本實(shí)用新型涉及一種基于彈性波反射法的隧道超前預(yù)報(bào)裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)交通建設(shè)的快速發(fā)展，國(guó)家的公路、鐵路網(wǎng)正在規(guī)劃及完善。為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民需求，當(dāng)公路、鐵路進(jìn)入山嶺區(qū)時(shí)，就不可避免地需采用隧道進(jìn)行穿越。隧道是“生命線”工程，也是地下工程，其隱蔽性及山體的工程地質(zhì)條件都將形成對(duì)施工安全的重大隱患，而準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)災(zāi)害并輔以適當(dāng)?shù)氖┕ご胧捎行П苊鉃?zāi)害的發(fā)生。

在超前預(yù)報(bào)領(lǐng)域，TSP法與地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法等物探方法均起到了有益效果并廣泛應(yīng)用于隧道超前預(yù)報(bào)領(lǐng)域，但他們?nèi)源嬖诓蛔恪Ｊ紫?，TSP法中，接收器距掌子面距離約55m，且需提前打孔，并進(jìn)行爆破，該方法的靈活性欠缺；然后，地質(zhì)雷達(dá)法多解性較強(qiáng)，雷達(dá)天線難以與掌子面有較好耦合，金屬物亦會(huì)對(duì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

針對(duì)上述問(wèn)題，亟需一種合理、靈活的全新設(shè)備和方法，使各物探方法得以相互輔助、相互印證，以提高物探的準(zhǔn)確率和施工作業(yè)的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于彈性波反射法的隧道超前預(yù)報(bào)裝置，本實(shí)用新型便捷的、能探測(cè)隧道掌子面前方地質(zhì)情況，并提高施工安全性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于彈性波反射法的隧道超前預(yù)報(bào)裝置，包括行走機(jī)構(gòu)、激振機(jī)構(gòu)和控制器，所述激振機(jī)構(gòu)通過(guò)可伸縮機(jī)構(gòu)固定于行走機(jī)構(gòu)上，可伸縮機(jī)構(gòu)帶動(dòng)激振機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降調(diào)節(jié)；

所述激振機(jī)構(gòu)包括激振錘與速度/加速度檢波器，所述控制器控制激振錘對(duì)掌子面預(yù)報(bào)位置施加激振力，激振力引起的彈性波在不同波阻抗面發(fā)生反射、透射，由速度/加速度檢波器記錄波形，并反饋給控制器，所述控制器記錄波形。

所述行走機(jī)構(gòu)，包括車(chē)體，所述車(chē)體下端設(shè)置有行走輪，車(chē)體上固定有控制行走機(jī)構(gòu)角度的方向把手。

所述可伸縮機(jī)構(gòu)包括可伸縮支撐桿和多個(gè)緊固螺栓，所述緊固螺栓依次設(shè)置于可伸縮支撐桿上，實(shí)現(xiàn)可伸縮支撐桿的階梯級(jí)伸縮。

所述可伸縮支撐桿的頂部設(shè)置有用于固定激振機(jī)構(gòu)的固定槽。

所述激振機(jī)構(gòu)通過(guò)連接桿連接在可伸縮機(jī)構(gòu)上，所述激振機(jī)構(gòu)的激振面上設(shè)置有多個(gè)可伸縮推桿，每個(gè)可伸縮推桿端部設(shè)置有激振錘。

所述激振機(jī)構(gòu)速度/加速度檢波器為多個(gè)，均勻設(shè)置在激振面上。

所述控制器與遠(yuǎn)程控制PC端通信。

基于上述隧道超前預(yù)報(bào)裝置的使用方法，將可伸縮機(jī)構(gòu)升降至待測(cè)高度，推動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，使激振機(jī)構(gòu)至待測(cè)方位，使速度/加速度檢波器與隧道掌子面貼合，將利用控制器設(shè)置浮點(diǎn)放大、增益、單位及激振參數(shù)，控制激振錘實(shí)現(xiàn)激振，速度/加速度檢波器將接受的信號(hào)傳輸至控制器，根據(jù)振幅、相位因素進(jìn)行綜合分析。

分析方法是彈性波原理的公知常識(shí)。其基本原理是：若圍巖結(jié)構(gòu)完整性較好，則波形平緩；出現(xiàn)較高的反射振幅，表示反射界面的巖石密度較高；波形出現(xiàn)相位為正的反射振幅，表示反射界面巖石較堅(jiān)硬；波形出現(xiàn)相位為負(fù)的反射振幅，表示反射界面較軟弱。

速度/加速度檢波器與隧道掌子面待測(cè)位置貼合，進(jìn)行激振，可伸縮式推桿將激振錘向掌子面推出，施加錘擊力后收回，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激振，多點(diǎn)信號(hào)接收。

本實(shí)用新型的有益效果為：

(1)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且設(shè)計(jì)巧妙，利用方位控制、行走輪以及可伸縮機(jī)構(gòu)，能夠靈活進(jìn)行調(diào)整，提高了隧道超前預(yù)報(bào)的靈活性；

(2)本實(shí)用新型的激振源和接收檢波器在同一激振面上，實(shí)現(xiàn)了預(yù)報(bào)結(jié)果的實(shí)時(shí)反饋；

(3)與其他物探方法相結(jié)合，提高了超前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。多解性是地球物理探測(cè)的固有屬性，本實(shí)用新型可與基于不同原理的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)相結(jié)合，有利于縮小解的范圍，與其探測(cè)結(jié)果相印證，提高了超前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

(4)操作簡(jiǎn)單，具有廣泛的適用性，預(yù)報(bào)時(shí)對(duì)掌子面擾動(dòng)極小，規(guī)避了超前預(yù)報(bào)中的安全風(fēng)險(xiǎn)

附圖說(shuō)明

圖1基于彈性波反射法的隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)示意圖；

圖2控制及數(shù)據(jù)處理裝置示意圖；

圖3激振接收裝置示意圖；

圖4激振接收裝置平面圖。

圖中，1—激振機(jī)構(gòu)；2—連接桿；3—重型腳輪；4—可伸縮支撐桿；5—超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)車(chē)身；6—固定槽；7—緊固螺栓；8—緊固螺栓；9—緊固螺栓；10—控制及數(shù)據(jù)處理裝置(PDA)；11—控制臺(tái)；12—方向把手；13—可觸控液晶顯示屏；14—電源按鈕；15—選擇按鍵；16—數(shù)據(jù)傳輸連接槽；17—設(shè)置按鈕；18—濾波按鈕；19—激振按鈕；20—分析按鈕；21—激振錘；22—可伸縮推桿；23—速度/加速度檢波器。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種基于彈性波反射法的隧道超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，包括行走機(jī)構(gòu)、激振機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)包括腳輪及方向把手，控制預(yù)報(bào)系統(tǒng)方位。激振機(jī)構(gòu)包括高度調(diào)整裝置和激振裝置，高度調(diào)整裝置由緊固螺栓和可伸縮支撐桿組成，可伸縮支撐桿實(shí)現(xiàn)升降，緊固螺栓起固定作用。激振裝置包括激振錘與速度/加速度檢波器，由控制機(jī)構(gòu)控制激振錘對(duì)掌子面預(yù)報(bào)位置施加激振力，激振力引起的彈性波在不同波阻抗面發(fā)生反射、透射，由速度/加速度檢波器記錄波形，并由控制裝置中PDA進(jìn)行處理、記錄及分析。

重型腳輪8提高超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的靈活性，其行走方向由方向把手12控制，預(yù)報(bào)人員推進(jìn)方向把手并控制放下，位于車(chē)身下方四個(gè)重型腳輪得以實(shí)現(xiàn)車(chē)體平動(dòng)及方向轉(zhuǎn)換。

激振機(jī)構(gòu)：激振裝置包括激振錘錘頭21、可伸縮式激振錘錘身22及速度/加速度檢波器23。高度調(diào)整裝置包括可伸縮式支撐桿4及緊固螺栓。預(yù)報(bào)人員旋轉(zhuǎn)緊固螺栓，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)區(qū)域高度調(diào)整，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)調(diào)整預(yù)報(bào)系統(tǒng)方位，使速度/加速度檢波器與隧道掌子面待測(cè)位置貼合，按激振按鈕19，可伸縮式推桿22將激振錘21向掌子面推出，施加錘擊力后收回，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激振，多點(diǎn)信號(hào)接收。檢波器記錄所接收彈性波速度信號(hào)及加速度信號(hào)，無(wú)線傳輸至控制及數(shù)據(jù)處理裝置10。

控制機(jī)構(gòu)：控制機(jī)構(gòu)由控制臺(tái)11與控制及數(shù)據(jù)處理裝置10組成?？刂萍皵?shù)據(jù)處理裝置為基于Android系統(tǒng)的PDA，其包括電源按鈕14、選擇按鍵15、設(shè)置按鈕17、濾波按鈕18、激振按鈕19及分析按鈕20，其與控制臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸連接槽16對(duì)接，其數(shù)據(jù)連接槽可通過(guò)數(shù)據(jù)線將測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸至PC端。

下面將對(duì)本實(shí)用新型的使用方法步驟進(jìn)行清楚、完整的描述。

調(diào)整緊固螺栓使可伸縮式支撐桿至待測(cè)高度，推預(yù)報(bào)系統(tǒng)至待測(cè)方位，使速度/加速度檢波器23與隧道掌子面貼合，將控制與數(shù)據(jù)處理裝置10中的數(shù)據(jù)傳輸連接槽16與控制臺(tái)11對(duì)接，打開(kāi)電源按鈕14，完成預(yù)報(bào)準(zhǔn)備工作；點(diǎn)設(shè)置按鈕17進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置浮點(diǎn)放大、增益、單位及激振參數(shù)，也可通過(guò)選擇按鍵15選擇手動(dòng)設(shè)置參數(shù)；參數(shù)設(shè)置完畢后，按激振按鈕實(shí)現(xiàn)激振，速度/加速度檢波器23將接受的信號(hào)傳輸至控制臺(tái)，預(yù)報(bào)人員按分析按鈕20，數(shù)據(jù)處理裝置將根據(jù)振幅、相位等因素進(jìn)行綜合分析給出分析結(jié)果；由數(shù)據(jù)傳輸連接槽16可將數(shù)據(jù)傳輸至PC進(jìn)行進(jìn)一步處理及分析，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。