TSP-205 隧道地质超前预报仪

隧道地质超前预报仪

Tunnel Seismic Profiling
TSP205地质超前预报仪

隧道地质超前预报仪简介

隧道属于地下建筑工程，其围岩地质情况复杂多变，可能会遇到断层破碎带、岩溶、松散地层、软土地层等不良地质体。如何准确地了解掌子面前方不良地质情况成为迫切需要解决的问题。通过地质超前探测，可以查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类破碎带以及岩体含水情况，以便及时、合理地提前安排施工进度，修正施工方案，采取有效的对策和施工方法，避免塌方、涌(突)水(泥)、岩爆等灾害，确保施工安全，加快施工进度，保证工程质量，降低建设成本，提高经济效益。

 针对隧道地质超前工作的需要和隧道施工的特点，吉林大学工程技术研究所开发出TSP205地质超前预报仪和相关软件处理系统。该系统综合了国内外各种超前预报先进技术采用在隧道洞壁布置一排的风钻孔，在孔中激发、接受,不占用掌子面。不影响施工，预报距离大。特别适合在地质条件复杂地段隧道开挖中的坍塌、冒顶、涌水等地质灾害预报。因而可在公路、铁路和水电工程的地下隧道施工中广泛应用。

TSP205地质超前预报仪预报原理及原理图

采用的是地震波反射原理。地震波在隧道掌子面后方一定范围内的钻孔中用小量药物激发产生并在岩石中以球面波形式向四周传播。当地震波遇到岩石物性界面（即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射地震信号将被高灵敏度的三分量传感器接收，转换成电信号并放大。三分量地震接收器在计算机的监控下采集这些震源所发出地震波沿隧道前方及四周区域传播而遭遇不良地质体（如地层层面、节理面，特别是断层破碎带界面和溶洞、暗河等）会产生反射波,这些反射波的传播速度、延迟时间，波形、强度和方向是与相应的不良地质体的性质和分布状况紧密相关的。通过反射时间与地震传播速度的换算就可以将反射界面的位置、与隧道轴线的夹角以及与掌子面的距离确定下来，同时还可以将隧道中存在的岩性变化带的位置方便地探测出来，故而能提供一种精确的隧道掌子面前方地质信息。反射信号的强弱与反射界面两侧的岩性有很大关系，反射界面两侧的岩性差异越大，反射回来的信号越强，预报的范围也就更大。

  仪器特点:

1、TSP205地质超前预报仪具有24个宽频带高精度采集通道,可同时布置8个速度型三分量传感器或加速度型三分量传感器接收,可采用共接收点水平地震反射法,也可采用多道接收的共反射点水平地震反射法,还可根据隧道施工的特殊性及施工方的特殊要求, 单点反射法、地震反射层析成象(True Reflection Tonography)等预报方法,方便、灵活；
    2、仪器频带宽度宽，为 0.1Hz ～ 10KHz，可适应在硬岩、软岩、松散地层中进行地质预报；预报距离：软岩100 - 150 米， 硬岩200-300米；

3、由于在数据处理过程中增加了反射波幅频特性分析方法,进一步提高超前预报解释精度；

4、由于采用遥爆等探测技术,可以在施工不间断的情况下(如TBM施工)实时监测前方岩体完整性,为隧道超前预报技术提供新的研究思路；     

5 、配置三分量速度型传感器及加速度型三分量传感器接收,两种传感器用于不同岩性的隧道探测,其中加速度三分量传感器的频带宽度高,主要用于硬岩和岩溶等细小构造超前探测；而速度型三分量传感器由于其频带相对低,可以获得较长探测距离.通常速度型传感器探测距离100~150米, 而加速度型传感器探测距离可达200-300米.

6、仪器除采用传统的线控同步外,还可采用无线电同步和GPS同步,为其他探测方法,如井地观测系统、井间地震CT等方法提供了硬件支持；

7、仪器主机采用超小型设计、重量轻(整套配置可由一人携带)，内置锂电池充满后主机可连续工作10小时以上,实现了数据采集与数据处理于一体,极大地方便了测试工作人员.灵敏度高、指向性强；

8、采用1.5-2米孔内接收,可避免面波等干扰波干扰；

9、自动完成信号的采集、处理和成果展示；数据采集系统装有正演模拟系统，以便在进行野外布置观测系统前根据前期勘测资料，利用有限差分法进行波场数值模拟了解弹性波场的特征，进而合理的布设观测系统以Z大程度的获得纵波和横波信息，从而提高预报准确性和预报距离；

10、仪器仪器采用全封闭防潮防静电设施，适用隧道的恶劣环境。

主机参数：

一、主机技术指标：

1.三分量输入通道数：6道(加速度、速度型任选) 、24道(一发多收方式)

2.采样率：25us ～ 10ms

3.频率范：0.5Hz ～ 10K Hz高频通道

4.A／D转换：ΔΣ24bit      

运算精度：32 bit    折合噪声 1μV,，RFI，(当采样率为2.0ms)

5.道间YZ：144 dB

6.显示器：9吋(16.9),1024×600

7.处理器：In (R)  Atom  N270  CPU：1.6GHZ，内存 ：1G  ，硬盘 ：160G

8.道间YZ比：100 dB

9.同步方式：有线脉冲、GPS授时同步（选配）、GFSK无线电同步（选配）

10.内置锂电池容量：7.44／17.6AH

11.体积：320×180×90mm

12.使用温度 ：-20～+60℃