一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隧道地质预报技术领域，更具体的说，本发明涉及一种隧道掘进机施 工条件下的超前地质预报系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 在隧道施工过程中，由于掌子面前方地质体的复杂多变，常遇断层、溶洞、破碎带、 暗河以及高地应力等不良地质情况，若不能及时掌握前方地质情况，很可能导致塌方、涌 水、岩爆冒顶甚至泥石流等地质灾害，因而隧道施工前和施工过程中的地质超前预报工作 关系到工程的进展、质量和安全问题，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述问题，本发明提出了一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统及 其方法，以减少监控及检测的人工劳动力，减小作业风险，并提高预报工作效率。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报方法，其包括：
[0006] 隧道掘进机刀具启动后作为激发震源；
[0007] 设置在所述隧道掘进机刀具上的地震波传感器和电磁波传感器分别进行地震波 ?目号米集和电磁波?目号米集；
[0008] 将所述地震波传感器采集到的地震波信号无线传送给预报处理主机；
[0009] 将所述电磁波传感器采集到的电磁波信号无线传送给预报处理主机；
[0010] 预报处理主机采用盲信号分离算法对地震波信号进行分离处理，将震源干扰信号 与地层反射波信号分离；并根据获得的地层反射波信号，确定隧道前方地质异常情况以及 对采集到的电磁波信号进行震电效应处理，根据得到的震电效应结果确定隧道前方含水地 质体情况。
[0011] 可选的，将所述地震波传感器采集到的地震波信号无线传送给预报处理主机是通 过第一无线数据采集装置进行无线传送，其中所述第一无线数据采集装置包括：第二信号 调理电路，与所述第二信号调理电路相连的第二模数转换电路以及与所述第二模数转换电 路相连的第二无线通信电路。
[0012] 可选的，将所述地震波传感器采集到的地震波信号无线传送给预报处理主机是通 过第二无线数据采集装置进行无线传送，其中所述第二无线数据采集装置包括：第二信号 调理电路，与所述第二信号调理电路相连的第二模数转换电路以及与所述第二模数转换电 路相连的第二无线通信电路。
[0013] 优选的，所述第一模数转换电路和所述第二模数转换电路均为24位模数转换电 路。
[0014] 另外，根据本发明的另一方面，一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统， 其包括：
[0015] 隧道掘进机刀具，所述隧道掘进机刀具被设置为激发震源；
[0016] 设置在所述隧道掘进机刀具上的地震波传感器和电磁波传感器；
[0017] 与所述地震波传感器相连的第一无线数据采集装置以及与所述电磁波传感器相 连的第二无线数据采集装置，所述第一无线数据采集装置从所述地震波传感器采集地震波 信号，所述第二无线数据采集装置从所述电磁波传感器采集电磁波信号；
[0018] 预报处理主机，分别从所述第一无线数据采集装置接收地震波信号、从所述第二 无线数据采集装置接收电磁波信号并根据接收到的所述地震波信号和所述电磁波信号进 行处理确定隧道前方地质情况。
[0019] 可选的，所述第一无线数据采集装置包括：第一信号调理电路，与所述第一信号调 理电路相连的第一模数转换电路以及与所述第一模数转换电路相连的第一无线通信电路。
[0020] 可选的，所述第二无线数据采集装置包括：第二信号调理电路，与所述第二信号调 理电路相连的第二模数转换电路以及与所述第二模数转换电路相连的第二无线通信电路。
[0021] 优选的，所述预报处理主机包括有：
[0022] 接收模块，用于接收从第一无线数据采集装置发送来的地震波信息以及从第二无 线数据采集装置发送来的电磁波信号；
[0023] 盲信号分离处理模块，用于采用盲信号分离算法对地震波信号进行分离处理，将 强震源干扰信号与地层反射波信号分离；
[0024] 第一预测处理模块，根据获得的地层反射波信号，确定隧道前方地质异常情况。
[0025] 优选的，所述预报处理主机包括有：
[0026] 震电效应处理模块，用于对采集到的电磁波信号进行震电效应处理；
[0027] 第二预测处理模块，根据从所述震电效应处理模块得到的处理结果确定隧道前方 含水地质体情况。
[0028] 优选的，所述第一模数转换电路和所述第二模数转换电路均为24位模数转换电 路。
[0029] 本发明具有如下有益技术效果：
[0030] 本发明的隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统及其方法中由于地震波传 感器和电磁波传感器安装在TBM设备（即隧道掘进机刀具）上，能在TBM设备正常施工的 情况下进行实时监控和预报，可以大大提高工作效率，工作人员可以在距离施工较远的地 方进行实时监控探测，不仅可以方便快速采集到高精度信号，并且能保证人员安全，使工作 安全顺利开展，另外，本发明可以对现场隧道掘进机施工的掌子面周围空间一定范围内的 地质情况进行实时监测和预报，尤其是对含水地质体等危险地质体进行实时监测和预报， 若设置远程控制中心，还可将检测到数据通过无线网络实时上传到远程控制中心，实现远 程实时监测和预报以便于作出合理决策，最终实现减少人工劳动力，减小作业风险，而且提 高预报工作效率，特别是对于长隧道而言，大大减少了施工费用，节省成本，综合社会经济 效:尚。
[0031] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0032] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0033] 图1为根据本发明一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统的一个具体 实施例组成框图；
[0034] 图2为根据图1中第一无线数据采集装置的一个具体实施例组成框图；
[0035] 图3为根据图1中第二无线数据采集装置的一个具体实施例组成框图；
[0036] 图4为根据图1中预报处理主机的一个具体实施例组成框图；
[0037] 图5为本发明中预报处理主机采用盲信号分离算法对地震波信号分离的一个具 体实施例示意图；
[0038] 图6为本发明中进行震电效应处理的原理示意图；
[0039] 图7为根据本发明一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报方法的一个具体 实施例流程图。
【具体实施方式】
[0040] 实施例一
[0041] 参考图1，本发明一种隧道掘进机施工条件下的超前地质预报系统的一个具体实 施例，其主要包括：
[0042] 隧道掘进机刀具1，本实施例中所述隧道掘进机刀具1被设置为激发震源，具体实 现时，隧道掘进机刀具1切割岩石所激发的振动信号作为地震波和震电效应的同一个激发 震源；
[0043] 设置在所述隧道掘进机刀具1上的地震波传感器2和电磁波传感器3,具体实现 时，例如地震波传感器2和电磁波传感器3可设置在隧道掘进机刀具的核心转轴上，本实施 例中由于地震波传感器2和电磁波传感器3安装在TBM设备（即隧道掘进机刀具1)上，能 在TBM设备正常施工的情况下进行实时监控和预报，可以大大提高工作效率，工作人员可 以在距离施工较远的地方进行实时监控探测，不仅可以方便快速采集到高精度信号，并且 能保证人员安全，使工作安全顺利开展；
[0044] 需要说明的，一般软岩的地震波频率为200~600Hz，硬岩为400Hz~1500Hz。根 据抽样定量，抽样间隔A与谐振最大频率€_必须满足Δ< +。以最高频率1500抱计 算，只要小于〇. 333ms即可，考虑读数精度一般采用高采样率采集，即选用0. 05~0. lms，即 本实施例中地震波传感器2选用0. 05~0.1 m的采样率。
[0045] 另外，本发明中所涉及的电磁波信号是由地震波在隧道岩石中传播时遇到含水构 造所激发的，其频带一般为10~200Hz，因此，本实施例中的电磁波传感器3频带范围可选 取1~500Hz可覆盖上述的频带范围。
[0046] 本实施例中还具有与所述地震波传感器2相连的第一无线数据采集装置4以及与 所述电