本發(fā)明涉及隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，尤其涉及一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隧道工程建設(shè)中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指在隧道掘進(jìn)面前方一定距離，利用預(yù)報(bào)等技術(shù)手段，預(yù)測(cè)隧道即將掘進(jìn)地段的地質(zhì)條件，包括地層巖性、地下水、斷層破碎帶、巖溶洞等。這一技術(shù)為隧道施工提供重要的地質(zhì)信息，指導(dǎo)施工決策，保障施工安全和進(jìn)度，是隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)領(lǐng)域主要采用的預(yù)報(bào)方法是地震波法。該方法通過在隧道掌子面(即隧道的開挖面)附近布設(shè)檢波器(接收地震信號(hào)的傳感器)陣列，利用人工敲擊、小藥量爆破等方式激發(fā)彈性地震波，接收并分析地震波在隧道周圍巖體中的傳播特征，識(shí)別和定位地下異常體和不良地質(zhì)構(gòu)造，預(yù)測(cè)前方地質(zhì)情況。

2、國外已有多種較為成熟的地震波隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入使用，如瑞士amberg公司的tsp303(tunnel?seismic?prediction)系列和俄羅斯geotech公司與俄羅斯烏拉爾國立地質(zhì)大學(xué)的tgs360pro(tunnel?geology?survey360pro)系列等，這些系統(tǒng)在國內(nèi)隧道工程中也占據(jù)了較高的市場(chǎng)份額。tsp系統(tǒng)通常采用兩邊邊墻布置檢波器和單側(cè)布置炮孔的方式，在一側(cè)邊墻布置24個(gè)炮孔，利用人工鉆孔爆破激發(fā)地震波。而tgs系統(tǒng)則具有掌子面和邊墻兩種檢波器布置模式可選，在掌子面或邊墻布置8個(gè)檢波器，通過人工敲擊等方式產(chǎn)生地震波。盡管這兩大類系統(tǒng)在觀測(cè)系統(tǒng)構(gòu)型上存在一定差異，但其基本工作原理相似，都是通過主動(dòng)激發(fā)和接收地震波信號(hào)，分析地震波場(chǎng)的時(shí)空變化特征，推斷隧道前方的地質(zhì)條件。

3、然而，現(xiàn)有的tsp和tgs系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足和局限性，需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，以更好地滿足日益復(fù)雜的隧道工程建設(shè)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、根據(jù)本發(fā)明第一方面，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，包括：

3、對(duì)挖掘區(qū)域執(zhí)行邊墻炮孔設(shè)置，采集水文地質(zhì)信息；通過紅外傳感器獲得邊墻地質(zhì)綜合檢波信息，繪制圍巖應(yīng)力梯度圖；通過無線組網(wǎng)通信獲得隧道異常地質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合隧道部位；

4、通過模式切換模式、tsp處理模式、tgs處理模式對(duì)隧道洞內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行綜合預(yù)報(bào)，采集掌子面前方及環(huán)境異常地質(zhì)、縱橫波速度信息；通過超前動(dòng)態(tài)流體地震信號(hào)分析，采集頻譜振幅、波形衰減信息；

5、獲得信息執(zhí)行切換，并依次繪制挖掘區(qū)域地質(zhì)體的楊氏模量、泊松比和含水概率，進(jìn)而構(gòu)建出超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

6、進(jìn)一步地，信息切換，包括以下步驟：

7、將紅外傳感器、無線組網(wǎng)通信、模式切換模式、tsp處理模式、tgs處理模式采集的信息以掌子面中心點(diǎn)的中心坐標(biāo)為候選位置，形成標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)下的地質(zhì)楊氏模量，并對(duì)地質(zhì)楊氏模量中的多個(gè)類別的點(diǎn)信息在多個(gè)背景下分別執(zhí)行異形修正，最后得到一個(gè)整體的綜合地質(zhì)泊松比；

8、對(duì)綜合地質(zhì)泊松比執(zhí)行離散光滑插值，根據(jù)巖層露出線及頻譜振幅，采集包括隧道埋深、圍巖、半圍巖探測(cè)值在內(nèi)的隧道屬性探測(cè)值；

9、以超前動(dòng)態(tài)流體地震信號(hào)分析采集的頻譜振幅、波形衰減離散信息信息，對(duì)采集的綜合地質(zhì)泊松比及隧道埋深、圍巖、半圍巖探測(cè)值參數(shù)執(zhí)行校驗(yàn)修正，采集校驗(yàn)后的斷層及隧道屬性探測(cè)值信息，最終繪制超前綜合地質(zhì)含水概率。

10、進(jìn)一步地，隧道屬性探測(cè)值的采集步驟為：

11、根據(jù)平面圖中巖層露出線，確定巖層露出線在空間中的坐標(biāo)，以點(diǎn)集信息的形式存儲(chǔ)到文本文件中，然后作為曲線對(duì)象導(dǎo)入cad軟件中，通過頻譜振幅獲得隧道屬性露出線的延伸向量，對(duì)隧道屬性露出線執(zhí)行空間中的延伸得到隧道屬性探測(cè)值。

12、進(jìn)一步地，校驗(yàn)修正是根據(jù)鉆探地震信號(hào)分析的節(jié)理裂縫識(shí)別模型的細(xì)部形態(tài)，并執(zhí)行模型精度的調(diào)整。

13、進(jìn)一步地，邊墻炮孔設(shè)置采集水文地質(zhì)信息的步驟包括：

14、沿隧道選線執(zhí)行邊墻炮孔設(shè)置取芯，采集炮孔設(shè)置孔內(nèi)的地層地質(zhì)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)；測(cè)量出隧道所在地層的巖溶、頻譜振幅、隧道屬性和節(jié)理分布圍巖信息。

15、進(jìn)一步地，該方法還包括：

16、采用無線組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檢波器與主機(jī)之間的無線連接和數(shù)據(jù)傳輸；

17、支持無線接入，通過平板電腦或手機(jī)智能終端進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

18、進(jìn)一步地，該方法還包括：

19、執(zhí)行tsp和tgs兩種觀測(cè)系統(tǒng)快速切換和參數(shù)配置，根據(jù)不同工程需求和現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)整系統(tǒng)工作模式。

20、進(jìn)一步地，該方法還包括：

21、在tsp模式下，設(shè)備支持單側(cè)邊墻布置24個(gè)炮孔設(shè)置進(jìn)行激發(fā)，同時(shí)在隧道兩側(cè)邊墻各布置2個(gè)檢波器接收地震信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道前方地質(zhì)的預(yù)報(bào)。

22、在tgs模式下，設(shè)備支持在掌子面或邊墻布置8個(gè)檢波器，通過人工敲擊的方式激發(fā)地震波，接收器拾取地震信號(hào)，預(yù)測(cè)前方地質(zhì)情況；

23、通過軟硬件的模塊化設(shè)計(jì)和集成，同時(shí)兼容tsp和tgs兩種觀測(cè)系統(tǒng)，靈活適應(yīng)不同工程的需求。

24、進(jìn)一步地，該方法還包括：

25、數(shù)據(jù)處理軟件采用開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)，集成行業(yè)內(nèi)通用的tsp和tgs數(shù)據(jù)處理算法和流程；

26、支持用戶二次開發(fā)和功能擴(kuò)展，軟件兼容多種地震勘探數(shù)據(jù)格式，用戶加載和管理不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和交換。

27、根據(jù)本發(fā)明第二方面，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)裝置，包括：

28、一個(gè)或多個(gè)處理器；

29、存儲(chǔ)器，其上存儲(chǔ)有一個(gè)或多個(gè)程序，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法。

30、本發(fā)明涉及隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法及裝置，挖掘區(qū)域執(zhí)行邊墻炮孔設(shè)置，采集水文地質(zhì)信息；通過紅外傳感器獲得邊墻地質(zhì)綜合檢波信息，繪制圍巖應(yīng)力梯度圖；通過無線組網(wǎng)通信獲得隧道異常地質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合隧道部位；通過模式切換模式、tsp處理模式、tgs處理模式對(duì)隧道洞內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行綜合預(yù)報(bào)，采集掌子面前方等信息；獲得信息執(zhí)行切換，并依次繪制挖掘區(qū)域地質(zhì)體信息進(jìn)而構(gòu)建出超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。本發(fā)明采用無線組網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)布線，硬件采用模塊化設(shè)計(jì)以靈活適配不同工程需求，數(shù)據(jù)處理軟件支持二次開發(fā)和多種主流算法，從多個(gè)屬性參數(shù)入手提高隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的精度。

技術(shù)特征：

1.一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于：信息切換，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于：隧道屬性探測(cè)值的采集步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于：校驗(yàn)修正是根據(jù)鉆探地震信號(hào)分析的節(jié)理裂縫識(shí)別模型的細(xì)部形態(tài)，并執(zhí)行模型精度的調(diào)整。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于：邊墻炮孔設(shè)置采集水文地質(zhì)信息的步驟包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法，其特征在于，還包括：

10.一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種一體化多系統(tǒng)超前地質(zhì)信息獲得預(yù)報(bào)方法及裝置，挖掘區(qū)域執(zhí)行邊墻炮孔設(shè)置，采集水文地質(zhì)信息；通過紅外傳感器獲得邊墻地質(zhì)綜合檢波信息，繪制圍巖應(yīng)力梯度圖；通過無線組網(wǎng)通信獲得隧道異常地質(zhì)結(jié)構(gòu)的綜合隧道部位；通過模式切換模式、TSP處理模式、TGS處理模式對(duì)隧道洞內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行綜合預(yù)報(bào)，采集掌子面前方等信息；獲得信息執(zhí)行切換，并依次繪制挖掘區(qū)域地質(zhì)體信息進(jìn)而構(gòu)建出超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。本發(fā)明采用無線組網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)布線，硬件采用模塊化設(shè)計(jì)以靈活適配不同工程需求，數(shù)據(jù)處理軟件支持二次開發(fā)和多種主流算法，從多個(gè)屬性參數(shù)入手提高隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣達(dá)軍,王俊,張笑憂,劉宇鋒,姚富寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川拓創(chuàng)探測(cè)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9