隧道盾构施工检测方法与流程

本发明涉及地下隧道工程建设技术领域，具体地指一种隧道盾构施工检测方法。

技术背景

随着我国人口的增长和城镇化进程的推进，大量的土建工程在修建，地面空间越来越狭小，居住、交通、环境等问题日益突出，各种类型的地下建筑物、地铁、水下隧道等工程的兴建可以很好的解决这些问题。作为地下暗挖空间施工的主要方法，盾构法因其全机械化、自动化作业而被广泛采用，即使价格较高。对于超长隧道的盾构法施工，盾构机行进开挖过程中难免遇到各种外部干扰，导致工作时容易出错，若错误累积到一定程度将造成严重的问题。

现在盾构机开挖过程中主要以雷达检测为主，雷达检测深度精度以现在的技术估计只有十几米到二十几米左右，而且遇到地底含水的情况，雷达波衰减很快，精度也大大降低，而且雷达也是需要停工检测，就算使用地震波成像，现在的技术依然需要使用人工震源，人工震源能量大的话就只有使用炸药，在地下使用的话，塌方危险很大。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种隧道盾构施工检测方法，该方法利用背景噪声成像进行超长隧道盾构施工检测，背景噪声成像虽然精度可能不及雷达，但是深度较高，遇水影响较小，而且无需停工。

为实现此目的，本发明所设计的一种隧道盾构施工检测方法，它包括如下步骤：

步骤1：在盾构机工作腔的上下左右侧分别安放一个检波器；

步骤2：通过无线传输方式将4个检波器的采集到的背景噪音数据上传至主机系统；

步骤3：主机系统对4个检波器的采集到的背景噪音数据进行互相关计算处理得到对应的互相关波形信号，将以天为单位的互相关波形进行叠加得到经验格林函数，经验格林函数中提取(通过τ-p变换提取)面波频散曲线信息，利用面波频散曲线信息进行施工前方地质(施工方向二维剖面数据成像，结合多检波器可以实现三维成像)情况成像。

本发明通过数据成像，可以得到施工前方岩层的岩性产状数据，岩性不同，地震波传输的速度不同以及波速衰减也不同，据此可以得到施工前方具体地质状况，比如施工前方岩土空洞或松散，持续盾构就会发生塌陷，这时就需要进行方案修改，松散情况不严重的话就要控制盾构次数，不能超挖，严重的话就要停止施工更换方案，比如前方发现岩土有积水，施工时就要注意前方可能会突水突泥。

附图说明

图1为本发明中检波器的设置示意图。

1—盾构机工作腔、2—检波器

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明设计的一种隧道盾构施工检测方法，它包括如下步骤：

步骤1：在盾构机工作腔1的上下左右侧分别安放一个检波器2，如图1所示；

步骤2：通过无线传输方式将4个检波器2的采集到的背景噪音数据上传至主机系统(主机系统为个人电脑或手机)；

步骤3：主机系统对4个检波器2的采集到的背景噪音数据采用welch法进行互相关计算处理得到对应的互相关波形信号，将以天为单位的互相关波形进行叠加得到经验格林函数，经验格林函数中提取面波频散曲线信息，利用面波频散曲线信息(优选面波的相速度频散曲线或面波的波速度频散曲线)进行施工前方地质情况成像。对数据进行成像可以得到施工前方地质情况，根据成像结果来修正施工方案。

上述技术方案中，背景噪音本身是无源信号，施工时就可以检测，不需要停工来进行检测，其它方法都要停止施工。

上述技术方案的步骤3中，每个检波器2的采集到的背景噪音中消除了天然地震和检波器2本身异常信号。

上述技术方案的步骤3中，背景噪音中消除天然地震和检波器2本身异常信号的方法为对检波器2的采集到的背景噪音依次进行重采样、去除仪器响应、去均值、去线性趋势、带通滤波、时域归一化和频谱白噪化处理得到消除了天然地震和检波器本身异常信号的背景噪音信号。

上述技术方案中，所述时域归一化处理采用one-bit法或阈值截断法或改进的滑动窗绝对值平均法。

上述技术方案中，所述4个检波器均匀排布在盾构机工作腔1的一个圆周面上。均匀分布检测出的背景噪音数据更利于后续的互相关计算，得到的结果更加准确。

上述技术方案的步骤3中，经验格林函数中通过τ-p变换提取面波频散曲线信息；利用面波频散曲线信息进行施工前方地质施工方向二维剖面数据成像，并结合4个检波器实现三维成像。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

技术总结
本发明所设计的隧道盾构施工检测方法，包括如下步骤：步骤1：在盾构机工作腔的上下左右侧分别安放一个检波器；步骤2：通过无线传输方式将4个检波器的采集到的背景噪音数据上传至主机系统；步骤3：主机系统对4个检波器的采集到的背景噪音数据进行互相关计算处理得到对应的互相关波形信号，将以天为单位的互相关波形进行叠加得到经验格林函数，经验格林函数中提取面波频散曲线信息，利用面波频散曲线信息进行施工前方地质情况成像。本发明通过数据成像，可以得到施工前方岩层的岩性产状数据，岩性不同，地震波传输的速度不同以及波速衰减也不同，据此可以得到施工前方具体地质状况。

技术研发人员：肖柏勋;周超;金彦;刘玉;叶辉;胡满
受保护的技术使用者：武汉市工程科学技术研究院
技术研发日：2018.12.13
技术公布日：2019.05.17