本發(fā)明屬于隧道地質超前預報領域，更具體的是一種更精準的隧道地質超前預報方法及檢波器耦合裝置。

背景技術：

1、近年來，我國在深部礦山、隧道挖掘、軌道交通等地下工程領域快速發(fā)展，圍巖大變形、塌方等不良地質問題時有發(fā)生，給工程施工帶來嚴重的安全隱患。目前的震電磁方法雖然可以有效的探測隧道未知不良地質體，但是基于單一方法的數(shù)據(jù)各自分析效率低下并且準確率不高，無法有效的在施工前進行準確的預測，從而有效的提高施工安全。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種更精準的隧道地質超前預報方法及檢波器耦合裝置，通過兩種檢測方法的結合，能夠有效的提高隧道超強預報準確性，通過檢波器耦合裝置，使檢波器與鉆孔完全耦合，進一步提高檢測準確性。

2、技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：地質預報流程包括以下步驟：

3、步驟一：探測不同地區(qū)不同隧道的地質環(huán)境，并初步對隧道地質進行勘探，掌握掌子面巖體完整程度；

4、步驟二：根據(jù)掌子面圍巖完整程度布置鉆孔，各所述鉆孔的周邊分別對應設置一個激發(fā)點；

5、步驟三：根據(jù)鉆孔數(shù)量布置檢波器串，各檢波器至少包括三個檢波器單元，各檢波器串安裝到鉆孔后，通過各檢波器單元的耦合結構，使各檢波器單元均與鉆孔孔壁耦合；

6、步驟四：將各檢波器串接近鉆孔孔口的一端與tgs主機連接；

7、步驟五：安裝sgd-shc錘源同步系統(tǒng)的激發(fā)裝置，該激發(fā)裝置的激發(fā)觸發(fā)器利用sgd-sah加速度計，并通過有線或無線方式與tgs主機連接；

8、步驟六：通過sgd-shc錘源同步系統(tǒng)錘頭側面搭載的激發(fā)觸發(fā)器對各激發(fā)點依次進行激發(fā)，在掌子面圍巖上產生彈性波信號，檢波器串能夠采集彈性波信號；

9、步驟七：沿鉆孔的孔徑從內到外等距的多次移動檢波器串，使檢波器串依次采集在各位置接收到的sgd-shc錘源同步系統(tǒng)錘頭在掌子面圍巖上使產生的彈性波的時間(t0)數(shù)據(jù)；

10、進一步的，步驟八：根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，繪制時間-深度曲線；

11、步驟九：根據(jù)激發(fā)點位置坐標和檢波器串位置坐標，計算每道數(shù)據(jù)的彈性波旅行距離δl，根據(jù)v1＝2×δl/t0獲得該距離下的巖體綜合波速v1，獲得所有采集數(shù)據(jù)的波速后，進行反演獲得波速-深度曲線；

12、步驟十：通過tgs主機中的處理軟件處理波速-深度曲線數(shù)據(jù)，得到縱波速度曲線，并使用該曲線不斷修正初始的波速模型。最終根據(jù)波速的經驗修正公式，計算出掌子面前方圍巖的綜合速度，并形成參數(shù)圖譜；

13、步驟十一：根據(jù)掌子面前方圍巖綜合速度，通過tgs主機中的處理軟件形成相應圖譜，解譯圖譜，可以識別掌子面前方一定范圍內的地質構造，以及檢測不良地質特征。

14、進一步的，不良地質區(qū)域判斷流程包括以下步驟：

15、步驟a：探測不同地區(qū)不同隧道的地質環(huán)境，并初步對隧道地質進行勘探，得到掌子面巖體完整程度；

16、步驟b：根據(jù)掌子面巖體完整程度選擇探測方法，若掌子面完整度較高，則選用連續(xù)探測法，若掌子面完整度較小，則選用點探測法；

17、步驟c：根據(jù)選用的探測方法，在掌子面上布置測線，沿測線每隔a距離設置一個觸發(fā)點；

18、步驟d：布置接收機和雷達儀，接收機與雷達儀無線連接；

19、步驟e：將地質雷達的天線沿從測線的一端向測線的另一端移動，且每經過一個觸發(fā)點，將雷達儀天線貼合在布置的測線上，控制雷達儀產生高頻窄脈沖電磁波，高頻窄脈沖電磁波通過雷達儀天線發(fā)射到掌子面的未知區(qū)域，接收機能夠檢測高頻窄脈沖電磁波在巖石層內衍生的反射信號或直接透射信號，將其放大并數(shù)字化，存貯在數(shù)字磁帶記錄器上，以備數(shù)據(jù)處理和顯示；

20、步驟f：對接收機存貯在數(shù)字磁帶記錄器上的反射信號或直接透射信號進行數(shù)據(jù)清理與篩選和數(shù)據(jù)插值與重采樣等處理，從而使采集的數(shù)據(jù)通過相應的軟件以圖形的方式呈現(xiàn)；

21、步驟g：根據(jù)圖譜能夠有效的判斷掌子面前方不良地質區(qū)域為隱蔽性裂縫帶地質或是涉水地質。

22、進一步的，涉水地質區(qū)域具體位置及涉水范圍預報流程包括；

23、步驟s1：探測不同地區(qū)不同隧道的地質環(huán)境，并初步對隧道地質進行勘探，掌握掌子面圍巖各種地質情形；

24、步驟s2：在掌子面后方沿掌子面寬度方向以一定的間距布置供電電極b1、b2、b3，供電電極b1、b2、b3向地面供電，在供電電極b3遠離供電電極b3的一側沿掌子面寬度方向設置有固定電極a；

25、步驟s3：在固定電極a與供電電極b3之間設置兩個可移動的測量電極m、n，固定電極a、測量電極m、n、供電電極b1、b2、b3均位于同一直線上,測量電極m、n的初始位置位于供電電極b3靠近固定電極a的一側，固定電極a與接收裝置通過有線或無線的方式連接；

26、步驟s4：使移動電極m、n沿固定電極a與供電電極b3的連線從供電電極b3處向固定電極a移動，且每移動b距離將兩個測量電極m、n打入地面，此時接收裝置能測量m、n兩電極之間的電位差δv，并按公ρs＝kδv/i計算出m、n極間中點處的電阻率值ρs，并將計算得到的各電阻率值ρs存貯在數(shù)字磁帶記錄器上，以備數(shù)據(jù)處理和顯示；

27、步驟s5：根據(jù)測量出的電阻率值ρs繪制成電阻率曲線圖；

28、步驟s6：根據(jù)電阻率曲線圖經過相應的軟件繪制成地質結構圖，從而判斷巖層內涉水結構的位置和范圍。

29、進一步的，當?shù)刭|預報中對掌子面前方一定范圍內的地構造的預報出現(xiàn)不良地質特征時，需要進行不良地質區(qū)域判斷，進行不良地質類別判斷，若通過聯(lián)合地質預報結果和不良地質區(qū)域判斷結果的解讀說明掌子面前方地質構造的不良地質為隱蔽性裂縫時，需要提升該區(qū)域內隧道結構的抗震性和承重能力，若通過聯(lián)合地質預報結果和不良地質區(qū)域判斷結果的解讀說明掌子面前方地質構造的不良地質為涉水區(qū)域時，需要進行涉水地質區(qū)域具體位置及涉水范圍預報，得到涉水區(qū)域的分布位置以及涉水范圍，以便在施工時能夠準確的對涉水區(qū)域進行注漿堵漏，防止涉水區(qū)域影響施工進程。

30、進一步的，一種更精準的隧道地質超前預報方法的檢波器耦合裝置，包括檢波器,檢波器的外側同軸心套設有環(huán)狀耦合壁，耦合壁的外圍同軸心設置有可膨脹的環(huán)狀形變層。

31、進一步的，耦合壁周面的中心處開設有環(huán)狀注入槽，耦合壁的一端上開設有若干注入孔，各注入孔均與注入槽連通設置，耦合壁與形變層之間為環(huán)狀空隙，環(huán)狀空隙與注入槽連通設置。

32、進一步的，環(huán)狀的耦合壁周面的兩端均開設有環(huán)狀的密封安裝槽，形變層的兩端沿輪廓密封固定在兩個安裝槽中。

33、有益效果：本發(fā)明的一種更精準的隧道地質超前預報方法及檢波器耦合裝置，通過兩種檢測方法的結合，能夠有效的提高隧道超強預報準確性，通過檢波器耦合裝置，使檢波器與鉆孔完全耦合，進一步提高檢測準確性。

技術特征：

1.一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：地質預報流程包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：不良地質區(qū)域判斷流程包括以下步驟：

4.根據(jù)權利要求1所述的一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：涉水地質區(qū)域具體位置及涉水范圍預報流程包括；

5.根據(jù)權利要求1所述的一種更精準的隧道地質超前預報方法，其特征在于：當?shù)刭|預報中對掌子面前方一定范圍內的地構造的預報出現(xiàn)不良地質特征時，需要進行不良地質區(qū)域判斷，進行不良地質類別判斷，若通過聯(lián)合地質預報結果和不良地質區(qū)域判斷結果的解讀說明掌子面前方地質構造的不良地質為隱蔽性裂縫時，需要提升該區(qū)域內隧道結構的抗震性和承重能力，若通過聯(lián)合地質預報結果和不良地質區(qū)域判斷結果的解讀說明掌子面前方地質構造的不良地質為涉水區(qū)域時，需要進行涉水地質區(qū)域具體位置及涉水范圍預報，得到涉水區(qū)域的分布位置以及涉水范圍。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種更精準的隧道地質超前預報方法的檢波器耦合裝置，其特征在于：包括檢波器(1),所述檢波器(1)的外側同軸心套設有環(huán)狀耦合壁(2)，耦合壁(2)的外圍同軸心設置有可膨脹的環(huán)狀形變層(4)。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種提高隧道地質超前預報準確性的方法的檢波器耦合裝置，其特征在于：所述耦合壁(2)周面的中心處開設有環(huán)狀注入槽(7)，所述耦合壁(2)的一端上開設有若干注入孔(6)，各所述注入孔(6)均與注入槽(7)連通設置，耦合壁(2)與形變層(4)之間為環(huán)狀空隙(5)，環(huán)狀空隙(5)與注入槽(7)連通設置。

8.根據(jù)權利要求6所述的一種提高隧道地質超前預報準確性的方法的檢波器耦合裝置，其特征在于：環(huán)狀的所述耦合壁(2)周面的兩端均開設有環(huán)狀的密封安裝槽(3)，形變層(4)的兩端沿輪廓密封固定在兩個安裝槽(3)中。

技術總結
本發(fā)明公開了一種更精準的隧道地質超前預報方法及檢波器耦合裝置，地質預報流程包括以下步驟：步驟一：對隧道地質進行勘探，掌握掌子面完整程度；步驟二：根據(jù)掌子面完整程度布置鉆孔，各鉆孔對應一個激發(fā)點；步驟三：根據(jù)鉆孔數(shù)量布置檢波器串；步驟四：各檢波器串與TGS主機連接；步驟五：安裝SGD?SHC錘源同步系統(tǒng)激發(fā)裝置；步驟六：SGD?SHC錘源同步系統(tǒng)錘頭對各激發(fā)點依次激發(fā)；步驟七：沿鉆孔孔徑移動檢波器串；步驟八：收集數(shù)據(jù)，繪制時間?深度曲線；步驟九：反演獲得波速?深度曲線；步驟十：通過波速?深度曲線得到縱波速度曲線；步驟十一：形成相應圖譜，解譯圖譜，可以識別掌子面前方一定范圍的度地質構造，以及檢測不良地質特征。

技術研發(fā)人員：鄒鶴民,楊小春,王迎超,張政,張焱豪,郭理想
受保護的技術使用者：中鐵十六局集團第三工程有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9