一种盾构法施工超前地质预报方法以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种盾构法施工超前地质预报方法以及系统。
【背景技术】
[0002]隧道掘进机施工方法有一定的特殊性和复杂性，这给其超前地质预报带来了巨大的难题。具体表现在掘进机占据了隧道掌子面后方的大部分空间，施工前方场地很小，且前方的刀盘转动需要保持一定的压力，因此掌子面后方的边墙基本不具备安置超前预报探测激发装置及传感器的条件，这对预报技术、方法和装置排列会带来一定的困难。对于地震法而言，机械开挖的震动较大，影响也大；对于电磁类方法而言，干扰电流和机器本身金属感应影响较大，同时电磁类装置也很难在掌子面上排布和操作。由于以上探测上的困难，所以传统钻爆法施工中可用的TSP，TRT，TST等技术方法均无法展开实施，但是掘进机施工对地质状况又非常敏感，在施工过程中经常遇到的不良地质体，如特殊土层、流沙、飘石等灾害源在隧道施工扰动下都有可能诱发突泥突水，塌方等严重的地质灾害，直接影响掘进机正常的掘进工作，甚至可能危及施工人员的生命安全。因此，如何探测掘进机前方的地质条件这一难题成为人们关注的焦点，如何解决这个难题也成为了一个重要的课题。
[0003]目前，国内外很多学者在不断的探索努力下，研究出了几种适合掘进机施工环境的超前预报方法，如ISIS主动源地震超前探测技术，利用气锤产生较强的重复脉冲信号，通过安置在隧道边墙上的三分量接收器接收地震记录，从而实现隧道地震主动源超前探测；BEAM技术，将探测仪器、传感器与TBM—体化，进行自动探测，但其在定位精度，探测距离，分辨率方面存在很大问题；TBM搭载三维聚焦激电，通过在TBM上搭载三维聚焦激电的设计思路，但目前仍未有实际应用；TBM施工隧道跨孔雷达探测，是对TBM本身搭载的超前地质钻机的拓展与补充，利用已有钻孔实施跨孔地质雷达成像探测，可较好的探测。这些探测方法都注重探测仪器、传感器与掘进机的集成和一体化，因此也受掘进机本身机械结构限制而存在极大的局限性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种盾构法施工超前地质预报方法以及系统，解决民现有掘进机施工过程中探测方法需要在掘进机刀盘上安装探测装置的局限性，以及探测精度低，探测距离近等问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种盾构法施工超前地质预报方法，包括以下步骤:
在预设位置及方位实时接收盾构机在施工过程中自身机械震动产生的地震波在遇到反射界面后形成的反射波和透射波，形成地震标准数据文件；
实时采集盾构机在施工过程中工作移动状态下的震动信号数据；
对所述地震标准数据文件以及震动信号数据进行数据处理解析，形成盾构机施工前方地质情况的图像并输出显示。
[0006]所述图像为一维图像、二维图像或三维图像。
[0007]所述对所述地震标准数据文件进行数据处理解析的方法包括反褶积、滤波、动校正、静校正、叠加、偏移中的一种或几种，并根据分析处理后的数据生成所述图像并输出显不ο
[0008]本发明的目的还在于提供一种盾构法施工超前地质预报系统，包括
地震标准数据文件形成单元，用于在预设位置及方位实时接收盾构机在施工过程中自身机械震动产生的地震波在遇到反射界面后形成的反射波和透射波，形成地震标准数据文件；
震动信号采集单元，用于实时采集盾构机在施工过程中工作移动状态下的震动信号数据；
数据处理解析单元，用于对所述地震标准数据文件以及震动信号数据进行数据处理解析，形成盾构机施工前方地质情况的图像并输出显示。
[0009]所述地震标准数据文件形成单元包括:
地震波接收器，包括置于隧道洞口外侧的洞口外侧孔中三分量检波器串与置于隧道开挖前方的隧道前方孔中三分量检波器串，以及置于盾构机刀盘后方管片侧壁与地面交界处的地面三分量检波器串；
数据采集器，包括多个数据采集仪，分别与所述地面三分量检波器串、隧道前方孔中三分量检波器串以及洞口外侧孔中三分量检波器串相连接，用于通过所述地震波接收器监测、接收盾构机在掘进过程中刀盘震动产生的地震波在传播过程中在遇到反射界面后形成的反射波和透射波，并发送到所述数据处理解析单元。
[0010]所述震动信号采集单元包括数据接收站，壁挂式安装在盾构机主体靠近刀盘非旋转部分，接收盾构机工作移动状态下的震动信号后发送到所述数据处理解析单元。
[0011]所述数据接收站为集中式多通道加速度记录仪。
[0012]所述数据处理解析单元为计算机，内置有采集地震标准数据文件的数据采集系统以及地震标准数据文件数据处理解析装置。
[0013]所述隧道前方孔中三分量检波器串以及洞口外侧孔中三分量检波器串由多个三分量检波器串接而成；所述地面三分量检波器串是由多个三分量检波器串接而成，所述地面三分量检波器串的每个三分量检波器的航空插头均连至信号电缆上。
[0014]所述地面三分量检波器串的每个三分量检波器包括三个纵向检波器，所述纵向检波器两两互相垂直且使用导线焊接至所述信号电缆，所述信号电缆与钢丝绳居中穿过套管，检波器注蜡固定于套管内侧中部，套管上下两端盖有管帽，相邻的三分量检波器通过所述信号电缆和钢丝绳串接成为一体。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
1.将盾构机本身机械振动产生的地震波作为震源对开挖面前方地质情况进行探测，可持续进行探测且不需要对盾构机刀盘进行改造，减去了因安装改造带来的局限性。
[0016]2.不同位置安装的地震波接收器分别进行位置及方向的描述，通过位置偏移和角度偏移对接收到的反射波、透射波进行追踪及定位，实现地震数据校正、处理的波谱显示。
[0017]3.不同位置以及不同地震波接收器的组合，能有效解决检波器耦合问题，实现地震波的全空间采集，实现地震观测全空间、任意排布，不良地质体的空间位置预测，预报各种地质问题。
【附图说明】
[0018]图1为本发明提供的一种盾构法施工超前地质预报系统的原理示意图；
图2为本发明提供的盾构法施工超前地质预报的仪器现场安装示意图；
图3为本发明提供的孔中三分量检波器串纵剖面构造图；
图4为本发明提供的地面三分量检波器串纵剖面构造图；
图5为本发明提供的地面三分量检波器串横剖面构造图；
图中:1隧道洞口，2为隧道开挖前方，3为盾构机主体靠近刀盘非旋转部分，4盾构管片，5为洞口外侧洞外钻孔，6为洞口外侧孔内三分量检波器串，7为反射波，8为透射波，9为入射波，10为数据接收站，11为地面三分量检波器串，12为数据采集仪，13为管帽，14为套管，15为三分量检波器，16为信号电缆，17为航空插头，18为万向钩，19为外壳，20为反射界面，51为隧道前方外钻孔，61为隧道前方孔内三分量检波器串