專利名稱：深埋長(zhǎng)隧洞tbm掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)，主要用于TBM掘進(jìn)的深埋硬巖隧洞的巖爆預(yù)測(cè)。
背景技術(shù)：
脆性巖體的破裂(完整巖石的微破裂、硬性結(jié)構(gòu)面的相對(duì)錯(cuò)位等)都會(huì)產(chǎn)生彈性波，這些波可以被安裝在一定范圍內(nèi)的動(dòng)力學(xué)傳感器(如聲發(fā)射傳感器或微震傳感器)所接收，其中某個(gè)頻率范圍的彈性波被稱為微震的震動(dòng)波。利用多個(gè)傳感器接收到的震動(dòng)波形， 通過某種解譯方法就可以得到巖體破裂發(fā)生的時(shí)刻、位置和性質(zhì)。傳感器所接收到的一個(gè)震動(dòng)波，在工程中也通常稱為一個(gè)微震事件，對(duì)應(yīng)的震級(jí)是試件大小的主要描述指標(biāo)。對(duì)于深埋地下工程中的脆性破裂問題，微震監(jiān)測(cè)是圍巖安全預(yù)警的重要手段。微破裂(微震)監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種空間“體”信息測(cè)量技術(shù)，相比其他傳統(tǒng)的空間 “點(diǎn)”測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)①它能直接確定巖體內(nèi)部破裂的位置和性質(zhì)；②由于它是接收破裂誘發(fā)的震動(dòng)波信息，其傳感器可以布設(shè)在遠(yuǎn)離巖體易破壞的區(qū)域，可以保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行而不被破壞；③其監(jiān)測(cè)范圍可以覆蓋很大的區(qū)域；④也是最重要的信息，可以捕捉巖體失穩(wěn)破壞前的微破裂前兆。深埋硬巖隧洞的掘進(jìn)過程中，巖爆是對(duì)TBM設(shè)備和人員施工安全危害最大的圍巖破壞形式。一旦TBM遭遇強(qiáng)和極強(qiáng)巖爆，往往需要花費(fèi)數(shù)日乃至數(shù)周的時(shí)間對(duì)巖爆部位進(jìn)行清渣處理，以便讓TBM恢復(fù)掘進(jìn)條件。針對(duì)TBM在潛在強(qiáng)巖爆條件下的高施工風(fēng)險(xiǎn)，掘進(jìn)過程中的巖爆預(yù)報(bào)預(yù)警顯然具有重要價(jià)值。但是，目前微震監(jiān)測(cè)技術(shù)僅僅廣泛應(yīng)用于核廢料存儲(chǔ)地下硐室、深埋地下礦山、高陡巖質(zhì)邊坡，這些工程的共同特征是傳感器可以對(duì)被監(jiān)測(cè)部位形成空間“包裹”，進(jìn)而為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)提供了工作基礎(chǔ)。針對(duì)深埋長(zhǎng)隧洞的掘進(jìn)的微震監(jiān)測(cè)比較少見，TBM施工的深埋長(zhǎng)隧洞的微震監(jiān)測(cè)則更加缺乏案例，其原因在與定位精度和施工干擾均較大，因此很大程度上影響了巖爆的預(yù)報(bào)精度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述存在的問題提供一種深埋長(zhǎng)隧洞TBM 掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)，通過合理布置傳感器的位置組成高效微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，有效采集隧洞掌子面前后數(shù)十米范圍的微震信號(hào)，以達(dá)到提高微震事件的定位精度的目的。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括八個(gè)微震傳感器，共分三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)斷面布置于掌子面后方的已開挖隧洞內(nèi)；其中第一監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器，且距離掌子面1 2倍洞徑， 第二監(jiān)測(cè)斷面上布置兩個(gè)微震傳感器，且距離第一監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑，第三監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器，且距離第二監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑。所述第一監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器分別位于隧洞頂部正中央和兩側(cè)的腰部，
3第二監(jiān)測(cè)斷面上的兩個(gè)微震傳感器分別對(duì)稱布置于隧洞的兩側(cè)拱肩處，第三監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器的布置方式與第一監(jiān)測(cè)斷面相同。所述各微震傳感器安裝深度為50-100cm。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型在掌子面后方的已開挖隧洞內(nèi)、共分三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)斷面布置八個(gè)微震傳感器，其中距離掌子面最近和最遠(yuǎn)的兩個(gè)斷面各布置三個(gè)微震傳感器，中間的斷面則布置兩個(gè)，組成一個(gè)高效微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，能夠有效地采集隧洞掌子面前后數(shù)十米范圍的微震信號(hào)，大大提高了微震事件的定位精度，從而提高了巖爆預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確性。

圖1是本實(shí)用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中第一監(jiān)測(cè)斷面布置圖。圖3是本實(shí)用新型中第二監(jiān)測(cè)斷面布置圖。圖4是本實(shí)用新型中第三監(jiān)測(cè)斷面布置圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)施例共包括八個(gè)微震傳感器1，且分三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)斷面布置于掌子面2后方的已開挖隧洞3內(nèi)；其中第一監(jiān)測(cè)斷面(圖中I-I斷面)上布置三個(gè)微震傳感器1，且距離掌子面1 2倍洞徑，第二監(jiān)測(cè)斷面(圖中II-II斷面)上布置兩個(gè)微震傳感器 1，且距離第一監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑，第三監(jiān)測(cè)斷面(圖中III-III斷面)上布置三個(gè)微震傳感器1，且距離第二監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑。如圖2-圖4所示，所述第一監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器1分別位于隧洞3頂部正中央和兩側(cè)的腰部，其中位于腰部的兩個(gè)微震傳感器1對(duì)稱布置于隧洞3兩側(cè)；第二監(jiān)測(cè)斷面上的兩個(gè)微震傳感器1分別對(duì)稱布置于隧洞3的兩側(cè)拱肩處，第三監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器1的布置方式與第一監(jiān)測(cè)斷面相同。安裝微震傳感器1時(shí)，需先采用錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，以便安裝微震傳感器1，一般而言微震傳感器1的安裝深度需要距離洞壁 50cm-100cmo本實(shí)施例在實(shí)際應(yīng)用中的步驟如下a、選用ASC微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和hSite解譯軟件并對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行深度定制。定制后的設(shè)備應(yīng)具備如下技術(shù)特點(diǎn)1、構(gòu)建由解譯軟件^Site驅(qū)動(dòng)、軟一硬件一體化的全自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，適應(yīng)TBM掘進(jìn)隧洞微震監(jiān)測(cè)的需要；2、選用最高可達(dá)IOMHz的采樣域、單機(jī)16通道的微震設(shè)備，每通道高達(dá)60次/秒的采樣速率保證深埋隧洞能監(jiān)測(cè)到應(yīng)變型巖爆可能存在的高密度小微震事件；3、單機(jī)16通道覆蓋2個(gè)工作面、每工作面8個(gè)傳感器滿足必要的定位精度要求；4、多通道用戶自定義激發(fā)裝置幫助自動(dòng)消除深埋隧洞TBM掘進(jìn)過程中的不同噪音頻率干擾；5、內(nèi)置自動(dòng)重啟裝置滿足現(xiàn)場(chǎng)停電等故障以后的系統(tǒng)自動(dòng)重啟需要，保證最大限度地獲得數(shù)據(jù)。b、采用TBM進(jìn)行掘進(jìn)，進(jìn)入潛在巖爆洞段后，采用TBM設(shè)備Ll區(qū)域(該區(qū)域位于 TBM機(jī)頭后方，工人操作錨桿鉆機(jī)、網(wǎng)片安裝、噴射混凝土均在該區(qū)域)的錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，以便安裝微震傳感器1。[0019]c、按照前述布置形式布置微震傳感器1，在TBM掌子面2后方組成微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。d、根據(jù)掌子面2后方的三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面、八個(gè)微震傳感器1的彈性波接受成果，采用 InSite解譯軟件對(duì)監(jiān)測(cè)的微震事件進(jìn)行解譯。e、當(dāng)監(jiān)測(cè)成果解譯出掌子面2前方具有較高的中等巖爆和強(qiáng)巖爆風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，TBM設(shè)備需要在Ll區(qū)域增強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)以達(dá)到防治巖爆的效果。
權(quán)利要求1.一種深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括八個(gè)微震傳感器(1)，共分三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)斷面布置于掌子面(2)后方的已開挖隧洞(3)內(nèi)； 其中第一監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器(1 )，且距離掌子面(2)1 2倍洞徑，第二監(jiān)測(cè)斷面上布置兩個(gè)微震傳感器(1)，且距離第一監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑，第三監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器(1)，且距離第二監(jiān)測(cè)斷面4. 5 5倍洞徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器(1)分別位于隧洞(3)頂部正中央和兩側(cè)的腰部，第二監(jiān)測(cè)斷面上的兩個(gè)微震傳感器(1)分別對(duì)稱布置于隧洞(3)的兩側(cè)拱肩處，第三監(jiān)測(cè)斷面上的三個(gè)微震傳感器(1)的布置方式與第一監(jiān)測(cè)斷面相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述各微震傳感器(1)安裝深度為50-100cm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種深埋長(zhǎng)隧洞TBM掘進(jìn)過程中微震監(jiān)測(cè)傳感器布置結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的是通過合理布置傳感器的位置組成高效微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，有效采集隧洞掌子面前后數(shù)十米范圍的微震信號(hào)，以達(dá)到提高微震事件的定位精度的目的。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括八個(gè)微震傳感器，共分三個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)斷面布置于掌子面后方的已開挖隧洞內(nèi)；其中第一監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器，且距離掌子面1～2倍洞徑，第二監(jiān)測(cè)斷面上布置兩個(gè)微震傳感器，且距離第一監(jiān)測(cè)斷面4.5～5倍洞徑，第三監(jiān)測(cè)斷面上布置三個(gè)微震傳感器，且距離第二監(jiān)測(cè)斷面4.5～5倍洞徑。本實(shí)用新型適用于TBM掘進(jìn)的深埋硬巖隧洞的巖爆預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)E21F17/18GK202300529SQ20112038049
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者侯靖, 吳家耀, 朱煥春, 褚衛(wèi)江, 陳平志 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司