[发明专利]基于电法的地铁盾构超前探测室内试验装置

说明书

本发明公开了一种基于电法的地铁盾构超前探测室内试验装置，包括模型试验外壳、主隧道模型、异常体、模拟隧道围岩、探测装置、异常体置换装置、数据采集装置和控制器；模型试验外壳是一无盖的长方箱体，在箱体的一侧面开有若干孔，主隧道模型固定在模型试验外壳有孔的一面上，探测装置安装在主隧道模型上，模拟隧道围岩填充于模型试验外壳内，异常体置换装置固定在模型试验外壳顶部的环筋上，异常体放置在异常体置换装置上，控制器和数据采集装置固定在模型试验外壳顶部的环筋上，与探测装置和异常体置换装置通信。本发明结构合理，价格低廉，方便实施，可以实时在线测量工作面前方的异常体情况。

技术领域

本发明涉及地球物理探测技术领域，具体涉及一种基于电法的地铁盾构超前探测室内试验装置。

背景技术

电法勘探受隧道内金属干扰小，探测时不易受交变电磁场干扰，其对低阻异常反应灵敏、分辨率高，在探测含水采空区、含水断层、富水岩层及溶岩陷落柱等对生产建设危害性极大的水文地质构造有独特优势，在实际的地铁盾构超前探测中取得了显著的成效。电法勘探的物理模拟方法以物理现象的相似性为基础，其可以构建更接近复杂地质情况的模型，同时可以在实验室尺度下对数值正演结果进行检验和校核，特别对于复杂地电条件的模拟或新型测量方式的探索，物理模拟试验方法是不可或缺的正演模拟手段。目前，电法勘探的室内试验方法主要有土槽法和水槽法。土槽法是将模型、装置及场源布置在水槽中的一种模拟方法，以沙土为介质来模拟实际中的围岩，再用有规则形状的高阻材料或者金属材料，来模拟地下高阻异常体或低阻异常体，该方法在模拟地铁盾构机超前探测时，由于刀头的旋转使得刀盘上的电极与周围沙土的接触电阻发生迅速变化，从而导致测量电极电压的快速变化，对测量精度有很大的影响。水槽法与土槽法的模型、装置及场源布置都一样，测量原理也一样，两者之间的区别是水槽法中模拟围岩的介质是水，由于水介质的均匀性，很好地解决了土槽法模拟地铁盾构机超前探测接触电阻迅速变化导致测量不精确的缺点。目前水槽法的模型装置采用的测量方法是常规的定点源三极法，其电极布置方式是将测量电极安装在模拟隧道的边墙上，将供电电极固定安装在模拟掌子面，在模拟隧道边墙远离掌子面处固定一接地电极，而测量电极在掌子面后方沿测线移动采集数据，此方法难以屏蔽测线附近的旁侧干扰的影响，超前指向性差，仅能定性地判断掌子面前方一定范围内是否存在异常体。可见，目前还没有十分有效的适用于地铁盾构超前探测的室内试验模型。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种基于电法的地铁盾构超前探测室内试验装置，结构合理，价格低廉，方便实施。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种基于电法的地铁盾构超前探测室内试验装置，其特征是包括模型试验外壳、主隧道模型、异常体、模拟隧道围岩、探测装置、异常体置换装置、数据采集装置和控制器；模型试验外壳是一无盖的长方箱体，由亚克力板胶接而成，箱体顶部带环筋，环筋上开有若干小孔，在箱体的一侧面开有若干孔，主隧道模型固定在模型试验外壳有孔的一面上，探测装置安装在主隧道模型上，模拟隧道围岩填充于模型试验外壳内，异常体置换装置固定在模型试验外壳顶部的环筋的小孔上，异常体放置在异常体置换装置上，控制器和数据采集装置固定在模型试验外壳顶部的环筋上，与探测装置和异常体置换装置通信；

所述主隧道模型由ABS材料经3D打印而成，所述主隧道模型底端带有法兰盘，中间一段是圆管，圆管管身覆盖一层铜箔，圆管管身顶面封口处开有台阶孔，底端的法兰盘通过螺栓螺母固定在模型试验外壳有孔的一面上，考虑到防水密封性，在螺栓螺母与模型试验外壳接触的地方安装弹性密封圈。

所述探测装置包括阵列电极和模拟刀盘，模拟刀盘为一圆形亚克力板，在亚克力板直径方向上开有等距的小孔；阵列电极分为激励电极、测量电极、保护电极和返回电极，激励电极和测量电极等距安装在模拟刀盘直径方向的小孔上，保护电极均匀分布粘贴在圆管管身覆盖铜箔的四周，返回电极粘贴在远离模拟刀盘靠近主隧道模型底端的圆管管身上。