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CN106772556A - 一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法 Download PDF

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CN106772556A
CN106772556A CN201611243744.1A CN201611243744A CN106772556A CN 106772556 A CN106772556 A CN 106772556A CN 201611243744 A CN201611243744 A CN 201611243744A CN 106772556 A CN106772556 A CN 106772556A
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controller
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许振浩
王文扬
宋贵杰
何树江
高斌
张文坤
梁金宝
冯若峰
朱兴礼
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Shandong University
Second Engineering Co Ltd of China Railway 14th Bureau Co Ltd
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Shandong University
Second Engineering Co Ltd of China Railway 14th Bureau Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法，装置包括行走机构、激振机构和控制器，所述激振机构通过可伸缩机构固定于行走机构上，可伸缩机构带动激振机构进行升降调节；激振机构包括激振锤与速度/加速度检波器，所述控制器控制激振锤对掌子面预报位置施加激振力，激振力引起的弹性波在不同波阻抗面发生反射、透射，由速度/加速度检波器记录波形，并反馈给控制器，所述控制器记录波形进行分析。本发明结构简单，且设计巧妙，利用方位控制、行走轮以及可伸缩机构，能够灵活进行调整，提高了隧道超前预报的灵活性。

Description

一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法。
背景技术
随着我国交通建设的快速发展，国家的公路、铁路网正在规划及完善。为满足经济发展及人民需求，当公路、铁路进入山岭区时，就不可避免地需采用隧道进行穿越。隧道是“生命线”工程，也是地下工程，其隐蔽性及山体的工程地质条件都将形成对施工安全的重大隐患，而准确的预报掌子面前方的地质灾害并辅以适当的施工措施，可有效避免灾害的发生。
在超前预报领域，TSP法与地质雷达探测法等物探方法均起到了有益效果并广泛应用于隧道超前预报领域，但他们仍存在不足。首先，TSP法中，接收器距掌子面距离约55m，且需提前打孔，并进行爆破，该方法的灵活性欠缺；然后，地质雷达法多解性较强，雷达天线难以与掌子面有较好耦合，金属物亦会对雷达探测结果产生较大影响。
针对上述问题，亟需一种合理、灵活的全新设备和方法，使各物探方法得以相互辅助、相互印证，以提高物探的准确率和施工作业的安全性。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置及其使用方法，本发明便捷的、能探测隧道掌子面前方地质情况，并提高施工安全性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，包括行走机构、激振机构和控制器，所述激振机构通过可伸缩机构固定于行走机构上，可伸缩机构带动激振机构进行升降调节；
所述激振机构包括激振锤与速度/加速度检波器，所述控制器控制激振锤对掌子面预报位置施加激振力，激振力引起的弹性波在不同波阻抗面发生反射、透射，由速度/加速度检波器记录波形，并反馈给控制器，所述控制器记录波形进行分析。
所述行走机构，包括车体，所述车体下端设置有行走轮，车体上固定有控制行走机构角度的方向把手。
所述可伸缩机构包括可伸缩支撑杆和多个紧固螺栓，所述紧固螺栓依次设置于可伸缩支撑杆上，实现可伸缩支撑杆的阶梯级伸缩。
所述可伸缩支撑杆的顶部设置有用于固定激振机构的固定槽。
所述激振机构通过连接杆连接在可伸缩机构上，所述激振机构的激振面上设置有多个可伸缩推杆，每个可伸缩推杆端部设置有激振锤。
所述激振机构速度/加速度检波器为多个，均匀设置在激振面上。
所述控制器与远程控制PC端通信。
基于上述隧道超前预报装置的使用方法，将可伸缩机构升降至待测高度，推动行走机构，使激振机构至待测方位，使速度/加速度检波器与隧道掌子面贴合，将利用控制器设置浮点放大、增益、单位及激振参数，控制激振锤实现激振，速度/加速度检波器将接受的信号传输至控制器，根据振幅、相位因素进行综合分析。
分析方法是弹性波原理的公知常识。其基本原理是：若围岩结构完整性较好，则波形平缓；出现较高的反射振幅，表示反射界面的岩石密度较高；波形出现相位为正的反射振幅，表示反射界面岩石较坚硬；波形出现相位为负的反射振幅，表示反射界面较软弱。
速度/加速度检波器与隧道掌子面待测位置贴合，进行激振，可伸缩式推杆将激振锤向掌子面推出，施加锤击力后收回，实现多点激振，多点信号接收。
本发明的有益效果为：
(1)本发明结构简单，且设计巧妙，利用方位控制、行走轮以及可伸缩机构，能够灵活进行调整，提高了隧道超前预报的灵活性；
(2)本发明的激振源和接收检波器在同一激振面上，实现了预报结果的实时反馈；
(3)与其他物探方法相结合，提高了超前预报的准确性。多解性是地球物理探测的固有属性，本发明可与基于不同原理的地质雷达探测相结合，有利于缩小解的范围，与其探测结果相印证，提高了超前预报的准确性。
(4)操作简单，具有广泛的适用性，预报时对掌子面扰动极小，规避了超前预报中的安全风险
附图说明
图1基于弹性波反射法的隧道超前预报系统示意图；
图2控制及数据处理装置示意图；
图3激振接收装置示意图；
图4激振接收装置平面图。
图中，1—激振机构；2—连接杆；3—重型脚轮；4—可伸缩支撑杆；5—超前预报系统车身；6—固定槽；7—紧固螺栓；8—紧固螺栓；9—紧固螺栓；10—控制及数据处理装置(PDA)；11—控制台；12—方向把手；13—可触控液晶显示屏；14—电源按钮；15—选择按键；16—数据传输连接槽；17—设置按钮；18—滤波按钮；19—激振按钮；20—分析按钮；21—激振锤；22—可伸缩推杆；23—速度/加速度检波器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于弹性波反射法的隧道超前预报系统，包括行走机构、激振机构和控制机构。行走机构包括脚轮及方向把手，控制预报系统方位。激振机构包括高度调整装置和激振装置，高度调整装置由紧固螺栓和可伸缩支撑杆组成，可伸缩支撑杆实现升降，紧固螺栓起固定作用。激振装置包括激振锤与速度/加速度检波器，由控制机构控制激振锤对掌子面预报位置施加激振力，激振力引起的弹性波在不同波阻抗面发生反射、透射，由速度/加速度检波器记录波形，并由控制装置中PDA进行处理、记录及分析。
重型脚轮8提高超前预报系统的灵活性，其行走方向由方向把手12控制，预报人员推进方向把手并控制放下，位于车身下方四个重型脚轮得以实现车体平动及方向转换。
激振机构：激振装置包括激振锤锤头21、可伸缩式激振锤锤身22及速度/加速度检波器23。高度调整装置包括可伸缩式支撑杆4及紧固螺栓。预报人员旋转紧固螺栓，实现预报区域高度调整，通过行走机构调整预报系统方位，使速度/加速度检波器与隧道掌子面待测位置贴合，按激振按钮19，可伸缩式推杆22将激振锤21向掌子面推出，施加锤击力后收回，实现多点激振，多点信号接收。检波器记录所接收弹性波速度信号及加速度信号，无线传输至控制及数据处理装置10。
控制机构：控制机构由控制台11与控制及数据处理装置10组成。控制及数据处理装置为基于Android系统的PDA，其包括电源按钮14、选择按键15、设置按钮17、滤波按钮18、激振按钮19及分析按钮20，其与控制台通过数据传输连接槽16对接，其数据连接槽可通过数据线将测得数据传输至PC端。
下面将对本发明的使用方法步骤进行清楚、完整的描述。
调整紧固螺栓使可伸缩式支撑杆至待测高度，推预报系统至待测方位，使速度/加速度检波器23与隧道掌子面贴合，将控制与数据处理装置10中的数据传输连接槽16与控制台11对接，打开电源按钮14，完成预报准备工作；点设置按钮17进行自动设置浮点放大、增益、单位及激振参数，也可通过选择按键15选择手动设置参数；参数设置完毕后，按激振按钮实现激振，速度/加速度检波器23将接受的信号传输至控制台，预报人员按分析按钮20，数据处理装置将根据振幅、相位等因素进行综合分析给出分析结果；由数据传输连接槽16可将数据传输至PC进行进一步处理及分析，提高预报准确性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：包括行走机构、激振机构和控制器，所述激振机构通过可伸缩机构固定于行走机构上，可伸缩机构带动激振机构进行升降调节；
所述激振机构包括激振锤与速度/加速度检波器，所述控制器控制激振锤对掌子面预报位置施加激振力，激振力引起的弹性波在不同波阻抗面发生反射、透射，由速度/加速度检波器记录波形，并反馈给控制器，所述控制器记录波形进行分析。
2.如权利要求1所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述行走机构，包括车体，所述车体下端设置有行走轮，车体上固定有控制行走机构角度的方向把手。
3.如权利要求1所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述可伸缩机构包括可伸缩支撑杆和多个紧固螺栓，所述紧固螺栓依次设置于可伸缩支撑杆上，实现可伸缩支撑杆的阶梯级伸缩。
4.如权利要求3所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述可伸缩支撑杆的顶部设置有用于固定激振机构的固定槽。
5.如权利要求1所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述激振机构通过连接杆连接在可伸缩机构上，所述激振机构的激振面上设置有多个可伸缩推杆，每个可伸缩推杆端部设置有激振锤。
6.如权利要求1所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述激振机构的速度/加速度检波器为多个，均匀设置在激振面上。
7.如权利要求1所述的一种基于弹性波反射法的隧道超前预报装置，其特征是：所述控制器与远程控制PC端通信。
8.基于权利要求1-7中任一项所述的隧道超前预报装置的使用方法，其特征是：将可伸缩机构升降至待测高度，推动行走机构，使激振机构至待测方位，使速度/加速度检波器与隧道掌子面贴合，将利用控制器设置浮点放大、增益、单位及激振参数，控制激振锤实现激振，速度/加速度检波器将接受的信号传输至控制器，根据振幅、相位因素进行综合分析。
9.如权利要求8所述的使用方法，其特征是：速度/加速度检波器与隧道掌子面待测位置贴合，进行激振，可伸缩式推杆将激振锤向掌子面推出，施加锤击力后收回，实现多点激振，多点信号接收。
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