[发明专利]TBM刀盘破岩噪声源的多波采集系统及超前探测方法

说明书

本发明公开了一种TBM破岩噪声源的多波采集系统及综合解释方法，本发明通过布置在掌子面后方的水平测线和垂直测线的每个三分量检波器接收隧道掌子面前方的反射波、面波以及边墙的面波信号；将每个三分量检波器所采集的反射波及面波信号传输到数据显示存储器上，对数据显示存储器上的数据进行预处理，通过空间自相关、数据相干方法获得面波频散曲线及反射波地震剖面，基于面波频散曲线反演得到掌子面前方及边墙的横波速度‑深度曲线，基于反射波地震剖面获得纵横波速度曲线及偏移剖面等，综合面波预报结果及反射波预报结果开展地质综合解译。本发明实现了在TBM施工隧道强震动干扰条件下，高精度、高准确度的预报结果。

技术领域

本发明涉及TBM施工隧道超前地质预报技术领域，具体地指一种TBM(TunnelBoring Machine，隧道掘进机)破岩噪声源的多波采集系统及超前探测方法。

背景技术

TBM隧道超前地质预报是提前了解和掌握施工掌子面前方不良地质的发育情况，避免TBM因遇到不良地质体而导致TBM卡机、损坏、报废甚至人员伤亡等重大事故发生的有效方法。

由噪声探测理论可知，噪声源中面波的信号占据约70％的能量。目前，国内外TBM噪声源探测技术，仍沿用传统主动源的弹性波反射法(体波信息)探测识别隧道前方地质异常体。在干扰信号复杂、能量强的条件下，非常不利于体波信号的提取，而面波信号的强能量优势，更易被识别提取。相较于反射波而言，面波的分辨率更高，不受探测目标体大于地震波四分之一波长的限制，因此采用面波方法能够提高对小尺度不良地质体的辨识能力。此外，借助于面波反演的横波速度和厚度参数，综合反射波信息，可开展综合超前地质预报，改善预报结果的不确定性，提高预报的准确度。

综上所述，现有的TBM刀盘破岩噪声源超前探测方法仍面临以下问题：1、TBM隧道观测空间狭小，采用何种观测系统在有限观测空间内实现对掌子面前方地质信息的面波和反射波信号采集；2、TBM施工隧道震动干扰强，单一反射波预报结果的精度及准确性受到严重影响，如何提高预报结果的精度和准确性有待深入研究。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种TBM刀盘破岩噪声源的多波采集系统及超前探测方法，本发明解决了TBM刀盘破岩时不能接收到掌子面前方面波信号的问题，同时在TBM施工隧道强震动干扰条件下，实现高准确度预报难题。

为实现此目的，本发明所设计的一种TBM刀盘破岩噪声源的多波采集系统，其特征在于，它包括水平测线、垂直测线、TBM刀盘和数据显示存储器，所述水平测线由依次沿隧道轴线布置在隧道边墙中的多个三分量检波器构成，垂直测线由依次沿隧道径向布置在隧道边墙中的多个三分量检波器构成，所述TBM刀盘用于通过对掌子面岩体进行切割，激发地震波信号；

水平测线中的各个三分量检波器用于接收地震波信号中的掌子面前方反射波信号和隧道边墙方向的面波信号，水平测线中的所有三分量检波器用于向数据显示存储器传输水平测线接收的分布式掌子面前方反射波信号和隧道边墙方向面波信号；

垂直测线中的各个三分量检波器用于接收地震波信号中的掌子面前方的反射波信号和掌子面前方的面波信号，垂直测线中的所有三分量检波器用于向数据显示存储器传输垂直测线接收的分布式掌子面前方反射波信号和掌子面前方面波信号。

一种利用上述采集系统的多波超前探测方法，它包括如下步骤：

步骤1：TBM刀盘破岩激发地震波信号；

步骤2：水平测线中的各个三分量检波器接收地震波信号中的掌子面前方反射波信号和隧道边墙方向的面波信号，水平测线中的所有三分量检波器向数据显示存储器传输水平测线接收的分布式掌子面前方反射波信号和隧道边墙方向面波信号；

垂直测线中的各个三分量检波器接收地震波信号中的掌子面前方的反射波信号和掌子面前方的面波信号，垂直测线中的所有三分量检波器向数据显示存储器传输垂直测线接收的分布式掌子面前方反射波信号和掌子面前方面波信号；