专利名称：一种隧道地质监控方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及隧道地质勘探领域，特别涉及一种隧道地质监控方法和装置。
背景技术：
现有的隧道监测方法对于地质情况的监测是采用超前钻孔的方法，即在隧道的开挖工作面进行钻孔，通过钻孔内的钻渣或者钻孔内是否流出液体及液体的情况来判断隧道前方未开采段的地质情况。但是，这种方式不仅费时、效率低，而且探测的距离受钻孔距离的限制，一般只能监测几十米范围内的地质情况，也就是对于未开采段隧道的地质情况，只能进行近距离的超前检测。
发明内容
本发明提供的一种隧道地质监控方法和装置，能够对隧道的地质情况进行远距离超前检测。本发明的技术方案是这样实现的，一种隧道地质监控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤101.在隧道的已开挖的边墙上使用工程炸药进行爆破；102.检测和采集震动回波，得到震动回波数据信息；103.根据所述震动回波数据信息，分析得到所述隧道的未开采区域的地质信息，其中所述地质信息包括界面回波位置、界面空间分布、界面间岩体性质中的一种或多种；104.根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。进一步地，前述的隧道地质监控方法中，所述在隧道的边墙上使用工程炸药进行爆破的步骤具体包括在隧道的边墙钻出16-24个炮孔；在每个所述炮孔内均放置有工程炸药；引爆工程炸药制造震动。进一步地，前述的隧道地质监控方法中，所述检测和采集震动回波的步骤具体包括在隧道的边墙钻出多个接收孔，其中所述接收孔对称地设置在隧道的两个相对的洞壁上；在所述接收孔内对所述震动产生的震动回波进行矢量检测和纵横波采集。进一步地，前述的隧道地质监控方法中，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对采集到的所述震动回波进行干扰波滤除。进一步地，前述的隧道地质监控方法中，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对于滤除所述干扰波之后的所述震动回波进行速度和能量的检测，并根据检测出的所述速度和能量进行归类提取。
进一步地，前述的隧道地质监控方法中，所述根据震动回波数据，分析得到所述隧道未开采区域的地质信息的步骤具体包括将所述震动回波数据利用多波多分量进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图；根据所述二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图获得所述地质信
息。
进一步地，前述的一种隧道地质监控方法所使用的装置包括主机和用于接收和采集震动回波的两只以上的三分量速度型检波仪；所述主机包括定向位置定位模块、震动回波相关偏移模块和报告图文编辑模块；
所述定向位置定位模块用于接收所述三分量速度型检波仪采集到的数据信息，并判定所述震动回波的位置，以及回传时的震动回波的空间分布，并发送给所述震动回波相关偏移模块；所述震动回波相关偏移模块用于接收所述定向位置定位模块发送的数据信息形成偏移归位图和断面扫面图，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息；所述报告图文编辑模块用于将得到的所述地质信息编辑成文本形式展示在所述主机的程序界面上，并根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。进一步地，前述的一种隧道地质监控装置包括根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息时，所述分析是利用多波多分量对所述数据信息进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图。进一步地，前述的一种隧道地质监控装置还包括均衡增益频谱分析滤波模块和干扰波滤除模块；所述均衡增益频谱分析滤波模块用于检测出采集到的所述震动回波中存在的干扰波；所述干扰波滤除模块用于将所述均衡增益频谱分析滤波模块检测出的所述干扰波进行滤除，留下已经判定出位置和空间分布的非干扰波。进一步地，前述的一种隧道地质监控装置还包括速度分析模块和震动回波能量提取模块；所述速度分析模块用于接收到所述非干扰波的数据信息，并判定出所述非干扰波在隧道不同地质的岩体中传播的速度； 所述震动回波能量提取模块用于判定所述非干扰波的能量，并将拥有不同能量的所述非干扰波进行归类提取。与现有技术相比，本发明所提供的一种隧道地质监控方法，在隧道的边墙上使用工程炸药进行爆破，之后使用配备有三分量高敏高指向性的速度型接收传感器的所述三分量检波仪来检测和采集震动回波，得到震动回波数据，在进行爆破之后直接根据接收采集到的震动回波数据分析来超前预测隧道未开采段的地质情况，因为震动波会穿过隧道中的岩体向隧道的前方传播，而且传播出的距离大于被开挖的隧道的距离，根据震动回波的反馈信息能够预测出边墙前方150-200米范围内隧道的地质情况。相对于现有技术在隧道的边墙进行钻孔，通过钻孔内的钻渣或者钻孔内是否流出液体及液体的情况来判断隧道前方未开采段的地质情况，只能预测出边墙前方20-30米近距离的地质情况。所以相对于现有技术，本发明所提供的一种隧道地质监控方法能够对隧道的地质情况进行远距离超前检测。此外，本发明提供的一种隧道地质监控方法和装置，还有如下积极效果I.在隧道的已开挖的边墙上钻出的16-24个炮孔中使用工程炸药进行引爆制造震动，这样之后产生的震动回波的能量的大小能够满足在接收、采集和检测时需要的能量大小。2.检测和采集震动回波时需要在隧道的边墙上对称的钻出多个接收孔，这样的目的是能够通过不同位置的接收孔来接收震动回波，同时能够对产生的震动回波进行矢量检测和纵横波采集。3.该隧道地质预报设备是集放大、转换、采集、存储和控制为一体的全密封防水防震的物探设备，在接收采集信号时具有较强的灵敏度和指向性，对震动波采集的触发方式 是爆炸开路的触发方式，当雷管引爆炸药的同时触发采集电路，对震动回波的信号进行接收采集，避免了数据采集的延迟，提高了定位的准确性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图I为本发明的一种实施例的工艺流程示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本发明提供的一种隧道地质监控方法一个具体实施例如下如图I所示，一种隧道地质监控方法包括以下步骤101.在隧道的已开挖的边墙上使用工程炸药进行爆破；102.检测和采集震动回波，得到震动回波数据；103.根据所述震动回波数据信息，分析得到所述隧道的未开采区域的地质信息，其中所述地质信息包括界面回波位置、界面空间分布、界面间岩体性质中的一种或多种；104.根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。优选地，所述在隧道的边墙上使用工程炸药进行爆破的步骤具体包括在隧道的边墙钻出16-24个炮孔；在每个所述炮孔内均放置有工程炸药；引爆工程炸药制造震动。优选地，在16-24个所述炮孔内通过引爆工程炸药制造震动，这样之后产生的震动回波的总体能量的大小能够满足在接收、采集和检测时需要的震动回波所具有的能量大小。优选地，所述检测和采集震动回波的步骤具体包括在隧道的边墙钻出多个接收孔，所述多个接收孔对称地设置在隧道的两个相对的洞壁上；在所述接收孔内对所述震动产生的震动回波进行矢量检测和纵横波采集。这样设置所述接收孔的目的是，能够通过不同位置的接收孔来接收震动回波，全方位的对震动回波进行采集。优选地，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对采集到的所述震动回波进行干扰波滤除。采集的所述震动回波中会存在较弱的或者不清晰的干扰波，为了使得采集到的震动回波的信息更加准确，需要对所述干扰波进行滤除。
优选地，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对于滤除所述干扰波之后的所述震动回波进行速度和能量的检测，并根据检测出的所述速度和能量进行归类提取。依据速度和能量的大小归类提取的所述震动回波，可以根据所述震动回波穿过所述隧道的岩体时的速度以及所具有的能量能够判断出所述隧道的不同地段的岩体的地质性质，进而得出不同地质性质的岩体的分布状况。所述根据震动回波数据，分析得到所述隧道未开采区域的地质信息的步骤具体包括优选地，将所述震动回波数据利用多波多分量进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图；根据所述二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图获得所述地质信
肩、O因为所述二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图上能够清楚地显示出不同类型的震动回波在不同的地质段的分布状态，所以可以通过得到偏移归位图和断面扫面图分析预测出为开挖段隧道的地质状况。本发明提供的一种隧道地质监控装置的一个具体实施例如下一种隧道地质监控方法所使用的装置包括主机和用于接收和采集震动回波的两只以上的三分量速度型检波仪；所述主机包括定向位置定位模块、震动回波相关偏移模块和报告图文编辑模块；所述定向位置定位模块用于接收所述三分量速度型检波仪采集到的数据信息，并判定所述震动回波的位置，以及回传时的震动回波的空间分布，并发送给所述震动回波相关偏移1吴块；所述震动回波相关偏移模块用于接收所述定向位置定位模块发送的数据信息形成偏移归位图和断面扫面图，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息；所述报告图文编辑模块用于将得到的所述地质信息编辑成文本形式展示在所述主机的程序界面上，并根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。三分量速度型检波仪接收到震动波的数据信息，并传输给定向位置定位模块，判定所述震动回波的位置，以及回传时的震动回波的空间分布，并发送给震动回波相关偏移模块；所述震动回波相关偏移模块接收所述定向位置定位模块发送的数据信息，形成偏移归位图和断面扫面图，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息；并根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。因为震动波能够穿过隧道的岩体向比开挖段更远的地方传播，所以，能够对隧道的地质情况进行远距离超前检测。优选地，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息时，所述分析是利用多波多分量对所述数据信息进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图。因为所述二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图上能够清楚地显示出不同类型的震动回波在不同的地质段的分布状态，所以可以通过得到偏移归位图和断面扫面图分析预测出为开挖段隧道的地质状况。优选地，均衡增益频谱分析滤波模块和干扰波滤除模块；
所述均衡增益频谱分析滤波模块用于检测出采集到的所述震动回波中存在的干扰波；所述干扰波滤除模块用于将所述均衡增益频谱分析滤波模块检测出的所述干扰波进行滤除，留下已经判定出位置和空间分布的非干扰波。采集的所述震动回波中会存在较弱的或者不清晰的干扰波，为了使得采集到的震动回波的信息更加准确，需要对所述干扰波进行滤除。优选地，速度分析模块和震动回波能量提取模块；所述速度分析模块用于接收到所述非干扰波的数据信息，并判定出所述非干扰波在隧道不同地质的岩体中传播的速度；所述震动回波能量提取模块用于判定所述非干扰波的能量，并将拥有不同能量的所述非干扰波进行归类提取。依据速度和能量的大小归类提取的所述震动回波，可以根据所述震动回波穿过所述隧道的岩体时的速度以及所具有的能量能够判断出所述隧道的不同地段的岩体的地质性质，进而得出不同地质性质的岩体的分布状况。而且该监控装置是集放大、转换、采集、存储和控制为一体的全密封防水防震的物探设备，在接收采集信号时具有较强的灵敏度和指向性，对震动波采集的触发方式是爆炸开路的触发方式，当雷管引爆炸药的同时触发采集电路，对震动回波的信号进行接收采集，避免了数据采集的延迟，提高了定位的准确性。本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种隧道地质监控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 101.在隧道的已开挖的边墙上使用工程炸药进行爆破； 102.检测和采集震动回波，得到震动回波数据信息； 103.根据所述震动回波数据信息，分析得到所述隧道的未开采区域的地质信息，其中所述地质信息包括界面回波位置、界面空间分布、界面间岩体性质中的一种或多种； 104.根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。
2.根据权利要求I所述的隧道地质监控方法，其特征在于，所述在隧道的边墙上使用工程炸药进行爆破的步骤具体包括 在隧道的边墙钻出16-24个炮孔； 在每个所述炮孔内均放置有工程炸药； 引爆工程炸药制造震动。
3.根据权利要求I所述的隧道地质监控方法，其特征在于，所述检测和采集震动回波的步骤具体包括 在隧道的边墙钻出多个接收孔，其中所述接收孔对称地设置在隧道的两个相对的洞壁上； 在所述接收孔内对所述震动产生的震动回波进行矢量检测和纵横波采集。
4.根据权利要求3所述的隧道地质监控方法，其特征在于，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对采集到的所述震动回波进行干扰波滤除。
5.根据权利要求4所述的隧道地质监控方法，其特征在于，所述检测和采集震动回波的步骤具体还包括对于滤除所述干扰波之后的所述震动回波进行速度和能量的检测，并根据检测出的所述速度和能量进行归类提取。
6.根据权利要求I所述的隧道地质监控方法，其特征在于，所述根据震动回波数据，分析得到所述隧道未开采区域的地质信息的步骤具体包括 将所述震动回波数据利用多波多分量进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图； 根据所述二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图获得所述地质信息。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种隧道地质监控方法所使用的装置，其特征在于，包括主机和用于接收和采集震动回波的两只以上的三分量速度型检波仪； 所述主机包括定向位置定位模块、震动回波相关偏移模块和报告图文编辑模块； 所述定向位置定位模块用于接收所述三分量速度型检波仪采集到的数据信息，并判定所述震动回波的位置，以及回传时的震动回波的空间分布，并发送给所述震动回波相关偏移模块； 所述震动回波相关偏移模块用于接收所述定向位置定位模块发送的数据信息形成偏移归位图和断面扫面图，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息； 所述报告图文编辑模块用于将得到的所述地质信息编辑成文本形式展示在所述主机的程序界面上，并根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。
8.根据权利要求7所述的隧道地质监控装置，其特征在于，根据所述偏移归位图和断面扫面图分析获得所述地质信息时，所述分析是利用多波多分量对所述数据信息进行全波震相分析和极化波计算，获得二维空间和/或三维空间的偏移归位图和断面扫面图。
9.根据权利要求7所述的隧道地质监控装置，其特征在于，该监控装置还包括均衡增益频谱分析滤波模块和干扰波滤除模块； 所述均衡增益频谱分析滤波模块用于检测出采集到的所述震动回波中存在的干扰波； 所述干扰波滤除模块用于将所述均衡增益频谱分析滤波模块检测出的所述干扰波进行滤除，留下已经判定出位置和空间分布的非干扰波。
10.根据权利要求7所述的隧道地质监控装置，其特征在于，该监控装置还包括速度分析模块和震动回波能量提取模块； 所述速度分析模块用于接收到所述非干扰波的数据信息，并判定出所述非干扰波在隧道不同地质的岩体中传播的速度； 所述震动回波能量提取模块用于判定所述非干扰波的能量，并将拥有不同能量的所述非干扰波进行归类提取。
全文摘要
本发明涉及隧道地质勘探领域，特别涉及一种隧道地质监控方法和装置，一种隧道地质监控方法包括如下步骤在隧道的已开挖的边墙上使用工程炸药进行爆破；检测和采集震动回波，得到震动回波数据信息；根据所述震动回波数据信息，分析得到所述隧道的未开采区域的地质信息，其中所述地质信息包括界面回波位置、界面空间分布、界面间岩体性质中的一种或多种；根据所述地质信息预测出未开挖段所述隧道的地质情况。一种隧道地质监控装置包括主机和用于接收和采集震动回波的三分量速度型检波仪。本发明提供的一种隧道地质监控方法和装置，能够对隧道的地质情况进行远距离超前检测。
文档编号G01V1/30GK102830426SQ20121028556
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者唐勇, 刘文解, 马成 申请人:中国建筑第四工程局有限公司