HSP超前探测技术在煤矿TBM掘进巷道中的应用研究

随着全断面掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)逐渐应用于煤矿岩巷掘进,对不良地质构造进行超前准确快速预测的需求日益迫切。通过对主动源地震波超前探测方法的特点和TBM破岩震源超前探测技术的适用性进行分析,结合煤矿巷道地质和生产条件,提出了适用于煤矿巷道TBM掘进的HSP超前探测方法。以河南平顶山首山一矿TBM掘进底板瓦斯治理巷道为工程背景,选用防爆硬件一体化设计的探测仪器在煤矿巷道中进行应用。构建了空间型观测方式对煤矿巷道近水平煤线进行探测,优化了双护盾TBM掘进巷道狭小空间检波器阵列式布置参数;基于时频分析、互相关干涉处理、反射与散射联合反演等方法处理原始信号并进行探测结果成像。研究表明:采用空间型观测方式可实现与巷道小角度斜交煤线的识别,设计震源与首检波器间距离为15 m时最优。通过时频分析提取有效信号,利用互相关干涉法获取虚拟震源道和反射特征曲线,并结合反射与散射联合反演成像得到探测区域地层反射能量分布图,能够较准确地推测得到围岩存在的不良地质构造。通过比较现场开挖揭露情况与探测结果发现两者吻合度较高,表明HSP超前探测方法可实现掘进工作面前方100 m范围内超前无损地质预测,有助于提高煤矿岩巷TBM掘进速度。

HSP法在盾构施工隧道超前地质预报中的改进和应用

为解决盾构施工中现场环境导致无法顺利进行超前地质预报的问题,在盾构施工过程中运用HSP(Horizontal sonic/seismic profiling)水平声波/地震波剖面法进行地质超前预报工作,良好地规避传统方法的局限性。将S变换和S变换自适应滤波引入HSP数据处理中,提高该处理系统在复杂施工条件下对有效信号的识别和去噪能力,通过时频图对比分析验证该方法的有效性,获取掌子面前方地层反射特征参数图谱,建立样本数据模型为实际施工测量进行指导。通过HSP在贵阳轨道交通3号线盾构区间应用案例的解析和实际情况的对比分析,表明HSP声波反射法对不良地质结构面的存在具有较好的正相关响应,是适用于盾构施工时地质预报的高效方法之一。

TM遥感影像监测裸露土壤含水率的方法研究

土壤含水率是灌区干旱监测的重要指标。选择经济易得的遥感数据对灌区的土壤含水率进行定量监测,是非常具有实用价值的研究。采用地面光谱采样与土壤采样同步进行的方法,对漳河干渠最重要渠道——三干渠灌溉范围内的土壤水分状况进行了遥感定量分析,最终根据准同步遥感影像获得灌区表层土壤含水率分布图。

基于物探技术的TBM施工隧洞地质超前预报方法

相较于先导孔超前预报方法,基于物探技术的地质超前预报方法具有无损、快捷、全局直观等优点,其理论和现场工作技术在传统钻爆法施工隧洞中日臻完善。近年兴起、发展的TBM(Tunnel Boring Machine)施工技术引领了隧洞开挖的创新方向,然而,因大型机械占据有限施工空间,一些超前预报方法无法适应TBM作业方式。通过技术升级和理论创新,近年来出现了一些适应于TBM掘进的地质超前预报方法。通过选取TGS360Proc超前预报法、BEAM超前预报法、三维激发极化超前预报法、HSP超前预报法、ISP超前预报法,对其基本原理、现场工作方法及其适应性和优缺点进行了分析探讨,对TBM施工前方预测提供技术指导,降低TBM卡机或被埋的事故风险。

大直径盾构穿越滨海孤石地层精准物探与处置技术研究

依托广州地铁18号线南延线横沥站—万顷沙站区间盾构隧道下穿孤石段工程,对孤石探测、预处理技术进行研究。提出一套以HSP水平声波/地震波剖面法和井中虚源法联合快速侦查孤石体发育范围,以地质钻探法确定孤石垂向和横向边界的精准定位组合探测技术,减少地质钻孔勘察工作,然后对地质钻孔揭露的孤石进行爆破处理。结果表明,提出的孤石探测方法先进可靠,能够及时发现孤石并降低探测成本,缩短施工工期;爆破参数设计合理,孤石段处理效果良好;左右线爆破后孤石段盾构平均掘进速度为34.63 mm/min,接近常规地层平均掘进速度。