[发明专利]TBM搭载式隧道前方围岩放射性预报系统及方法

说明书

本公开提供了TBM搭载式隧道前方围岩放射性预报系统及方法，包括取样器、数据处理分析模块和屏蔽壳体，取样器设置于可伸缩支架上，所述可伸缩支架固定于TBM上，屏蔽壳体上设置有至少两个开口，分别用于岩样的进入和已测试岩粉的排出；屏蔽壳体内设置有传输装置，传输装置的传输路径上设置有γ射线测试装置和岩样监测装置，传输路径末端依次设置有岩样研磨装置、岩样筛分装置和放射性核素测试装置，所述数据处理分析模块接收对γ射线浓度和放射性核素含量测试的结果，计算出同一岩性地层γ射线浓度和放射性核素含量之间的对应关系，对隧道掌子面前方放射性进行预报。

技术领域

本公开属于隧道超前预报技术领域，具体涉及TBM搭载式隧道前方围岩放射性预报系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

天然放射性核素主要有铀系、钍系和锕系，这些放射性核素的原子核处于不稳定状态，能自发地转变成另一种原子核，并放出一种特殊射线，自然界主要的核衰变类型有α衰变、β衰变和γ衰变等。这些核衰变释放出的射线对人体非常有害，受射线照射的人体中枢神经系统和血液系统发生破坏，染色体会发生畸变，严重的可导致受照射人死亡。隧道掘进机(TBM)因其具有安全、高效、经济和适应性强等优点，现今被广泛应用于隧道开挖中，而铀、钍和钾-40等广泛存在花岗岩、砂岩和富含有机质的泥质岩中，是影响人类辐射环境的主要放射性核素，因此在利用TBM开挖隧道的过程中，对岩石中的放射性核素含量及时、长期和精确的测试并做出预报，对于保障隧道内施工人员的人身健康就显得尤为重要。

据发明人了解，目前TBM隧道放射性测试不同于传统钻爆法隧道，仍存在以下难以解决的问题：

(1)TBM重型设备占据了隧道内大部分空间，导致传统放射性测试方法难以在隧道狭窄处开展，无法满足放射性测试需求；

(2)传统人工测试方法利用手持放射性测试仪进行测试，无法满足对岩石中放射性核素含量及时、长期测试的需求，且需要耗费大量的人力和财力；

(3)由于核衰变具有随机性，传统人工测试方法很难消除统计误差的影响。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了TBM搭载式隧道前方围岩放射性预报系统及方法，本公开能够获取掌子面附近γ射线浓度和岩石中放射性核素铀、钍和钾的含量，并利用γ射线浓度的变化对隧道前方放射性进行预报。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

TBM搭载式隧道前方围岩放射性预报系统，包括取样器、数据处理分析模块和屏蔽壳体，所述取样器设置于可伸缩支架上，所述可伸缩支架固定于TBM上；

所述屏蔽壳体内设置有传输装置，所述屏蔽壳体上设置有至少两个开口，所述开口分别用于岩样的进入和已测试岩粉的排出，所述传输装置的传输路径上设置有γ射线测试装置和岩样监测装置，传输路径末端依次设置有岩样研磨装置、岩样筛分装置和放射性核素测试装置，所述数据处理分析模块接收对γ射线浓度和放射性核素含量测试的结果，计算出同一岩性地层γ射线浓度和放射性核素含量之间的对应关系，对隧道掌子面前方放射性进行预报。

本公开通过取样器、传输装置、岩样监测装置、岩样研磨装置、岩样筛分装置和放射性核素测试装置等相配合，能够在随TBM搭载过程中，独立工作，对掌子面前方岩样进行处理，进而得到预报结果，具有实时性和准确性。

一处开口与取样器位置相配合，位于屏蔽壳体一侧上方，取样岩石能够由该开口处进入屏蔽壳体，另一开口位于屏蔽壳体另一侧下方，已做过放射性核素含量测试的岩粉能够由该开口处排出屏蔽壳体。

作为可选择的实施方式，所述γ射线测试装置配置高灵敏度闪烁晶体探测器，可对天然放射性核素衰变出的γ射线浓度进行测试，并将测试结果传输至数据处理分析模块。