一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道工程地质前探技术领域，更具体地，涉及一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统及方法。
【背景技术】
[0002]2002年，德国Geo公司研发出基于聚焦电流法的隧道超前探测系统BEAM(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring)，其工作原理是利用刀盘向掌子面前方施加探测电流，测量地质体的视电阻率的方式来分析前方的地质构造。在中国，对BEAM的研究起步较晚，且多进行仿真模拟，直到2008年，有人利用同样的聚焦电流法进行隧道超前探测，辅之以激发极化分析，才能确定异常体的大小和在前方的大致距离。但因聚焦电流法的原理性缺陷，其测量过程中没有“方位”的概念，笼统地将隧道前方地质视作一个整体进行分析，所以即使发现地质异常体的存在，也无法判断其具体方位。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统及方法，通过向分布在全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)护盾后方的周向电极施加恒定的电流激励，测量出TBM护盾上的电压，即可判断异常体的方位。
[0004]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统，包括多个周向电极、恒流驱动电路、电压测量电路、延长线缆和锚杆，其中:
[0005]所述多个周向电极以均分圆周的方式均匀安装在TBM护盾后方的隧道壁上；所述恒流驱动电路的正极与所述多个周向电极相连，以多路供电的方式依次向每个周向电极加载电流；所述电压测量电路的正极与所述TBM护盾相连，测出对应的TBM护盾电压；所述锚杆打入土层中，通过所述延长线缆连接所述恒流驱动电路和所述电压测量电路的负极一端。
[0006]按照本发明的另一方面，提供一种基于周向电极扫描的异常体方位判断方法，包括:
[0007]将锚杆打入土层中，通过延长线缆连接恒流驱动电路和电压测量电路的负极一端，待确定前方有异常体后，以均分圆周的分布方式将多个周向电极打入TBM护盾后方的隧道壁上，所述恒流驱动电路以多路供电的方式依次向每个周向电极加载电流，所述电压测量电路测出对应的TBM护盾电压，并根据所述TBM护盾电压判断所述异常体的方位。
[0008]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0009]1.本发明弥补了 BEAM系统对于异常体方位判断的不足，可以在探测到异常体之后准确的测定其方位；
[0010]2.本发明结构简单，安装简便，对操作人员的经验学历没有要求。
【附图说明】
[0011]图1为本发明基于周向电极扫描的异常体方位判断系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0013]图1所示为本发明基于周向电极扫描的异常体方位判断系统的结构示意图，包括多个周向电极、恒流驱动电路、电压测量电路、延长线缆和锚杆。
[0014]在实际系统的运用过程中，恒流驱动电路应输出平稳，内阻可调。电压测量电路应选择量程在O?5V的精密电压表。八个或更多周向电极以均分圆周的方式均匀安装在TBM护盾后方隧道壁上。各周向电极应规格一致，避免形状差异导致结果失真。周向电极和锚杆表面除锈，以降低接触电阻，提高测量灵敏度。
[0015]在本发明实施例中，将锚杆打入数百米外的土层中，通过延长线缆连接恒流驱动电路和电压测量电路的负极一端，待以聚焦电流法或其他手段确定前方有高阻态(低阻态)异常体之后，将多个周向电极打入护盾后方的隧道壁上，以均分圆周的方式分布，每个周向电极引出电线与一多芯电缆相连，该多芯电缆的另一端连接恒流驱动电路的正极。电压测量电路正极与TBM护盾相连。恒流驱动电路以多路供电的方式依次向每个周向电极加载电流，电压测量电路中的精密电压表测出对应的护盾电压。全部完成后对测得的护盾电压进行分析，若待定位异常体是高阻态(低阻态)异常体，则护盾电压最大(小)值所对应的周向电极方位即是异常体的方位。
[0016]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统，其特征在于，包括多个周向电极、恒流驱动电路、电压测量电路、延长线缆和锚杆，其中: 所述多个周向电极以均分圆周的方式均匀安装在TBM护盾后方的隧道壁上；所述恒流驱动电路的正极与所述多个周向电极相连，以多路供电的方式依次向每个周向电极加载电流；所述电压测量电路的正极与所述TBM护盾相连，测出对应的TBM护盾电压；所述锚杆打入土层中，通过所述延长线缆连接所述恒流驱动电路和所述电压测量电路的负极一端。2.如权利要求1所述的基于周向电极扫描的异常体方位判断系统，其特征在于，每个周向电极引出电线与一多芯电缆相连，所述多芯电缆的另一端连接所述恒流驱动电路的正极。3.—种基于周向电极扫描的异常体方位判断方法，其特征在于，包括:将锚杆打入土层中，通过延长线缆连接恒流驱动电路和电压测量电路的负极一端，待确定前方有异常体后，以均分圆周的分布方式将多个周向电极打入TBM护盾后方的隧道壁上，所述恒流驱动电路以多路供电的方式依次向每个周向电极加载电流，所述电压测量电路测出对应的TBM护盾电压，并根据所述TBM护盾电压判断所述异常体的方位。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述恒流驱动电路的正极与所述多个周向电极相连，所述电压测量电路的正极与所述TBM护盾相连。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，若所述异常体是高阻态异常体，则所述TBM护盾电压最大值所对应的周向电极方位即是异常体的方位；若所述异常体是低阻态异常体，则所述TBM护盾电压小值所对应的周向电极方位即是异常体的方位。
【专利摘要】本发明公开了一种基于周向电极扫描的异常体方位判断系统及方法，属于隧道工程地质前探技术领域。本发明包括多个周向电极、恒流驱动电路、电压测量电路、延长线缆和锚杆。将多个周向电极均匀分布在全断面隧道掘进机护盾后方一定距离的隧道壁上，用恒流驱动电路依次向周向电极内通以恒定的电流，并用电压测量电路获取对应的护盾电压。本发明通过分析护盾上电压的大小即能准确的判断异常体的方位，而且结构简单，易于工人操作。
【IPC分类】G01V3/26
【公开号】CN105044790
【申请号】CN201510348935
【发明人】赵斌, 高昕星
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月23日