隧道地质超前预报中人工地震波的机械能自动化无损激发装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隧道地质超前预报技术领域，具体是指隧道地质超前预报中人工地震 波的机械能自动化无损激发装置，通过这种无损方式激发地震波，实现对隧道已施工段衬 砌无破坏的前提下进行地震波法地质超前预报，实现了地震波超前地质预报过程自动化控 制。
[0002]
【背景技术】
[0003] 随着我国交通建设事业的快速发展，越来越多的隧道工程需要穿越更为复杂的地 质条件，既有围岩软弱、节理裂隙发育、稳定性差、易坍塌的影响；也有穿越岩溶地区时，各 种岩溶水系统的相互作用，易造成涌突水、突泥等特大灾害的困惑；还有地铁穿越市区建 筑物、立交桥等市政设施、穿越河流与浅埋软弱人工填土及特殊地层，极易突水、塌方等难 题。如何排除险情、防止坍塌、确保施工安全已成为地下工程发展丞待解决的重要问题。（参 见叶英.隧道施工超前地质预报可靠性研宄[J].铁道工程学报，2013，（1):66-71.)。 因此对在隧道施工中进行隧道地质超前预报是隧道施工不可缺的重要工序，是隧道等洞室 工程安全施工的指导书。尤其在复杂地质条件下的隧道工程应在施工前(及过程中)进行地 质超前预报具有重大意义。通过超前地质预报可以提前发现隧道开挖过程中可能遇到的地 质病害，预报可能发生的事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然，保证施工安全；同时 也为隧道施工的方法、支护形式的变更提供依据，减少施工的盲目性，节约隧道工程建设的 投资。
[0004] 隧道施工超前地质预报是指对隧道开挖掌子面前方地质变化情况及不良地质体 的工程性质、位置及形状进行探测、分析解释及预报，并提出工程措施建议。随着超前预报 技术在隧道应用中越来越广泛，预报方法种类也越来越多，综合国内外研宄现状，常见的有 地质类方法、超前钻探法、地球物理探测类等。当前，物理探测技术因其探测成本低、时间 短、灵活方便、占用空间资源少等特点，是隧道地质超前预报主要采用的检测技术。地质超 前预报的物探技术主要有地震波、高密度电、电磁波等多种技术。在众多隧道超前预报方法 中，地震波法隧道超前探测技术精度高，探测距离远，技术方法也相对比较成熟(参见杜立 志.隧道施工地质地震波法超前探测技术研宄[D].吉林大学博士学位论文，2008)。是 利用弹性波在均匀介质中反射折射基本原理，主要工作内容包括在隧道掌子面一侧布置检 波器和有规律的爆源，对布置的震源依次进行激发，产生有规律的地震波，地震波在岩体中 传播，当遇到岩体性质变化的分界面时，地震波会产生不同程度的反射和折射，应用布置好 的检波器接收反射回来的波形图像，再应用配套的专业分析软件分析，推断前方岩层的基 本变化。在地震波法隧道超前地质预报中人工地震波的激发其中的一个关键环节和技术， 只有恰当的激发方式和激发能量才能最大程度降低杂波干扰，提高预报精度。一般来讲，如 TSP技术等应用非常广泛的地震波地质超前预报方法中，人工地震波的激发都是用钻孔炸 药爆破的方式获取，虽然这种方法得到的地震波能量大，传播距离远，但是却存在着操作工 序复杂、破坏性强、声波发育严重和存在安全隐患等问题，尤其在洞口或弱围岩地带应用受 到很大限制。为了解决这一问题，可以采用安全可控的机械能方式代替炸药爆破方式激发 地震波，现有的陆地声纳法探测技术就是利用了一原理用锤击法进行地震波激发(参见邱 道宏，钟世航，李术才等.陆地声纳法在隧道不良地质超前预报中的应用[J].山东大 学学报：工学版，2009，（4): 17-20.)，而这种锤击的方式是一种手工操作方式，受人为因 素影响大，敲击能量不能有效控制，导致数据离散型大，不利于预报分析。
[0005] 因此，为了解决地震波法隧道地质超前预报中炸药爆破方式破坏性强、安全隐患 大、声波发育明显的问题，机械能激发装置是一种很好的选择，而为了让机械能激发装置既 能安全可控、操作便捷，又能实现自动化控制过程，发明一种新型的地震波超前预报自动化 装置是非常有必要的。
【发明内容】
[0006] 基于上述，为了使得地震波法地质超前预报既能安全可控、无破坏性，又能实现自 动化控制过程，本发明的目的旨在提供一种隧道地质超前预报中人工地震波的机械能自动 化无损激发装置，通过这种无损方式激发地震波，实现对隧道已施工段衬砌无破坏的前提 下进行地震波法地质超前预报，并实现了地震波超前地质预报过程实现自动化控制。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现： 一种隧道地质超前预报中人工地震波的机械能自动化无损激发装置，包括机械能自动 化激发装置，地震波接收装置两部分：所述械能自动化激发装置包括激发球、弹性挡片、挡 片开关、摇杆、摇杆拉绳、压力弹簧、保护筒、手把、滚轮、垫板，触发开关；所述地震波接收系 统包括信号传输线、检波器、地震波采集仪器，保护筒上部设有半圆形手把，筒体外壁设置 挡片开关下侧设有触发开关，底部有滚轮，滚轮放置在隧道底板的垫板上；触发开关通过信 号传输线连接地震波采集仪器，地震波采集仪器通过信号传输线与埋于隧道掌子面内的检 波器连接；筒体内激发球为金属球体，顶部连有压力弹簧，连接摇杆拉绳通过压力弹簧与摇 杆连接，激发球上的凹槽结构卡在内壁两侧设有弹性挡片上。
[0008] 本发明的主要优点和产生的有益效果是： (1) 本发明不在衬砌上打孔，不破坏衬砌和防水板，不影响隧道施工质量； (2) 本发明不使用炸药，利用机械能量来激发地震波，不仅有效压制声波或使声波微 弱，不干扰反射数据，而且彻底解决了炸药爆破给地质超前预报工作带来的安全隐患问 题； (3 )本发明的机械能自动化激发装置实现了人工地震波激发过程从手动刘敲击到激发 球自由落体的转变，大大提高了检测效率； (4) 本发明占用的人力、物力、空间资源低，不影响施工； (5) 本发明还具有工作原理明确、检测流程简单快捷、易于操作等优点。
【附图说明】
[0009] 图1是隧道地质超前预报中人工地震波的机械能自动化无损激发装置示意图； 图2是利用本发明对甘肃省梁家山黄土隧道超前地质预报平面布置图； 图3是利用本发明对甘肃省梁家山黄土隧道超前地质预报采集的原始波形图；其中： (a)为左侧探头P、SH、SV波形图，（b)为右侧探头P、SH、SV波形图 图4是利用本发明对甘肃省梁家山黄土隧道超前地质预报综合偏移处理成果图。其 中：（a)为左侧偏移处理成果图，（b)为右侧偏移处理成果图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图，对本发明技术方案再做进一步的说明： 如图1所示，隧道地质超前预报中人工地震波的机械能自动化无损激发装置，包括机 械能自动化激发装置，地震波接收装置两部分。所述械能自动化激发装置包括激发球1、