噴射用水、電極油缸推進用油、噴漿設備用高阻材料；每層旋轉接頭內(nèi)設軸承于剛性轉軸上，層間設有密封圈與封閉環(huán)，根據(jù)盾構結構介質(zhì)入口設于承壓板上，采用后端接入式插頭，接頭與管路間采用柔性連接；線纜回轉腔位于多路液氣回轉腔剛性轉軸內(nèi)，通過電刷實現(xiàn)承壓板兩側同根供電線纜回轉。
[0096]下面，介紹數(shù)據(jù)采集完成后三維激電超前探測反演的實現(xiàn)過程。
[0097]數(shù)據(jù)采集完成后，進行盾構掌子面前方不良地質(zhì)體的三維反演成像定位，基于松弛變量的不等式約束反演迭代，上述步驟測得的電勢差數(shù)據(jù)U進行反演，得到工作面前方地質(zhì)體的三維電阻率圖像，實現(xiàn)含水體的三維定位。具體步驟如下:
[0098]進行反演成像時，首先設定網(wǎng)格電阻率的初值，確定網(wǎng)格電阻率的變化范圍，建立三維有限元反演模型，；然后，利用有限單元法進行數(shù)值正演，利用Cholesky分解法求解正演計算中的大型方程組，并得到理論觀測數(shù)據(jù)；之后進行反演收斂判斷，若理論觀測數(shù)據(jù)與實際觀測數(shù)據(jù)之間的誤差滿足收斂判據(jù)rus < Z ιην，其中rus為觀測數(shù)據(jù)與正演理論值dm之間的均方誤差，ε ιην為反演收斂的容許值)，將此時得到的模型參數(shù)作為反演結果輸出。反之進行下一步計算；計算偏導數(shù)矩陣、光滑度矩陣，求解反演方程，得到模型增量；計算得到新一代模型參數(shù)，按照遞減數(shù)列更新參數(shù)，進入下一循環(huán)。直至正演的理論觀測數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)的方差小于根據(jù)精度確定的設定值進而輸出模型參數(shù)。從而反演得到工作面前方地質(zhì)體的三維電阻率圖像，實現(xiàn)不良地質(zhì)體的超前預報。
[0099]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【主權項】
1.一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:包括探測電極系統(tǒng)、分布式測量及供電系統(tǒng)、高阻材料注漿系統(tǒng)、探測信號傳輸系統(tǒng)以及三維激電探測控制系統(tǒng)，且五個系統(tǒng)均搭載于土壓平衡盾構機上，利用刀盤上設置的推進設備的分布式測量及供電系統(tǒng)中克服土壓平衡盾構沒有探測空間的困難，刀盤上的高阻材料注漿系統(tǒng)向刀盤和盾構周邊土體噴射高阻注漿材料，形成高阻屏障，利用屏蔽推進電極使探測電流前向分布，所述探測電極系統(tǒng)測量電極之間的電勢差U和半衰時t，將其傳輸給三維激電探測控制系統(tǒng)，分布式測量及供電系統(tǒng)包括磁耦合諧振傳輸模塊與電磁波無線傳輸模塊，實現(xiàn)刀盤到主機的信號無線傳輸，三維激電探測控制系統(tǒng)接收其他系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，控制其工作，實現(xiàn)掌子面前方地質(zhì)情況的三維電阻率成像。2.如權利要求1所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述探測電極系統(tǒng)包括測量/供電推進電極設備A/M、屏蔽推進電極設備P和遠端固定電極設備，其中，遠端固定電極設備包括遠端固定供電電極B和遠端固定測量電極N，其中測量/供電推進電極設備在刀盤上形成的“米”字型布置作為測量/供電推進電極設備A/M，刀盤邊緣開孔處布置推進電極作為屏蔽電極P，盾尾邊墻處布設的固定電極作為認為是無窮遠處的測量電極N和供電電極B。3.如權利要求2所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述測量/供電推進電極設備包括多個推進電極設備，所述推進電極設備呈桿件狀，用于超前探測中的供電和測量，所述推進電極設備前端為土體耦合電極，在油缸推動下破土進入土體，其后端為喇叭狀彈性導電體，彈性導電體使電極與土體耦合，降低接地電阻，保證電信號的輸出和采集，推進電極設備中部為伸縮液壓油缸，油缸前端設防塵圈以防止異物進入油缸，油缸采用前端供油，油缸由節(jié)流閥進行調(diào)速，推進電極設備設有壓力傳感器控制減壓，設有溢流閥判斷電極貫入土體情況，油缸底部活塞設置磁環(huán)，用以檢驗活塞位置以判斷電極是否貫入土體；油缸的推進桿空腔內(nèi)有線纜連接土體耦合電極，油缸后部連接輸油管，輸油管和線纜自刀盤刀艙內(nèi)走線，在中軸處匯集為一束，沿刀盤中軸空腔引出至盾構壓力墻。4.如權利要求1所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述分布式測量及供電系統(tǒng)包括分布式采集裝置、磁耦合諧振傳輸裝置、電磁波無線傳輸裝置及供電轉換裝置，其中，分布式采集裝置集成于每套推進電極設備上，用以控制推進電極的電信號輸出與采集，磁耦合諧振傳輸裝置位于土倉后面板，電磁波無線傳輸裝置分別位于三維激電探測控制系統(tǒng)與磁耦合諧振傳輸裝置上，進行信號的無線傳輸，供電轉換裝置位于刀盤背板，用以控制刀盤各電極的供電切換。5.如權利要求4所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述分布式采集裝置包括采集模塊與集線模塊，其中采集模塊是與測量/供電電極系統(tǒng)的測量電極連接的采集端子與傳輸線，在每個采集端子上安裝有隔離與濾波模塊，對采集到的信號進行處理，傳輸線將處理后的信號傳輸給磁耦合諧振傳輸裝置。6.如權利要求4所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述磁耦合諧振傳輸模塊包括兩個相同諧振頻率的線圈，其中與刀盤相連接的線圈隨著刀盤的轉動而轉動，不因刀盤的轉動而使得分布式采集裝置的傳輸線扭斷，另一個線圈連接電磁波無線傳輸模塊。7.如權利要求4所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述磁耦合諧振傳輸模塊的線圈分別纏繞在不同的線圈板上，每個線圈板的兩端分別通過一個固定裝置固定在與刀盤的軸心水平的位置，線圈板端部卡套在固定裝置內(nèi)，與其活動連接。8.如權利要求4所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述電磁波無線傳輸模塊包括發(fā)射端和接收端，接收端設置于三維激電探測控制系統(tǒng)，發(fā)射端設置在磁耦合諧振傳輸裝置上，發(fā)射端和接收端均包括濾波電路、信號處理傳輸電路和天線，其中，濾波電路連接有信號處理傳輸模塊，信號處理傳輸模塊連接天線。9.如權利要求4所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述供電轉換裝置為設置在刀盤背板處的電極轉換箱，電極轉換箱前端接出多根單芯電纜沿刀盤背板分別與測量電極連接，后端接出供電電纜，通過固液回轉接頭與控制系統(tǒng)內(nèi)恒流源裝置相連接。10.如權利要求1所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述高阻材料注漿系統(tǒng)包括噴水設備、噴末設備； 所述噴末設備與噴水設備連接，噴末設備包括IC末腔、抽末栗和輸末管，其中，IC末腔中設有抽末栗，抽末栗通過輸末管連接噴末口，噴水設備包括貯水腔、抽水栗和輸水管，其中，貯水腔中設有抽水栗，抽水栗通過輸水管連接噴水口。11.如權利要求1所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是:所述三維激電探測控制系統(tǒng)包括三維激電探測中控機和三維激電探測發(fā)射設備，三維激電探測中控機在探測過程中用于控制發(fā)射設備供電，接收采集數(shù)據(jù)，并與盾構控制臺通訊，控制高阻材料注漿系統(tǒng)的開關，并在數(shù)據(jù)采集完成后用于所采集數(shù)據(jù)的存儲計算和反演成像，處理和展示探測結果。12.如權利要求1所述的一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，其特征是: 所述探測信號傳輸系統(tǒng)包括多芯電纜及多路固液回轉接頭設備，所述多芯電纜用于連接探測電極系統(tǒng)的供電電極與三維激電發(fā)射機，所述多路固液回轉接頭設備分為液氣回轉腔與線纜回轉腔，其中液氣回轉腔分為三層，分別用以存儲、運輸回轉輸運刀盤噴射用水、電極油缸推進用油和高阻材料；每層旋轉接頭內(nèi)設軸承于剛性轉軸上，液氣回轉腔層間設有密封圈與封閉環(huán)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種土壓平衡盾構搭載的三維激電法超前預報系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用刀盤上搭載的推進電極系統(tǒng)將針狀電極貫入土體進行供電和采集，克服了土壓平衡盾構沒有探測空間的困難；利用屏蔽電極使探測電流前向分布以及刀盤上的噴漿設備向刀盤和盾構周邊土體噴射高阻注漿材料克服了電磁干擾和盾構作為良導體導出電流的困難；利用全過程自動化控制，多路并行采集和快速反演手段克服了探測時間少的困難。該系統(tǒng)適應了土壓平衡盾構超前預報的復雜環(huán)境，可以實現(xiàn)掘進工作面前方孤石、軟弱不均、突涌水災害源等不良地質(zhì)體的超前探測。
【IPC分類】G01V3/26
【公開號】CN204790023
【申請?zhí)枴緾N201520565609
【發(fā)明人】李術才, 劉斌, 聶利超, 郭謙, 王傳武, 田明禛, 林春金, 楊為民
【申請人】山東大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月30日