一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程地質(zhì)前探技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2002年，德國(guó)Geo公司研發(fā)出基于聚焦電流法的隧道超前探測(cè)系統(tǒng)BEAM(Bore-Tunneling Electrical Ahead Monitoring)，其工作原理是利用刀盤(pán)向掌子面前方施加探測(cè)電流，測(cè)量地質(zhì)體的視電阻率的方式來(lái)分析前方的地質(zhì)構(gòu)造。在中國(guó)，對(duì)BEAM的研究起步較晚，且多進(jìn)行仿真模擬，直到2008年，有人利用同樣的聚焦電流法進(jìn)行隧道超前探測(cè)，輔之以激發(fā)極化分析，才能確定異常體的大小和在前方的大致距離。但因聚焦電流法的原理性缺陷，其測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有“方位”的概念，籠統(tǒng)地將隧道前方地質(zhì)視作一個(gè)整體進(jìn)行分析，所以即使發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常體的存在，也無(wú)法判斷其具體方位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)及方法，通過(guò)向分布在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，TBM)護(hù)盾后方的周向電極施加恒定的電流激勵(lì)，測(cè)量出TBM護(hù)盾上的電壓，即可判斷異常體的方位。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)，包括多個(gè)周向電極、恒流驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、延長(zhǎng)線纜和錨桿，其中:
[0005]所述多個(gè)周向電極以均分圓周的方式均勻安裝在TBM護(hù)盾后方的隧道壁上；所述恒流驅(qū)動(dòng)電路的正極與所述多個(gè)周向電極相連，以多路供電的方式依次向每個(gè)周向電極加載電流；所述電壓測(cè)量電路的正極與所述TBM護(hù)盾相連，測(cè)出對(duì)應(yīng)的TBM護(hù)盾電壓；所述錨桿打入土層中，通過(guò)所述延長(zhǎng)線纜連接所述恒流驅(qū)動(dòng)電路和所述電壓測(cè)量電路的負(fù)極一端。
[0006]按照本發(fā)明的另一方面，提供一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷方法，包括:
[0007]將錨桿打入土層中，通過(guò)延長(zhǎng)線纜連接恒流驅(qū)動(dòng)電路和電壓測(cè)量電路的負(fù)極一端，待確定前方有異常體后，以均分圓周的分布方式將多個(gè)周向電極打入TBM護(hù)盾后方的隧道壁上，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路以多路供電的方式依次向每個(gè)周向電極加載電流，所述電壓測(cè)量電路測(cè)出對(duì)應(yīng)的TBM護(hù)盾電壓，并根據(jù)所述TBM護(hù)盾電壓判斷所述異常體的方位。
[0008]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0009]1.本發(fā)明彌補(bǔ)了 BEAM系統(tǒng)對(duì)于異常體方位判斷的不足，可以在探測(cè)到異常體之后準(zhǔn)確的測(cè)定其方位；
[0010]2.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)便，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)學(xué)歷沒(méi)有要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0013]圖1所示為本發(fā)明基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括多個(gè)周向電極、恒流驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、延長(zhǎng)線纜和錨桿。
[0014]在實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)用過(guò)程中，恒流驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)輸出平穩(wěn)，內(nèi)阻可調(diào)。電壓測(cè)量電路應(yīng)選擇量程在O?5V的精密電壓表。八個(gè)或更多周向電極以均分圓周的方式均勻安裝在TBM護(hù)盾后方隧道壁上。各周向電極應(yīng)規(guī)格一致，避免形狀差異導(dǎo)致結(jié)果失真。周向電極和錨桿表面除銹，以降低接觸電阻，提高測(cè)量靈敏度。
[0015]在本發(fā)明實(shí)施例中，將錨桿打入數(shù)百米外的土層中，通過(guò)延長(zhǎng)線纜連接恒流驅(qū)動(dòng)電路和電壓測(cè)量電路的負(fù)極一端，待以聚焦電流法或其他手段確定前方有高阻態(tài)(低阻態(tài))異常體之后，將多個(gè)周向電極打入護(hù)盾后方的隧道壁上，以均分圓周的方式分布，每個(gè)周向電極引出電線與一多芯電纜相連，該多芯電纜的另一端連接恒流驅(qū)動(dòng)電路的正極。電壓測(cè)量電路正極與TBM護(hù)盾相連。恒流驅(qū)動(dòng)電路以多路供電的方式依次向每個(gè)周向電極加載電流，電壓測(cè)量電路中的精密電壓表測(cè)出對(duì)應(yīng)的護(hù)盾電壓。全部完成后對(duì)測(cè)得的護(hù)盾電壓進(jìn)行分析，若待定位異常體是高阻態(tài)(低阻態(tài))異常體，則護(hù)盾電壓最大(小)值所對(duì)應(yīng)的周向電極方位即是異常體的方位。
[0016]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)周向電極、恒流驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、延長(zhǎng)線纜和錨桿，其中: 所述多個(gè)周向電極以均分圓周的方式均勻安裝在TBM護(hù)盾后方的隧道壁上；所述恒流驅(qū)動(dòng)電路的正極與所述多個(gè)周向電極相連，以多路供電的方式依次向每個(gè)周向電極加載電流；所述電壓測(cè)量電路的正極與所述TBM護(hù)盾相連，測(cè)出對(duì)應(yīng)的TBM護(hù)盾電壓；所述錨桿打入土層中，通過(guò)所述延長(zhǎng)線纜連接所述恒流驅(qū)動(dòng)電路和所述電壓測(cè)量電路的負(fù)極一端。2.如權(quán)利要求1所述的基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)周向電極引出電線與一多芯電纜相連，所述多芯電纜的另一端連接所述恒流驅(qū)動(dòng)電路的正極。3.—種基于周向電極掃描的異常體方位判斷方法，其特征在于，包括:將錨桿打入土層中，通過(guò)延長(zhǎng)線纜連接恒流驅(qū)動(dòng)電路和電壓測(cè)量電路的負(fù)極一端，待確定前方有異常體后，以均分圓周的分布方式將多個(gè)周向電極打入TBM護(hù)盾后方的隧道壁上，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路以多路供電的方式依次向每個(gè)周向電極加載電流，所述電壓測(cè)量電路測(cè)出對(duì)應(yīng)的TBM護(hù)盾電壓，并根據(jù)所述TBM護(hù)盾電壓判斷所述異常體的方位。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路的正極與所述多個(gè)周向電極相連，所述電壓測(cè)量電路的正極與所述TBM護(hù)盾相連。5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，若所述異常體是高阻態(tài)異常體，則所述TBM護(hù)盾電壓最大值所對(duì)應(yīng)的周向電極方位即是異常體的方位；若所述異常體是低阻態(tài)異常體，則所述TBM護(hù)盾電壓小值所對(duì)應(yīng)的周向電極方位即是異常體的方位。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于周向電極掃描的異常體方位判斷系統(tǒng)及方法，屬于隧道工程地質(zhì)前探技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括多個(gè)周向電極、恒流驅(qū)動(dòng)電路、電壓測(cè)量電路、延長(zhǎng)線纜和錨桿。將多個(gè)周向電極均勻分布在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾后方一定距離的隧道壁上，用恒流驅(qū)動(dòng)電路依次向周向電極內(nèi)通以恒定的電流，并用電壓測(cè)量電路獲取對(duì)應(yīng)的護(hù)盾電壓。本發(fā)明通過(guò)分析護(hù)盾上電壓的大小即能準(zhǔn)確的判斷異常體的方位，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工人操作。
【IPC分類(lèi)】G01V3/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105044790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510348935
【發(fā)明人】趙斌, 高昕星
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日