一种TBM搭载的聚焦测深型三维激发极化超前探测系统及方法与流程

本发明涉及tbm施工隧道聚焦测深型三维激发极化超前预报领域，尤其涉及一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法探测系统及方法。

背景技术

在隧道施工过程中，tbm施工方法具有掘进速度快、安全文明、综合经济效益高等优势，被越来越多选用；然而tbm对地层的适应性较差，一旦遭遇断层破碎带、裂隙密集带、岩溶含水体、软弱地层、暗河等不良地质条件，经常诱发塌方、突水突泥、大变形等严重灾害事故，造成tbm刀具异常磨损、刀盘损坏，影响掘进效率和施工进度，甚至会出现机毁人亡、工程报废等灾害性后果。为了避免上述灾害和事故的发生并保障隧道施工安全，迫切需要提前探明隧道掌子面前方的地质构造情况，并根据前方的地质情况制定合理的处理措施，及时调整施工方案。因此，开展超前地质预报工作提前探明tbm前方的突水突泥灾害源，对保障tbm安全施工具有重要作用。

tbm施工环境与钻爆法隧道和地面相比复杂的多。首先，tbm占据了绝大部分隧道空间，超前探测可用的观测空间十分有限；其次，tbm拥有复杂的电气系统和金属结构，电磁干扰极为严重。钻爆法和地面常用的地球物理探测方法无法直接搬到tbm隧道中。另外，tbm与盾构机在结构和施工环境上存在本质的差别，tbm适用于硬岩掘进的工程，一般用在山岭隧道或大型引水工程，而盾构机适用于软岩、土层的隧道的挖掘，一般用在城市地铁及小型管道工作环境中。tbm与盾构机在开挖方式、结构型式、施工方法上存在较大差异，用于盾构机的探测系统也不能简单的移植到tbm施工环境。因此，对于tbm施工复杂环境，亟需提出并设计一种适用于tbm环境的新型超前探测系统。

激发极化法是一种有效探测含水体等突水突泥灾害源的地球物理探测方法，一种用于tbm隧道的便携式的电法超前探测系统，采用人工的方式通过tbm滚刀刀孔将探测电极布置在掌子面，由于tbm施工环境复杂、刀盘内空间狭小，在刀盘内安装掌子面电极操作不便，滚刀刀孔被碎渣堵塞时甚至无法探测。德国研发的beam(bore-tunnelingelecticalaheadmonitoring)技术是一种聚焦激发极化探测，该方法采用护盾等作为屏蔽电极，依靠测量结果与隧道里程的曲线推断含水情况，探测距离小，且无法实现测深，无法获得tbm掌子面前方地质情况的三维成像。因此，亟需研制一种搭载于tbm上自动化程度高、可对含水体三维成像的聚焦测深型激发极化探测系统，由于tbm施工环境和机械设备的复杂性，一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法超前探测系统及方法主要面临以下难题：

(1)tbm施工环境复杂、电磁干扰严重，设计一种聚焦测深型的观测模式是首要问题，既能压制tbm机械的干扰，又可以提高探测距离。

(2)tbm刀盘占据掌子面空间，且刀盘前方岩渣、水等极易损坏电极，掌子面上电极的布置及保护是一个关键难题，亟需研发一种具有电极状态自动检测、电极保护装置的自动伸缩电极系统。

(3)tbm施工速度快，边墙上依靠钻孔布设供电电极效率较低，严重影响tbm施工工序，亟需研制一种非钻孔的供电电极快速安装固定装置。

(4)tbm施工刀盘是旋转的，电极、伸缩油缸等搭载在刀盘上，刀盘上电极测量信号和液压油路向刀盘后方传输是本发明面临的又一难题，需要研制一种同时换转多路测量信号、液压油路与刀盘水路的多功能回转装置。

(5)由于tbm施工环境温度高、空气湿度大等，聚焦测深激发极化设备需要具备自动控温、自动控湿的仪器，满足tbm施工复杂环境高精度测量的需要。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提出一种tbm搭载的聚焦测深型激发极化法探测系统及方法，基于聚焦测深型观测模式压制掌子面后方tbm干扰，同时提高探测距离，实现电极的自动伸缩控制、伸缩状态检测与接触状态检测，采用多路回转装置实现测量信号、液压油路、刀盘水路的不间断回转，从而实现了激发极化探测系统与tbm的搭载集成，具有自动化测量程度高、安全快速可靠的优势，可以对掌子面前方的含水体等不良地质进行三维反演成像，保障tbm的高效安全施工。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

在一个或多个实施方式中公开的一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法探测系统，包括：电极系、电极伸缩装置和激发极化探测仪器；

所述电极系包括测量电极m、供电电极a、无穷远电极b极和无穷远电极n极，所述无穷远电极b极和无穷远电极n极安装在隧道边墙上，所述测量电极m和供电电极a分别通过电极伸缩装置搭载于tbm上；所述激发极化探测仪器控制电极伸缩装置驱动测量电极m和供电电极a的伸缩。

进一步地，所述供电电极a包括：供电电极a1和供电电极a0，所述供电电极a0安装在刀盘上，所述供电电极a1安装在tbm护盾和/或台车上。

进一步地，所述供电电极a1安装在台车上时，驱动供电电极a1伸缩的电极伸缩装置通过球铰与固定在台车上的立柱连接。

进一步地，所述电极系还包括：n1电极，所述n1电极安装在tbm刀盘上；通过检测n1电极与供电电极a0之间的电阻实现tbm刀盘上供电电极a0伸缩状态的检测。

进一步地，所述测量电极m安装在tbm刀盘上，所述电极系还包括：n1电极，所述n1电极安装在tbm刀盘上；通过检测n1电极与测量电极m之间的电阻实现tbm刀盘上测量电极m伸缩状态的检测。

进一步地，

通过测量接触围岩的测量电极m与无穷远电极n之间电阻值，确定测量电极m与围岩的接触状态是否良好；

通过测量接触围岩的供电电极a与无穷远电极b之间电阻值，确定供电电极a与围岩的接触状态是否良好。

安装在刀盘上的测量电极和供电电极a0均采用柔性接触电极，包括：金属外壳、绝缘底座、接线柱和柔性接触端头，所述绝缘底座位于电极后端底部的凹槽内，凹槽外部由金属外壳包裹，绝缘底座与电极伸缩装置连接，并在绝缘底座中间预留有用于安装接线柱的连接孔，接线柱能够通过所述连接孔与电缆系统连接。

安装在护盾和/或台车上的供电电极a1采用柔性接触电极，包括：绝缘电极外套、金属外壳、绝缘底座、接线柱和柔性接触端头；所述绝缘底座位于电极后端底部的凹槽内，凹槽外部由金属外壳包裹，金属外壳外套有绝缘电极外套，绝缘底座与电极伸缩装置连接，并在绝缘底座中间预留有用于安装接线柱的连接孔，接线柱能够通过所述连接孔与电缆系统连接。

进一步地，所述电极伸缩装置采用液压驱动实现电极自动伸缩；液压油缸控制阀接收激发极化探测仪器的指令，控制液压油缸驱动油缸杆伸缩，从而带动与油缸杆连接的电极的伸缩。

进一步地，所述电极伸缩装置还包括：电极密封装置，所述电极密封装置包括：设置在油缸杆上的密封装置以及设置在电极开口处的挡块，所述密封装置在电极伸出时随油缸杆一起运动，当密封装置运动到所述挡块位置时被挡块阻挡，所述密封装置与所述挡块配合实现电极与液压油缸之间空隙的密封。

进一步地，在电极开口的外部设置用于保护刀盘或护盾的凸起结构。

进一步地，还包括：多路回转装置；所述多路回转装置包括：多路回转接头以及设置在所述多路回转接头上的快插接头和/或多芯插头；

所述多路回转接头包括：至少两层同心回转管以及设置在所述同心回转管外层的若干个电滑环。

在一个或多个实施方式中公开的一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法探测方法，包括：

分别控制搭载在tbm上的测量电极m和供电电极a伸出，并与围岩接触；

通过测量接触围岩的测量电极m与布置在隧道边墙上的无穷远电极n之间电阻值，确定测量电极m接触状态是否良好；

通过测量接触围岩的供电电极a与布置在隧道边墙上的无穷远电极b之间电阻值，确定供电电极a接触状态是否良好；

测量电极m和供电电极a分别与围岩接触良好后，对激发极化参数数据进行采集；

进一步地，

通过检测安装在刀盘上的测量电极m与安装在刀盘上的n1电极之间的电阻实现对刀盘上测量电极m伸缩状态的检测；

更进一步地，

所述供电电极a包括安装在tbm刀盘上的供电电极a0和安装在护盾和/或台车上的供电电极a1；

电极伸出过程中，通过检测安装在刀盘上的测量电极m或者供电电极a0与安装在刀盘上的n1电极之间的电阻实现对刀盘上测量电极m或者供电电极a0伸缩状态的检测。

本发明的有益效果：

1、提出了一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法探测系统，实现了tbm与激发极化超前探测系统的搭载集成，不干扰tbm施工，自动化程度高，满足tbm施工快速化的要求。

2、设计了一种适用于tbm施工环境的聚焦测深激发极化观测模式，电极系安装在tbm刀盘、护盾、台车与隧道边墙上，可较好的压制掌子面后方tbm金属干扰，同时具有测深功能，实现了掌子面前方不同距离的含水体的三维反演成像。

3、设计了一种液压油缸驱动电极自动伸缩和电极伸缩状态检测装置，实现了电极的自动化伸缩和远程控制，设计了一种电极密封装置系统，能够在电极伸出和收回过程中防止岩渣进入造成电极损坏，保障了激发极化探测电极系统的安全从而实现了tbm施工激发极化自动化探测，提高了探测效率。

4、提出了一种适用于tbm刀盘电极与主控室主机探测信号、液压油路连接的多路回转装置，解决了刀盘旋转与主控室主机连接难题，同时回转装置上预留有快插接头，可人工切换快插连接电缆和液压油路，保障搭载系统在tbm复杂工况下可以安全稳定工作。

5、设计了一种自动调节湿度与温度的激发极化多功能机柜，并设计有电气隔离系统，保障tbm复杂环境下探测仪器的安全稳定运行，为突水突泥灾害源超前探测提供高高质量的探测数据。

附图说明

图1是本发明的超前探测装置整体安装结构示意图；

图2是搭载于tbm台车上的液压驱动电极伸缩系统示意图；

图3是本发明的电极油缸示意图；

图4是本发明的电极密封结构示意图；

图5是本发明的回转接头示意图；

图6是本发明的电极自动控制示意图；

图7是本发明的探测流程示意图。

其中，1、掌子面；2、围岩；3、掌子面前方不良地质体；4、tbm台车；5、刀盘；6、无穷远电极b极；7、无穷远电极n极；8、供电电极a1；9、n1电极；10、激发极化探测仪器；11、tbm主控室；12、测量电极m；13、供电电极a0；14、液压油缸；15、刀盘后背板；16、液压油管路；17、电极线缆；18、油缸保护壳；19、刀盘前面板；20、u型橡胶密封环套；21、密封档环；22、耐磨环；23、油缸杆；24、多路回转接头；25、油路快插接头；26、信号线多芯插头；27、水路快插接头；28、油路流量监测系统，29、电缆系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了解决背景技术提出的问题，本方案公开了一种搭载于tbm系统上的聚焦测深型三维激发极化法探测系统，如图1所示，主要包括电极系、电极伸缩装置、多路回转装置、电缆系统和激发极化探测仪器(10)。

在一个或多个实施例中，电极系包括：测量电极m(12)、供电电极a、n1电极(9)、无穷远电极b极(6)和无穷远电极n极(7)，测量电极m(12)根据刀盘结构和滚刀布置情况开孔安装于刀盘(5)上，供电电极a包括供电电极a0(13)和供电电极a1(8)；其中，供电电极a0(13)在刀盘上开孔安装于中心区域位置，将供电电极a1(8)安装于护盾和台车上；布设在护盾和台车上的供电电极形成屏蔽电场，布设在刀盘中心区域的供电电极产生电流，通过屏蔽电场的作用以及掌子面中心位置电流产生的电场聚焦聚束作用，形成聚焦效应。同时，由于在护盾和台车上布设的多组供电环数的供电电极a1(8)，可以使得供电测量电极距不断增大，从而实现系统具有测深功能。

n1电极(9)安装于tbm刀盘后盾体上，目的是为了配合电极伸缩装置实现电极伸出状态的检测；无穷远电极b极和无穷电极n极安装于隧道后方边墙上，其中，无穷远电极b极(6)和无穷远电极n极(7)之间的间距应不小于200m。

电极采用柔性接触电极。其中，刀盘上的柔性接触电极由金属外壳、绝缘底座、接线柱与柔性接触端头组成；绝缘底座位于电极后端底部的凹槽内，凹槽外部由金属外壳包裹，绝缘底座内侧采用螺纹的形式与电极伸缩装置中的油缸杆相连接，并在中间预留有连接孔，电极电缆通过油缸连接孔与电极接线柱连接，从而保证电极与仪器连接且与tbm金属刀盘绝缘；接线柱通过连接孔与电缆系统连接此外，刀盘上的激发极化测量电极均采用柔性接触的不极化电极。

护盾和台车上的柔性接触电极由绝缘电极外套、金属壳、绝缘底座、接线柱与柔性接触端头组成；从结构上讲，护盾上的柔性接触电极比刀盘上的柔性接触电极外侧多了一层绝缘电极外套，施加绝缘电极外套的目的是为了保证护盾与电极的绝缘，从而实现供电电极电流正常供入围岩。

刀盘中心、护盾和台车上的柔性接触端头通过电极金属外壳内的铜导线与接线柱相连接，刀盘内的不极化电极金属外壳内设计有绝缘内环，柔性接触端头安装在绝缘内衬上，通过绝缘内环的硫酸铜溶液与金属外壳及接线柱相连接；所述绝缘电极外套采用环形橡胶包裹在电极的外侧，实现了电极金属壳与护盾或其他良导体的绝缘。

其中，刀盘上的测量电极m(12)和供电电极a0(13)通过电缆连接多路回转装置，并与激发极化探测仪器(10)连接；刀盘、护盾和台车上的电极通过电极伸缩装置搭载于tbm上。

测量电极m(12)均为不极化电极，主要包括不锈钢金属外壳、绝缘底座、内部接线柱与柔性接触端头，绝缘底座位于电极后端底部的凹槽内，凹槽外部由金属外壳包裹，绝缘底座内侧采用螺纹的形式与电极伸缩装置中的油缸杆相连接，并在中间预留有连接孔，电极电缆通过油缸预留孔与电极接线柱连接，从而保证电极与仪器连接且与tbm金属刀盘绝缘；采用不锈钢金属外壳的目的是为了检测电极的伸缩状态。

供电电极a中靠近刀盘中心位置的供电电极a0(13)，结构上外壳也是不锈钢金属外壳，为柔性接触的供电电极。护盾和台车上的供电电极从结构上包括绝缘电极外套、不锈钢金属壳、绝缘底座、内部接线柱与柔性接触端头，不锈钢金属壳外套有一层绝缘电极外套，从而保证护盾或其他金属体与供电电极的绝缘，实现供电电极电流正常供入围岩。

在一个或多个实施例中，电极伸缩装置均采用液压驱动实现电极的伸缩，装置主要包括驱动刀盘上电极的伸缩装置、驱动护盾上电极的伸缩装置和驱动台车上电极的伸缩装置；其中，驱动刀盘上电极的伸缩装置包括液压油缸(14)、油缸杆(23)、电极油缸控制阀块和电极密封装置，刀盘电极与电极伸缩装置安装于刀盘预留孔中；电极油缸控制阀受激发极化探测仪器(10)指令的控制，控制液压油缸(14)驱动连接在油缸杆上的电极，实现电极探测过程的伸出和探测结束时的收回；同时设置了手动阀，从而在电极油缸控制阀意外损坏的情况下能够使用手动控制，保障电极液压油缸(14)的正常工作；电极接触状态检测功能可实现电极与掌子面或隧道边墙的接触情况检测，密封装置布置于油缸杆与孔壁之间的缝隙中，从而起到密封隔绝的作用。

激发极化探测仪器(10)控制电极伸缩装置驱动刀盘上电极的伸缩，并实现电极伸缩状态检测和电极接触状态检测；电极伸缩状态检测是指，由于刀盘上的测量电极和供电电极设计金属导电外壳，电极收回到刀盘孔中时，电极金属外壳与刀盘金属体接触，电极伸出时，电极金属外壳与刀盘不接触，通过检测电极与刀盘相连的n1电极(9)的电阻实现刀盘上电极的伸缩状态检测。

电极接触状态检测是指，通过激发极化探测仪器(10)发送测量接地电阻指令，测量接触围岩的电极与安装在隧洞后方边墙上的无穷远电极之间电阻值，如果阻值在所设阈值范围之外，则表明电极接触不良，需要重新调整电极接触情况。

驱动护盾上电极的伸缩装置包括液压油缸(14)、油缸杆和电极油缸控制阀块，连接方式与刀盘电极伸缩装置类似，同样能够实现电极接触状态检测。

驱动台车上电极的伸缩装置，除了结构与护盾电极伸缩装置相类似以外，还包括立柱、球铰。立柱安装在tbm台车(4)上，液压伸缩装置通过球铰与台车上立柱连接，探测时可以调整电极的角度，保证电极与围岩接触良好。

在一个或多个实施例中，电极密封装置包括设置在油缸杆上的密封块以及设置在刀盘前面板(19)或护盾上电极开口处的密封挡环(21)，所述密封块主要是在油缸和电极空隙之间增加u型橡胶密封环套来实现，在电极伸出时随油缸杆一起运动，当密封块运动到所述密封挡环(21)位置时被挡块阻挡，所述密封块与所述密封档环配合实现电极与液压油缸(14)之间空隙的密封；

电极伸出后，油缸杆(23)和液压油缸(14)间存在空隙，为防止碎渣进入，需要解决电极伸出后的密封问题，保证电极的正常伸出与收回，本发明设计的电极密封方案如图4所示，在液压油缸(14)与电极的空隙增加u型橡胶密封环套(20)套在油缸杆(23)上，并在刀盘电极开口处设置密封挡环(21)，u型橡胶密封环套(20)在电极伸出时，由于摩擦力随油缸杆(23)运动，当密封环运动到密封挡环(21)位置被挡环阻挡无法跟随油缸杆(23)继续伸出，停留在此位置起到密封作用。为了防止掘进过程中突出岩石对刀盘(5)上安装的电极造成磨损，在电极开口的外部两侧位置设置耐磨环(22)。

电极或护盾上的液压驱动电极系统除了上述液压油缸(14)、油缸杆23和电极密封装置以外，还包括液压油管路(16)、电极线缆(17)和油缸保护壳(18)；其中，刀盘上的电极液压油缸(14)、液压油管路(16)和电极线缆(17)安装于刀盘后背板(15)上，液压油管路(16)和电极线缆(17)穿过焊接在刀盘后背板(15)上的油缸保护壳(18)进行保护，防止渣仓内的渣料对液压油管路(16)及电缆造成损害；电极密封装置设置在刀盘或护盾上的电极孔孔口处；电极油缸示意图如图3所示。

电极油缸可采用直径75mm的液压油缸(14)，探测时刀盘(5)退后10-20cm，考虑富余设计液压缸行程32cm，液压油缸(14)从开始接收驱动指令到电极完全伸出，所有动作均可在15s内完成；刀盘(5)上的测量电极m(12)和供电电极a0(13)的液压油管路及电极线缆(17)经由多路回转接头(24)引出，在刀盘后背板(15)上焊接油缸保护壳(18)对液压油缸管路及电极线缆(17)进行保护。

由于刀盘上的测量电极m(12)和供电电极a0(13)外壳是由金属导电外壳组成，故而可通过安装于刀盘后盾体上的n1电极(9)判断电极的伸缩状态，电极伸缩装置和电极状态检测均由激发极化探测仪器(10)中的探测控制模块控制；当tbm停止掘进并且刀盘后退以后，刀盘电极接收伸出指令，此时检测到刀盘上的电极和n1电极(9)之间的电阻值小于设定阈值t1时，表明电极尚未完全伸出，反之，如果所测阻值大于设定阈值t2时，表明电极已经伸出刀盘；当探测任务完成，刀盘电极接收到收回指令以后，此时检测到刀盘上的电极和n1电极(9)之间的电阻值大于设定阈值t2时，表明电极尚未收回，反之，所测电阻值小于阈值t1时，表明电极已处于收回状态。

通过激发极化探测仪器(10)中的探测控制模块发送测量接地电阻指令，测量接触围岩的电极m或者a与安装在隧洞后方边墙上的无穷远电极之间电阻值；当检测测量电极m(12)与围岩的接触状态时，测量电极m(12)与无穷远电极n极之间的电阻值，如果阻值在所设阈值范围之外，则表明电极接触不良，需要重新调整测量电极与围岩接触情况；当检测供电电极a与围岩的接触状态时，检测供电电极a与电极b之间的电阻值，若所测阻值在设定阈值范围之外，则表明电极接触不良，需重新调整供电电极与围岩接触情况。

在一个或多个实施例中，多路回转装置包括多路回转接头、快插接头和多芯插头，多路回转接头(24)的作用是为了保障刀盘上的电极与主机之间的线缆在刀盘(5)转动的过程中不会发生相互缠绕甚至断裂；同时，预留在多路回转接头(24)上预留油路快插接头(25)，信号线多芯插头(26)以及水路快插接头(27)；快插接头和多芯插头的预留，目的是在多路回转接头出现故障时，可利用快插接头和多芯插头快速进行对应连接，确保探测的快速进行。

多路回转接头(24)设计有2层同心回转管，外层设计若干个电滑环；其中2层同心回转管可以实现油路和水路回转，若干个电滑环可以实现多路信号线缆的传输；回转接头外设计2个快插接头，布置在刀盘和主梁内传输管路各设计1个快速插头，并与回转接头的2个快插接头连接；同时回转接头上设计2个多芯插头，布置在刀盘和主梁内的电缆各设计1个多芯插头，并与回转接头的2个多芯插头连接，从而实现刀盘旋转模式下水路、油路与多路信号的传输。同时刀盘和主梁内的管路的快速插头和多芯插头(26)可直接对应连接，保障回转装置故障时水路、油路与多路信号的备用传输。此外，在油路管线中设置有油路流量监测系统(28)监测流量的大小。回转接头(24)示意图如图5所示。

在一个或多个实施例中，电缆系统(28)包括刀盘内电极电连接电缆、刀盘主缆、n1电缆、供电电缆a1、无穷远供电b缆和无穷远测量n缆，刀盘内电极的连接线缆用于连接测量电极m(12)和供电电极a0(13)，实现对测量电极m(12)的信号传输和供电电极a0(13)的供电；刀盘内电极的连接线缆汇聚成刀盘主缆，主缆通过多芯插头与多路回转接头(24)与主控室(11)中激发极化主机相连接；n1电缆用于连接安装于tbm刀盘后盾体上的n1电极(9)，通过1跟单芯电缆连接至主控室的探测控制模块；供电电缆a1包括护盾上电极的供电电缆和台车上电极的供电电缆，用于对供电电极的信号传输；无穷远供电b缆与无穷远测量n缆：采用两条单芯电缆的形式与激发极化探测仪器中的主机相连接。

在一个或多个实施例中，激发极化探测仪器(10)主要由激发极化主机、直流恒流源、探测控制模块和多功能仪器机柜组成，直流恒流源与激发极化主机通过线缆相连接，均采用交流220v市电供电，电极系经由电缆系统(28)与激发极化主机相连，探测控制模块与激发极化主机连接；激发极化主机能够实现对信号的采集和处理；激发极化主机、直流恒流源和探测控制模块均安装于多功能仪器机柜内。

探测控制模块安装于tbm主控室(11)内，探测控制模块发送指令控制电极伸缩装置中液压油缸系统的伸缩和电极接触状态检测，同时具有对刀盘电极伸缩状态检测的功能。

多功能仪器机柜包括恒温恒湿控制系统和电气隔离系统，恒温恒湿控制系统主要包括控制系统以及与其分别连接的降温系统、去湿系统和传感器系统；传感器系统采集多功能机柜内的温度和湿度信息，并传送至控制系统；控制系统采用pid控制器控制降温系统和去湿系统，对多功能仪器机柜进行温度和湿度调节；电气隔离系统采用隔离稳压器的形式，用于将电极搭载系统的电气系统和tbm的电气系统相隔离；

多功能仪器机柜中的电气隔离系统主要采用隔离稳压器实现，隔离稳压器安装于多功能仪器机柜的下侧，用于将激发极化探测仪器(10)的电源系统与外部tbm其他电气系统的电源系统进行隔离，保证激发极化探测系统在探测过程中，探测信号不通过供电线路与其他设备构成耦合回路，从而影响或损坏其他设备。

在一个或多个实施例中，公开了一种搭载于tbm系统上的聚焦测深型三维激发极化法探测系统的探测处理方法，具体探测流程如图7所示，包括以下步骤：

1)tbm设计制造时，测量电极通过开孔安装于tbm刀盘，在刀盘靠近中心区域布置一个供电电极a0(13)，其余供电电极a1(8)以电极环的形式布置于tbm护盾和台车上；n1电极(9)安装于tbm刀盘后盾体上；

2)tbm停止掘进作业时，tbm刀盘(5)应后退至与掌子面(1)保持10～20cm距离，将刀盘(5)转动至中心刀水平位置，便于布置电极；并收回撑靴，停止焊机、电动机、其他人工电磁场工具的使用；

3)激发极化仪器的探测控制模块控制台车、刀盘和护盾电极的伸出，并同时检测电极的伸出状态，无穷远电极b和无穷远电极n布置于隧道后方边墙上，并且无穷远电极b和无穷远电极n之间的间距应不小于200m；

4)对测量电极和供电电极分别检测电极的接触状态，确保电极与围岩接触良好；

5)进行数据采集，采集视电阻率、视极化率、半衰时等信息；通过三维反演成像处理实现对掌子面前方不良地质体(3)的三维定位和水量估算。

6)探测任务结束，探测模块发出电极收回指令，控制测量电极和供电电极的收回，检测刀盘电极的伸缩状态，确保电极已经收回完毕，收回无穷远电极b极(6)、无穷远电极n极(7)及相应电缆；

7)数据处理时，对数据进行坏点剔除，采用相应数据处理方法获得激发极化探测成果图。

本发明解决了tbm施工隧道激发极化超前地质预报系统与tbm集成搭载的难题，提出了一种tbm搭载的聚焦测深型三维激发极化法超前探测系统及方法，利用tbm搭载超前探测系统可以自动快速的获取采集数据，并可实现突水突泥灾害源的三维成像预报。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。