专利名称：一种在tbm隧洞中安装地质超前预报检波器的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及地质超前预报领域。特别涉及的是在TBM隧道中进行地震波超前预报的领域。
背景技术：
在交通、水利、能源、矿山等地下工程施工中，经常出现实际开挖的地质条件与设计时预期的地质条件千差万别的情况，因此在隧道施工中进行地质超前预报十分必要。特别是在地质条件复杂地段和采用TBM现代施工技术的情况下，地质超前预报工作更显得尤为重要。就一般的地质超前预报技术而言，目前有超前钻探法、雷达法和地震法。超前钻探法是掌子面安放水平钻机进行水平钻进，根据钻孔资料来推断前方的地质情况。该方法预报结果比较直观，精度高，但是费时、费力、预报距离短。地质雷达法是以介质的电磁特性为基础，研究不同频率的电磁波经介质反射、透射、吸收后的能量衰减、频散作用和实践等参数的变化规律，对断层、陷落柱、老窑等含水体探测效果较好，但是探测距离较短，一般为20 30米，且易受工作面潮湿及周围机器的干扰。地震法主要有TSP203、TGP206、TRT、TST等方法。TSP法属于多波三分量地震探测技术，炮点和检波器布置在巷道一侧，为剖面观测方式，可以检测出巷道前方80 150米的地质情况(赵勇，肖书安，刘志刚。TSP超前地质预报系统在隧道工程中的应用[J]。铁道建筑技术，2003年5期18-22)。TGP的观测方式与处理软件基本模仿TSP技术，只是偏移成像时，采用纵横波分别成像(刘云祯。TGP隧道地震波预报系统与技术[J]。物探与化探，2009年4月，Vol. 33，No. 2 :170-177)。TRT方法是将检波器和炮点布置在隧道两侧和掌子面上，为空间观测方式，预报距离可达100 150米。但是该技术没有波速分析功能，波速采用直达波速。TST方法是将检波器布置在隧道两侧，且可以利用方向滤波技术提取前方回波，并且能准确确定围岩波速(赵永贵，国内外隧道超前预报技术评析与推介[J]。地球物理学进展，2007年8月，Vol. 22，No. 4 :1344-1352)。由于TST等地震波方法预报距离远，结果准确，在一般钻爆法施工中广为使用。但是在TBM隧洞施工中面临着很多问题，首当其冲的问题是如何安装检波器。TBM施工的隧洞一般采取管片作为衬砌支护结构。管片是钢筋混凝土结构。几块管片通过螺栓在一起形成环状结构，环与环相连，形成隧洞的衬砌。管片是隧洞的最外层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用，因此对管片要求具有一定的强度和密封性。地震波法地质超前预报依靠检波器与围岩的耦合作用来接收并记录围岩中的地震波。为了有效避免声波、面波及围岩爆破松动圈的影响，一般需在隧洞侧壁上打孔，将检波器安装在孔中。但在TBM隧洞中，由于对管片的强度和密封性的要求，不能在管片结构上打孔。因此一般认为地震波法隧道超前预报方法在TBM隧洞中无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在TBM隧洞中安装地质超前预报检波器的方法。
本发明为解决上述技术问题，提供了一种在TBM隧洞中安装地质超前预报检波器的方法，步骤包括步骤I :利用风钻等钻孔设备，从TBM隧洞管片上的灌浆孔中，穿过管片以及管片后面的回填层，在围岩中钻孔制作出检波器安装孔；步骤2 :采用所述耦合剂安装装置，将耦合剂送入所述检波器安装孔孔底；步骤3 :采用所述检波器安装装置，将检波器送入耦合剂中。本发明为实现上述方法，提供的装置包括耦合剂安装装置和检波器安装装置。所述耦合剂安装装置采用活塞式原理，由所述耦合剂套筒和所述耦合剂活塞组成。所述耦合剂套筒采用圆筒式结构，圆筒直径小于所述检波器安装孔直径。将圆筒前端筒壁部分切掉，以方便耦合剂的装载和卸载。所述耦合剂套筒采用3段式螺纹连接。所述 耦合剂活塞采用杆式结构，杆直径略小于所述耦合剂套筒，可穿入所述耦合剂套筒将耦合剂推出所述耦合剂套筒实现耦合剂卸载。所述耦合剂活塞采用3段式螺纹连接结构。所述检波器安装装置能够夹持、分离检波器，并以实现检波器方向定位，可现场组装。所述检波器安装装置由检波器送杆和检波器推杆组成。所述检波器送杆采用通槽圆筒式结构。圆筒直径略小于检波器直径。将圆筒筒壁切掉一定宽度形成通槽。圆筒前端可夹持检波器，并且通槽与检波器要求方向一致。检波器送杆采用2段式螺纹连接结构。所述检波器推杆采用杆式结构，杆的直径远小于检波器直径，以便使所述检波器推杆穿入所述检波器送杆中将检波器推出。所述检波器推杆采用3段式螺纹连接结构。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，步骤I中，从TBM隧洞管片上的灌浆孔中钻孔，钻孔穿过管片以及管片后面的回填层进入围岩中。进一步，步骤2中，采用所述耦合剂安装装置，将耦合剂送入所述检波器安装孔孔
。进一步，步骤3中，采用所述检波器安装装置，将检波器送入耦合剂中。进一步，所述耦合剂安装装置能够装载、卸载耦合剂，并可现场组装。所述耦合剂安装装置采用活塞式原理，由所述耦合剂套筒和所述耦合剂活塞组成。所述耦合剂套筒采用圆筒式结构，圆筒直径小于所述检波器安装孔直径。将圆筒前端筒壁部分切掉，以方便耦合剂的装载和卸载。所述耦合剂套筒采用3段式螺纹连接。所述耦合剂活塞采用杆式结构，杆直径略小于所述耦合剂套筒，可穿入所述耦合剂套筒将耦合剂推出所述耦合剂套筒实现耦合剂卸载。所述耦合剂活塞采用3段式螺纹连接结构。进一步，所述检波器安装装置能够夹持、分离检波器，并以实现检波器方向定位，可现场组装。所述检波器安装装置由检波器送杆和检波器推杆组成。所述检波器送杆采用通槽圆筒式结构。圆筒直径略小于检波器直径。将圆筒筒壁切掉一定宽度形成通槽。圆筒前端可夹持检波器，并且通槽与检波器要求方向一致。检波器送杆采用2段式螺纹连接结构。所述检波器推杆采用杆式结构，杆的直径远小于检波器直径，以便使所述检波器推杆穿入所述检波器送杆中将检波器推出。所述检波器推杆采用3段式螺纹连接结构。
图I是本发明在TBM隧洞中安装地质超前预报检波器方法的流程图2是本发明所述检波器安装孔位置示意图；图3是本发明所述耦合剂装置结构纵剖面示意图；图4是本发明所述检波器装置结构纵剖面示意图；图5为本发明所述检波器装置结构横剖面示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下I、管片，2、管片灌浆孔，3、回填层，4、围岩，5、检波器安装孔，6、耦合剂套筒1，7、耦合剂套筒2，8、耦合剂套筒3，9、耦合剂活塞1，10、耦合剂活塞2，11、耦合剂活塞3，12、检波器送杆I，13、检波器送杆2,14、检波器推杆1,15、检波器推杆2,16、检波器推杆3。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如附图I所示，本发明的在TBM施工隧洞中安装地质超前预报检波器的步骤如下步骤I :如附图2所示，利用风钻等钻孔设备，从TBM隧洞管片I上的灌浆孔2中，穿过管片I以及管片后面的回填层3，在围岩4中钻孔制作出检波器安装孔5。步骤2 :如附图3所示，将耦合剂套筒后段6、耦合剂套筒中段7、耦合剂套筒前段8组装在一起。将耦合剂活塞杆后段9、耦合剂活塞杆前段10、耦合剂活塞11连接在一起，并插入耦合剂套筒中。将耦合剂置于耦合剂套筒前段8中，并将所述耦合剂安装装置送入所述检波器安装孔5孔底。推动耦合剂活塞杆，并抽出耦合剂套筒，将耦合剂放入孔底；步骤3 :如附图4所示，将检波器送杆后段12和检波器送杆前段13连接在一起。将检波器推杆后段14、检波器推杆15和检波器推杆16连接在一起。将检波器夹持在检波器送杆15的前部，并使检波器方向对准检波器送杆的定位槽。将检波器送入检波器安装孔5并插入耦合剂中。使检波器推杆前部16顶住检波器后段，同时将检波器送杆拔出。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种在TBM施工隧洞中安装地质超前预报检波器的方法，步骤包括 步骤I :利用风钻等钻孔设备，从TBM隧洞管片上的灌浆孔中，穿过管片以及管片后面的回填层，在围岩中钻孔制作出所述检波器安装孔； 步骤2 :采用所述耦合剂安装装置，将耦合剂送入所述检波器安装孔孔底； 步骤3 :采用所述检波器安装装置，将检波器送入耦合剂中。
2.根据权利要求I所述方法，其特征在于 步骤I中，所述检波器安装孔位于TBM隧洞管片上的灌浆孔。
3.根据权利要求I所述方法，其特征在于 步骤I中，所述检波器安装孔穿过管片衬砌结构，以及衬砌结构的回填层，并且进入围·山ο
4.根据权利要求I所述方法，其特征在于 步骤2所述耦合剂安装装置能够装载、卸载耦合剤，并可现场组装。
5.根据权利要求4所述，其特征在干 权利要求4所述耦合剂安装装置采用活塞式原理，由所述耦合剂套筒和所述耦合剂活塞组成。
6.根据权利5要求，其特征在于 所述耦合剂套筒采用圆筒式结构，圆筒直径小于所述检波器安装孔直径。将圆筒前端筒壁部分切棹，以方便耦合剂的装载和卸载。圆筒采用3段式螺纹连接。
7.根据权利5要求，其特征在于 所述耦合剂活塞采用杆式结构，杆直径略小于所述耦合剂套筒，可穿入所述耦合剂套筒将耦合剂推出所述耦合剂套筒实现耦合剂卸载。所述耦合剂活塞采用3段式螺纹连接结构。
8.根据权利要求I所述方法，其特征在于 步骤3所述检波器安装装置能够夹持、分离检波器，并可以实现检波器方向定位，可现场组装；
9.根据权利要求8所述，其特征在于 权利要求6所述检波器安装装置由所述检波器送杆和所述检波器推杆组成。
10.根据权利9要求，其特征在于 权利要求7所述检波器送杆采用通槽圆筒式结构。圆筒直径略小于检波器直径。将圆筒筒壁切掉一定宽度形成通槽。圆筒前端可夹持检波器，并且通槽与检波器要求方向一致。所述检波器送杆采用2段式螺纹连接结构。
11.根据权利9要求，其特征在于 权利要求7所述检波器推杆采用杆式结构，杆的直径远小于所述检波器送杆的直径，以便使所述检波器推杆穿入所述检波器送杆中将检波器推出。所述检波器推杆采用3段式螺纹连接结构。
全文摘要
本发明公开了一种在TBM施工隧洞中安装地质超前预报检波器的方法和装置。首先利用TBM隧洞管片衬砌结构中的灌浆孔，采用风钻等钻孔设备在灌浆孔中打安装孔，使该安装孔透过回填层进入围岩。然后用本发明的耦合剂安装装置将耦合剂送入孔底，最后本发明的检波器安装装置将检波器送入耦合剂中。本发明针对TBM施工隧洞地质超前预报中安装检波器的难题，利用灌浆孔打安装孔以避免破坏管片，采用耦合剂安装装置使耦合剂的安装简便高效，采用检波器安装装置实现了检波器的快速安装，并且方向定位准确。本发明使得在TBM施工隧洞中可以进行地震波法地质超前预报，并且高效快速。
文档编号G01V1/20GK102681008SQ20111005434
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者伍法权, 蒋辉 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所