一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種隧道掘進(jìn)機(jī)施 工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在隧道施工過程中，由于掌子面前方地質(zhì)體的復(fù)雜多變，常遇斷層、溶洞、破碎帶、 暗河以及高地應(yīng)力等不良地質(zhì)情況，若不能及時(shí)掌握前方地質(zhì)情況，很可能導(dǎo)致塌方、涌 水、巖爆冒頂甚至泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因而隧道施工前和施工過程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作 關(guān)系到工程的進(jìn)展、質(zhì)量和安全問題，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及 其方法，以減少監(jiān)控及檢測的人工勞動(dòng)力，減小作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，并提高預(yù)報(bào)工作效率。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，其包括：
[0006] 隧道掘進(jìn)機(jī)刀具啟動(dòng)后作為激發(fā)震源；
[0007] 設(shè)置在所述隧道掘進(jìn)機(jī)刀具上的地震波傳感器和電磁波傳感器分別進(jìn)行地震波 ?目號(hào)米集和電磁波?目號(hào)米集；
[0008] 將所述地震波傳感器采集到的地震波信號(hào)無線傳送給預(yù)報(bào)處理主機(jī)；
[0009] 將所述電磁波傳感器采集到的電磁波信號(hào)無線傳送給預(yù)報(bào)處理主機(jī)；
[0010] 預(yù)報(bào)處理主機(jī)采用盲信號(hào)分離算法對(duì)地震波信號(hào)進(jìn)行分離處理，將震源干擾信號(hào) 與地層反射波信號(hào)分離；并根據(jù)獲得的地層反射波信號(hào)，確定隧道前方地質(zhì)異常情況以及 對(duì)采集到的電磁波信號(hào)進(jìn)行震電效應(yīng)處理，根據(jù)得到的震電效應(yīng)結(jié)果確定隧道前方含水地 質(zhì)體情況。
[0011] 可選的，將所述地震波傳感器采集到的地震波信號(hào)無線傳送給預(yù)報(bào)處理主機(jī)是通 過第一無線數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行無線傳送，其中所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置包括：第二信號(hào) 調(diào)理電路，與所述第二信號(hào)調(diào)理電路相連的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及與所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路相連的第二無線通信電路。
[0012] 可選的，將所述地震波傳感器采集到的地震波信號(hào)無線傳送給預(yù)報(bào)處理主機(jī)是通 過第二無線數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行無線傳送，其中所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置包括：第二信號(hào) 調(diào)理電路，與所述第二信號(hào)調(diào)理電路相連的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及與所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路相連的第二無線通信電路。
[0013] 優(yōu)選的，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路。
[0014] 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)， 其包括：
[0015] 隧道掘進(jìn)機(jī)刀具，所述隧道掘進(jìn)機(jī)刀具被設(shè)置為激發(fā)震源；
[0016] 設(shè)置在所述隧道掘進(jìn)機(jī)刀具上的地震波傳感器和電磁波傳感器；
[0017] 與所述地震波傳感器相連的第一無線數(shù)據(jù)采集裝置以及與所述電磁波傳感器相 連的第二無線數(shù)據(jù)采集裝置，所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置從所述地震波傳感器采集地震波 信號(hào)，所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置從所述電磁波傳感器采集電磁波信號(hào)；
[0018] 預(yù)報(bào)處理主機(jī)，分別從所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置接收地震波信號(hào)、從所述第二 無線數(shù)據(jù)采集裝置接收電磁波信號(hào)并根據(jù)接收到的所述地震波信號(hào)和所述電磁波信號(hào)進(jìn) 行處理確定隧道前方地質(zhì)情況。
[0019] 可選的，所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置包括：第一信號(hào)調(diào)理電路，與所述第一信號(hào)調(diào) 理電路相連的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及與所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的第一無線通信電路。
[0020] 可選的，所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置包括：第二信號(hào)調(diào)理電路，與所述第二信號(hào)調(diào) 理電路相連的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及與所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連的第二無線通信電路。
[0021] 優(yōu)選的，所述預(yù)報(bào)處理主機(jī)包括有：
[0022] 接收模塊，用于接收從第一無線數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送來的地震波信息以及從第二無 線數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送來的電磁波信號(hào)；
[0023] 盲信號(hào)分離處理模塊，用于采用盲信號(hào)分離算法對(duì)地震波信號(hào)進(jìn)行分離處理，將 強(qiáng)震源干擾信號(hào)與地層反射波信號(hào)分離；
[0024] 第一預(yù)測處理模塊，根據(jù)獲得的地層反射波信號(hào)，確定隧道前方地質(zhì)異常情況。
[0025] 優(yōu)選的，所述預(yù)報(bào)處理主機(jī)包括有：
[0026] 震電效應(yīng)處理模塊，用于對(duì)采集到的電磁波信號(hào)進(jìn)行震電效應(yīng)處理；
[0027] 第二預(yù)測處理模塊，根據(jù)從所述震電效應(yīng)處理模塊得到的處理結(jié)果確定隧道前方 含水地質(zhì)體情況。
[0028] 優(yōu)選的，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路。
[0029] 本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：
[0030] 本發(fā)明的隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其方法中由于地震波傳 感器和電磁波傳感器安裝在TBM設(shè)備（即隧道掘進(jìn)機(jī)刀具）上，能在TBM設(shè)備正常施工的 情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)報(bào)，可以大大提高工作效率，工作人員可以在距離施工較遠(yuǎn)的地 方進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控探測，不僅可以方便快速采集到高精度信號(hào)，并且能保證人員安全，使工作 安全順利開展，另外，本發(fā)明可以對(duì)現(xiàn)場隧道掘進(jìn)機(jī)施工的掌子面周圍空間一定范圍內(nèi)的 地質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)，尤其是對(duì)含水地質(zhì)體等危險(xiǎn)地質(zhì)體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)， 若設(shè)置遠(yuǎn)程控制中心，還可將檢測到數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳到遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)以便于作出合理決策，最終實(shí)現(xiàn)減少人工勞動(dòng)力，減小作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，而且提 高預(yù)報(bào)工作效率，特別是對(duì)于長隧道而言，大大減少了施工費(fèi)用，節(jié)省成本，綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì) 效:尚。
[0031] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0032] 通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
[0033] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的一個(gè)具體 實(shí)施例組成框圖；
[0034] 圖2為根據(jù)圖1中第一無線數(shù)據(jù)采集裝置的一個(gè)具體實(shí)施例組成框圖；
[0035] 圖3為根據(jù)圖1中第二無線數(shù)據(jù)采集裝置的一個(gè)具體實(shí)施例組成框圖；
[0036] 圖4為根據(jù)圖1中預(yù)報(bào)處理主機(jī)的一個(gè)具體實(shí)施例組成框圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明中預(yù)報(bào)處理主機(jī)采用盲信號(hào)分離算法對(duì)地震波信號(hào)分離的一個(gè)具 體實(shí)施例示意圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明中進(jìn)行震電效應(yīng)處理的原理示意圖；
[0039] 圖7為根據(jù)本發(fā)明一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的一個(gè)具體 實(shí)施例流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 實(shí)施例一
[0041] 參考圖1，本發(fā)明一種隧道掘進(jìn)機(jī)施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí) 施例，其主要包括：
[0042] 隧道掘進(jìn)機(jī)刀具1，本實(shí)施例中所述隧道掘進(jìn)機(jī)刀具1被設(shè)置為激發(fā)震源，具體實(shí) 現(xiàn)時(shí)，隧道掘進(jìn)機(jī)刀具1切割巖石所激發(fā)的振動(dòng)信號(hào)作為地震波和震電效應(yīng)的同一個(gè)激發(fā) 震源；
[0043] 設(shè)置在所述隧道掘進(jìn)機(jī)刀具1上的地震波傳感器2和電磁波傳感器3,具體實(shí)現(xiàn) 時(shí)，例如地震波傳感器2和電磁波傳感器3可設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)刀具的核心轉(zhuǎn)軸上，本實(shí)施 例中由于地震波傳感器2和電磁波傳感器3安裝在TBM設(shè)備（即隧道掘進(jìn)機(jī)刀具1)上，能 在TBM設(shè)備正常施工的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)報(bào)，可以大大提高工作效率，工作人員可 以在距離施工較遠(yuǎn)的地方進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控探測，不僅可以方便快速采集到高精度信號(hào)，并且 能保證人員安全，使工作安全順利開展；
[0044] 需要說明的，一般軟巖的地震波頻率為200~600Hz，硬巖為400Hz~1500Hz。根 據(jù)抽樣定量，抽樣間隔A與諧振最大頻率€_必須滿足Δ< +。以最高頻率1500抱計(jì) 算，只要小于〇. 333ms即可，考慮讀數(shù)精度一般采用高采樣率采集，即選用0. 05~0. lms，即 本實(shí)施例中地震波傳感器2選用0. 05~0.1 m的采樣率。
[0045] 另外，本發(fā)明中所涉及的電磁波信號(hào)是由地震波在隧道巖石中傳播時(shí)遇到含水構(gòu) 造所激發(fā)的，其頻帶一般為10~200Hz，因此，本實(shí)施例中的電磁波傳感器3頻帶范圍可選 取1~500Hz可覆蓋上述的頻帶范圍。
[0046] 本實(shí)施例中還具有與所述地震波傳感器2相連的第一無線數(shù)據(jù)采集裝置4以及與 所述電