[发明专利]一种适应TBM快速掘进地表参数识别方法

权利要求书

1.一种适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.按照设定距离在地表设置若干定向安置孔，每个定向安置孔内设置一个振动传感器；

S2.设置TBM掘进机在定向安置孔下方设定埋深的隧道内掘进，并将实时掘进位置传输到振动分析模块；

S3.振动传感器收集TBM掘进机的TBM刀盘切割岩石产生的弹性波信号及其振动参数，并将弹性波信号及其振动参数传输到振动分析模块；

S4.振动分析模块根据弹性波信号振动参数反算出弹性波传播过程，并根据弹性波传播过程推演出岩体质量等级，并对实时掘进处前方设定距离的地质条件进行预测；

步骤S4具体步骤如下：

S41.振动分析模块将振动传感器采集的数据进行切割，将每间隔设定时间段采集的数据，生成一个数据集；

S42.振动分析模块获取每个数据集的弹性波波形、振动传感器所在定向安置孔位置及TBM刀盘掘进位置；

S43.将TBM刀盘实时掘进位置进行切割，生成子震源；

振动分析模块将弹性波波形分解成以各子震源产生的子波形，再根据同一子震源发出子波形到达振动传感器时间不同，反算出各子波形传播过程；

S44.振动分析模块根据各子波形传播过程、波形传播时间与岩体质量等级关系推演出岩体质量等级，并对实时掘进处前方设定距离的地质条件进行预测；

步骤S43通过如下方式实现：

振动传感器位置与振动时间数学表示基本型：

式中：ω为频率，k为波向量，t为运动时间，r为方向向量，kr波向量与方向向量内积，

首先，对计算时间进行积分变化得到：

其次，振动传感器位置与各弹性波产生振动位移关系的估计值表示为：

其中，权函数取值：

再次，对公式左右向量两边取模并平方可得：

其中e与X向量取值为：

整理可得：

通过上述推导可得出各个子震源产生子波形；

步骤S44具体步骤如下：

S441.振动分析模块判断实时掘进处前方设定距离的地质条件是否为不良地质体；

若是，进入步骤S442；

若否，进入步骤S443；

S442.输出地质预测图，并输出警告信息，结束；

S443.输出预测图；

步骤S44中，然后根据同一震源发出波形的不同到达时间利用P波传播速度与岩体基本质量关系反演岩体等级，其中，P波传播速度与岩石质量指数Q关系:P波传播速度与RMR等级关系：RMR＝14.9668V_p-3.7838。

2.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S1中相邻定向安置孔之间的设定距离取1-3m。

3.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S2中设定埋深取4-50m。

4.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S1中，设置各定向安置孔在一条直线上，该直线与隧道轴线平行，且在隧道轴线正上方。

5.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S3中，振动传感器采用三分量检波器，采集TBM刀盘切割岩石产生的P波、SH波以及SV波。

6.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S3中，振动传感器滤除对弹性波信号的干扰信息后，将弹性波信号及其振动参数传输到振动分析模块。

7.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S44中，振动分析模块根据各子波形传播过程、P波传输时间与岩体质量等级关系推演出岩体质量等级。

8.如权利要求1所述的适应TBM快速掘进地表参数识别方法，其特征在于，步骤S41中设定时间段取0.25s。