[发明专利]一种TBM地震波超前预报仪器的搭载装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于施工隧道中的地质预报仪器的自动化搭载装置，尤其涉及一种TBM地震波超前预报仪器的搭载装置及方法。

背景技术

随着隧道建设的不断发展，TBM由于具有“掘进速度快，成洞质量高，经济效益高”等优点，得到了越来越多的应用。然而TBM对地质条件的适应性较差，在复杂地质条件下，常遇到断层、破碎带、溶洞等不良地质因素，易造成TBM卡机甚至机毁人亡等重大事故。因此，探明隧道穿越地段的地质条件极为重要，若能提前获知掘进前方是否有断层、破碎带、溶洞等不良地质构造，则可及时地调整施工方案、安排防护措施，避免险情发生。

不同于钻爆法施工的隧道，TBM施工隧道由于具有复杂的金属结构，且观测空间十分狭小，因此常用的地质雷达法和瞬变电磁法等传统电磁方法收到严重的限制，探测效果不甚理想。然而，地震法在TBM施工隧道中受干扰小，并对岩性分界面(断层、溶洞等)敏感性高，在获知掌子面前方不良地质体方面具有优势。在地震法探测中，震源点和检波器的安装在很大程度上决定了探测数据的解译结果准确度。综合考虑TBM开挖速度快，地质探测的时间较短，亟需提出一种在保证采集数据质量的同时，能够快速方便的完成观测系统布置的搭载装置。

目前，TBM隧道中地震超前预报仪器主要采用人工手动安装激震器和检波器，效率低下；现有观测系统的搭载方法主要有以下几种：国内有关学者申请的专利《隧道掘进机中主动源三维地震超前地质探测装置及方法》(申请号：201510106173.6)将震源和检波器安装在液压伸缩杆上，实现自动搭载与耦合，但震源和检波器的位置在隧道轴线方向相对于TBM是固定的，未能实现轴线方向的灵活激震；专利《隧道三维地震波超前探测空间观测系统与方法》(申请号：201610411224.0)使用弹簧伸缩锤击器激发震源，需要人工充能，利用粘结和螺栓固定两种方法安装固定块，均需要人工进行粘贴或旋拧操作，虽然相比传统大锤激震有了进步，但自动化水平仍待提高。综上所述，主要存在以下问题：

(1)检波器安装效率低：检波器的安装需要进行传输光纤、固定块及检波器等的连接及与墙体的耦合，现有的常用方法采用冲击钻在墙体上钻小孔，固定块通过金属棒及锚固剂进行固定，这种方法费时费力，还可能会因为隧道壁被水浸润而影响耦合效果，无法得到较好的探测数据，影响现场施工，因此亟需一种安装效率高，耦合效果好的自动化检波器安装方式；

(2)采集系统的重复使用性差：目前隧道探测方法中，采集系统的拆卸回收步骤复杂，经过长时间粘接的固定块不易拆除，且清理锚固剂耗时较长，因此亟需一种方便快速可重复性装卸的检波器安装方式；

(3)震源的布置不灵活：在TBM隧道中，由于掘进机占据了绝大部分的隧道空间，因此不具备安装大型自动化设备的条件，而现有的小型自动化安装设备在安装震源时，在竖直方向的安装范围有限。亟需提出一种能够自动多点锤击的震源搭载装置；

(4)观测系统布置时间较长：人工布置观测系统耗时较长，一些专利针对震源和检波器的自动化布置有了一定程度的改进，但由于TBM工序紧凑，开挖速度快，其自动化水平仍需进一步提高。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种TBM地震波超前预报仪器的搭载装置。

本发明的一种TBM地震波超前预报仪器的搭载装置，包括：该TBM地震波超前预报仪器的搭载装置安装在设备桥平台上，且包括地震波激震器搭载装置和地震波检波器搭载装置；

所述地震波激震器搭载装置，包括基座，所述基座设置在沿隧道轴向布置的滑轨上，所述基座与第一驱动机构相连，基座在第一驱动机构的驱动作用下沿滑轨移动；所述第一驱动机构与控制器相连；所述激震器安装在机械臂的末端，所述机械臂的另一端安装在基座上，基座在第一驱动机构的驱动作用下沿滑轨移动，实现激震器在不同横截面的激震；

所述机械臂与第二驱动机构相连，机械臂在第二驱动机构的作用下调整激震器与隧道壁的角度以保证激震效果；所述第一驱动机构和第二驱动机构均与控制器相连；

所述地震波检波器搭载装置，包括伸缩装置，所述伸缩装置与第三驱动机构相连，所述第三驱动机构也与控制器相连；所述伸缩装置安装在基座上，所述伸缩装置的顶端安装有用于固定检波器的固定块，所述检波器设置于固定块的上表面且与伸缩装置相连；伸缩装置的末端安装有容纳耦合剂的耦合剂容纳器，所述伸缩装置及固定块的内部均预留有耦合剂通道；

所述耦合剂通道用于连通耦合剂容纳器与固定块，将耦合剂容纳器内的耦合剂输送至固定块的侧表面，用于保证固定块与隧道壁之间的接触效果。