪声信号，数据采集仪采集上述传感器接收到的信号、TBM刀盘4工作参数和高压脉冲水射流***1工作参数，并进行实时数据分析处理，根据震源模式分离提取得到高压脉冲水射流破岩震动信号，经重构、去噪处理后作为震源信号，联合分析高压脉冲水射流脉冲频率、震源信号、有效反射地震波18信号和噪声信号，衰减不相干噪声，再利用常规地震探测分析手段对震源信号和反射地震波18信号进行处理，得到工作面前方及周围区域的纵横波速度模型和三维地震剖面，结合掘进机工作参数和高压脉冲水射流***1工作参数得到围岩强度指数空间分布规律，从而实现工作面前方和周围不良地质体及岩石性质的超前预报。该装置安全高效、节能环保，应用前景良好。
本发明的实施例还提供一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，利用如上所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，包括以下步骤：
S1连接震源传感器5、接收传感器13、噪声传感器、TBM控制***、高压脉冲水射流***1控制模块以及数据采集仪，使各传感器处于待检测状态。
S2启动驱动机构以驱动弧形板12与隧道侧壁相抵接，具体的，启动所述液压伸缩杆11，所述液压伸缩杆11伸展以驱动所述弧形板12移动，利用反馈压力传感器14获取所述液压伸缩杆11的油缸内的压力，当所述油缸内压力达到预设阈值时，所述液压伸缩杆11停止伸展，使所述弧形板12与隧道侧壁相抵接，以保证接收传感器13与隧道壁面紧密接触，又不至于导致接触力过大损坏接收传感器13。通过反馈压力传感器14和设定合理的液压伸缩杆11油缸压力阈值，控制接收传感器13与隧道壁面之间的接触力处于合理范围，以避免接收传感器13与隧道壁面接触过松影响检测效果，或接触过紧导致传感器损坏。
S3选择震源模式，所述震源模式包括整体模式和局部模式；
所述整体模式为启动TBM和高压脉冲水射流***1，利用所述高压脉冲水射流***1和所有喷嘴2向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，各所述喷嘴2的入口压力、喷射起始时刻和射流脉动频率均一致，即在工作面各处激发相位、振幅和频率一致的地震波作为震源；利用所述震源传感器5检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘4上滚刀3破岩激发的震动信号；将高压脉冲水射流***1关闭，启动TBM以利用刀盘4上滚刀3破岩掘进，利用震源传感器5检测刀盘4上滚刀3破岩激发的震动信号；
所述局部模式为根据刀盘4上滚刀3的分布情况，在刀盘4上选定一个区域，在刀盘4转动的过程中，通过所述震源单元的定位传感器6判断所述震源单元是否位于选定区域16，如果位于选定区域16则所述震源单元的喷嘴2和震源传感器5均工作，如果位于选定区域16范围外则所述震源单元的喷嘴2和震源传感器5均停止工作；启动TBM和所述高压脉冲水射流***1，利用所述高压脉冲水射流***1和所述喷嘴2向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，利用所述震源传感器5检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘4上滚刀3破岩激发的震动信号并进行分析重构；将所述高压脉冲水射流***1关闭，启动TBM以利用刀盘4上滚刀3破岩掘进，利用所述震源传感器5检测刀盘4上滚刀3破岩激发的震动信号并进行分析重构。
S4根据射流束和滚刀3联合破岩时的震动信号以及单滚刀3破岩时的震动信号，分离提取射流束冲击岩石激发的震动信号。可以理解的是，在整体模式下，对接收到的射流束和滚刀3联合破岩时的震动信号、以及单滚刀3破岩时的震动信号直接进行分离提取，在局部模式下，对接收到的射流束和滚刀3联合破岩时的震动信号、以及单滚刀3破岩时的震动信号进行分析重构后再进行分离提取得到射流束在选定区域16内冲击岩石激发的震动信号。
S5利用接收传感器13接收反射地震波18信号，掘进过程中震源地震波17向工作面前方传播遇到波阻抗界面后产生反射地震波18，反射地震波18传播到与隧道侧壁紧密贴合的接收传感器13附近区域时被接收传感器13接收，即为反射地震波18信号。利用噪声传感器检测TBM及所述高压脉冲水射流***1中各噪声源处的噪声信号。
S6利用所述噪声信号对所述射流束冲击岩石激发的震动信号进行去噪处理，将得到的信号记为震源信号；利用所述噪声信号对所述反射地震波18信号进行去噪处理，将得到的信号记为有效反射地震波18信号；利用高压脉冲水射流束的脉冲频率、震源信号和有效反射地震波18信号进行联合分析处理，对不相干噪声进行进一步衰减。
S7利用常规地震探测方法(如滤波、地震波初至拾取、偏移成像等手段)对所述震源信号和所述有效反射地震波18信号进行分析处理，得到所述工作面前方及周围区域的纵横波速度模型和三维地震剖面；利用TBM工作参数(推力、扭矩等)、射流束工作压力、TBM掘进速度和经验公式可计算得到围岩强度指数，再结合地震波反射系数，可以拟合得到围岩强度指数与地震波反射系数之间的关系式，从而可根据工作面前方及周围岩石的地震波反射系数分布对围岩强度系数分布进行预测。
S8待一次掘进行程完成后，利用驱动机构使所述弧形板12远离隧道侧壁，整个支撑装置9随所述TBM外机架8一同向前移动到限位端，然后重复步骤S2至S7，进行下一掘进行程的超前探测工作。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，包括高压脉冲水射流***、喷嘴、震源传感器、支撑装置、接收传感器、噪声传感器以及数据采集仪；
所述高压脉冲水射流***搭载于TBM上，所述喷嘴安装于刀盘面向工作面的一侧，且与所述高压脉冲水射流***的出水口连通，用以向所述工作面喷出高压脉冲水射流束产生破岩震动波，所述震源传感器安装于刀盘面向所述工作面的一侧以检测震源信号；
所述支撑装置包括驱动机构和弧形板，所述驱动机构安装于TBM外机架上，所述弧形板安装于所述驱动机构上，所述驱动机构驱动所述弧形板在与隧道侧壁相抵接和远离所述隧道侧壁的位置切换；所述接收传感器安装于所述弧形板面向所述隧道侧壁的一侧，以接收破岩震动波在所述工作面前方岩层中传播时遭遇反射界面产生的反射波信号；所述噪声传感器安装于TBM各个噪声源处，以采集所述各个噪声源产生的噪声信号；
所述震源传感器、接收传感器、噪声传感器与所述数据采集仪连接，所述数据采集仪与TBM控制***保持通信，用于采集所述震源信号、反射波信号、噪声信号以及TBM工作参数。
2.如权利要求1所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，所述驱动机构与所述TBM外机架之间连接有减震器。
3.如权利要求1所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，所述支撑装置设有三个，所述三个支撑装置绕TBM主轴***分布。
4.如权利要求1所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，所述刀盘面向所述工作面的一侧根据刀盘上滚刀的分布情况设有多个所述震源传感器、多个所述喷嘴和多个定位传感器，每一所述喷嘴、每一所述震源传感器与每一所述定位传感器位于相同区域形成一震源单元。
5.如权利要求1所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，所述驱动机构为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆一端安装于所述TBM外机架上，所述弧形板安装于所述液压伸缩杆的另一端。
6.如权利要求5所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，其特征在于，所述液压伸缩杆的油缸内设有反馈压力传感器，所述反馈压力传感器液实时监测所述油缸内液压油的压力。
7.一种TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，其特征在于，利用如权利要求1至3任一项所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测装置，包括以下步骤：
S1连接震源传感器、接收传感器、噪声传感器、TBM控制***、高压脉冲水射流***控制模块以及数据采集仪，使各传感器处于待检测状态；
S2启动驱动机构以驱动弧形板与隧道侧壁相抵接；
S3启动TBM和高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号；将所述高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用所述震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号；
S4根据射流束和滚刀联合破岩时的震动信号以及单滚刀破岩时的震动信号，分离提取射流束冲击岩石激发的震动信号；
S5利用接收传感器接收反射地震波信号，利用噪声传感器检测TBM及所述高压脉冲水射流***中各噪声源处的噪声信号；
S6利用所述噪声信号对所述射流束冲击岩石激发的震动信号进行去噪处理，将得到的信号记为震源信号；利用所述噪声信号对所述反射地震波信号进行去噪处理，将得到的信号记为有效反射地震波信号；
S7利用常规地震探测方法对所述震源信号和所述有效反射地震波信号进行分析处理，得到所述工作面前方及周围区域的纵横波速度模型和三维地震剖面；利用TBM工作参数、射流束工作压力、TBM掘进速度和经验公式可计算得到围岩强度指数，再结合地震波反射系数，可以拟合得到围岩强度指数与地震波反射系数之间的关系式，从而可根据工作面前方及周围岩石的地震波反射系数分布对围岩强度系数分布进行预测；
S8待一次掘进行程完成后，利用驱动机构使所述弧形板远离隧道侧壁，整个支撑装置随所述TBM外机架一同向前移动到限位端，然后重复步骤S2至S7，进行下一掘进行程的超前探测工作。
8.如权利要求7所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，其特征在于，所述刀盘面向所述工作面的一侧根据刀盘上滚刀的分布情况设有多个所述震源传感器、多个所述喷嘴和多个定位传感器，每一所述喷嘴、每一所述震源传感器与每一所述定位传感器位于相同区域形成一震源单元；
步骤S3具体为：选择震源模式，所述震源模式包括整体模式和局部模式；
所述整体模式为启动TBM和高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和所有喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，各所述喷嘴的入口压力、喷射起始时刻和射流脉动频率均一致，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号；将高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号；
所述局部模式为根据刀盘上滚刀的分布情况，在刀盘上选定一个区域，在刀盘转动的过程中，通过所述震源单元的定位传感器判断所述震源单元是否位于选定区域，如果位于选定区域则所述震源单元的喷嘴和震源传感器均工作，如果位于选定区域范围外则所述震源单元的喷嘴和震源传感器均停止工作；启动TBM和所述高压脉冲水射流***，利用所述高压脉冲水射流***和所述喷嘴向工作面喷出高压脉冲水射流束以产生破岩震动波，利用所述震源传感器检测高压脉冲水射流束冲击岩石激发的震动信号、和刀盘滚刀破岩激发的震动信号并进行分析重构；将所述高压脉冲水射流***关闭，启动TBM以利用刀盘滚刀破岩掘进，利用所述震源传感器检测刀盘滚刀破岩激发的震动信号并进行分析重构。
9.如权利要求7所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，其特征在于，步骤S6还包括：利用高压脉冲水射流束的脉冲频率、震源信号和有效反射地震波信号进行联合分析处理，对不相干噪声进行进一步衰减。
10.如权利要求7所述的TBM高压脉冲水射流破岩震源超前探测方法，其特征在于，所述驱动机构为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆一端安装于所述TBM外机架上，所述弧形板安装于所述液压伸缩杆的另一端，所述液压伸缩杆的油缸内设有反馈压力传感器，所述反馈压力传感器液实时监测所述油缸内液压油的压力；
步骤S2具体为：启动所述液压伸缩杆，所述液压伸缩杆伸展以驱动所述弧形板移动，利用反馈压力传感器获取所述液压伸缩杆的油缸内的压力，当所述油缸内压力达到预设阈值时，所述液压伸缩杆停止伸展，使所述弧形板与隧道侧壁相抵接。
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