工程检测/监测

TSP24/48隧道地质超前预报系统

( 仪器简介

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TSP24/48隧道地质地震波法探测系统是先进的地质勘探技术与现代电子技术和人工智能相结合的高科技产品,系统主要应用于隧道开挖过程中探测掌子面前方地质构造的位置和产状,并对前方围岩进行评价,以保证隧道安全生产和工作量的准确评估。

早在上世纪90年代初,吉林大学工程技术研究所(原长春地质学院工程技术研究所)与铁道部第一勘测设计院、铁道部铁路物探中心合作开发我国早期的隧道施工超前预报技术"地震波负视速度法隧道地质超前探测技术",负责研究开发该方法的探测仪器与传感器并成功地应用于实际生产。该套技术与我所的其它探测仪器一并统称为综合工程勘探系统,该系统于1995年获得原地矿部科技成果二等奖,由于该技术在国内外实际应用获得了良好的社会和经济效益,1996年再次荣获国家科技进步三等奖。该系统是完全具有自主知识产权的产品,已远销日本、俄罗斯、美国、新加坡、加拿大等国,至今国内外累计销售近千台套,得到了用户广泛好评。作为综合工程勘探系统的一部分,隧道地质超前预报系统从1996年开始销售至今,已由最初的CH12升级发展到TST12、TST24、TSP12、TSP24/48五个型号,当前最新型号是TSP24/48(Tunnel Seismic Prospector隧道地质地震波法探测系统)。

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( 主要功能

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TSP24/48隧道地质地震波法探测系统由主机、传感器、 震源、数据处理分析软件和用户技术服务体系组成。

仪器的主机是系统的关键组成部分,该主机采用先进 的设计理念将计算机技术与现代电子技术完美地结合, 仪器具有24/48个独立的高精度采集通道(24位模数转 换器),可驳接三分量加速度传感器或速度型地震检波器8只(通常观测系统使用1~2只)。仪器主机超小 型设计、轻便灵活(整套配置可由一人携带),内置锂电池,充满电后可支持主机连续工作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。

TSP24/48系统设计有24/48个采集通道,主要是考虑现有探测技术---共接收点水平地震反射波法通常需要打24/48个炮孔,测试过程需要施工单位配合方能完成,而且在打炮眼和测试过程需要较长时间,耽误施工单位的正常生产。TSP24/48系统采用多通道设计,可同时布置8个三分量的传感器,在布置过程中不影响施工单位正常生产。并且测试时只需放一炮,便可获取多道接收共炮点水平地震反射波法资料,极大的方便了测试方和施工方,而且在数据处理过程中可增加反射波幅频特性分析方法,进一步提高超前探测的解译精度。同时,这种探测技术可以在施工不间断的情况下(如盾构法施工)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。

TSP24/48系统震源设计即能够使用传统的爆炸震源,还可以使用较安全的锤击震源及特殊制造的电火花震源等非爆炸震源。

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( 主要特点

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(仪器图片

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(技术指标

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主机技术指标:
通道数: 24(48道)
频带范围 : 低频通道(24/48道):0.5Hz~10kHz
高频通道(6道):50Hz~50kHz
前置放大: 16dB~48dB
输入阻抗: 20k
A/D 转换: 24bit
采样率低频通道(24道/48道): 0.025~5ms
高频通道( 6道): 0.00625~0.4ms
动态范围: 144dB
道间抑制比: 100dB
同步方式: 有线脉冲,GPS授时同步,
GFSK无线电同步(433MHz)
显示器: 9寸(16:9),
1024×600
处理器: Intel(R) Atom(TM) N270 1.6GHz
内存: 1G
硬盘: 160G
尺寸: 320×180×90mm
重量: 4.5Kg
使用温度: -20℃~+60℃
功耗: 12V / 1.2A
内置锂电池容量: 7.4V / 17.6AH
充满电后连续工作时间:约10小时
 
 

(标准配置软件

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TSP24/48地震波法超前预报数据采集界面 TSP24/48超前预报数据处理软件界面 初至拾取界面

TSP24/48 隧道地质地震波探测软件系统包括数据采集软件和超前预报数据处理与分析软件两部分:
TSP24数据采集软件:

TSP24/48 数据采集软件是基于Windows开发的,该软件可以在每次探测时或后处理时进行滤波处理(滤波功能有AGC自动增益控制、背景去除、带通滤波等),采集图像实时显示。 系统要求:Windows 2000,NT或XP。

TSP24数据处理软件:

TSP24 /48 隧道超前探测处理软件用于处理和解释TSP24 /48 超前探测数据,提供探测范围内岩体构造空间产状要素及岩体的动力学参数(纵、横波速度,泊松比、动弹性模量),该系统包括初至拾取,能量均衡,扩散补偿,滤波,波场分离,P、S波分离,速度扫描,偏移成像,成果解译等功能模块。在数据处理过程中实时保存处理参数及处理结果,以便进行数据回放及再处理。


处理软件各功能模块简述

初至拾取:可拾取三个分量的初至时间,目的在于下述两方面:
1、校正放炮引起的延时;
2、提供初始速度模型,用于后续计算。



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TSP24 /48 地震波法超前预报能量均衡处理界面 TSP24 /48 超前预报扩散补偿数据处理界面 TSP24 /48 超前预报滤波处理界面

能量均衡:

由于爆炸震源药量、炮孔深度、耦合等地震条件不同造成震源激发条件不同,从而引起波形畸变,该功能模块设计有两种能量计算方法及能量衰减模式用以校正由此造成的畸变。能量均衡后可有效提高后续处理精度。


扩散补偿:

由于隧道施工地质条件复杂,地震波在传播过程中频率和能量均有衰减,该模块设计有三种补偿方式用于补偿弹性波衰减,可有效提高单位能量下探测距离和精度。


频率域滤波:

由于隧道超前探测施工环境噪声严重,特别是在不间断施工过程中进行探测干扰更为严重,有效波的信噪比较低,为有效去除干扰波提取有效波。可利用该模块进行频率分析,进而采用多边形滤波方法去噪,提高信噪比。



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TSP24/48 地震波法超前预报波场分离处理界面 TSP24/48 超前预报P、S波分离数据处理界面 TSP24/48 超前预报速度扫描处理界面

波场分离:

数据采集过程中传感器接收到的反射波为全空间范围内界面的反射波,而对于隧道施工过程中较为关心的是掌子面前方的结构面,为有效提取来自掌子面前方界面的反射波,采用高精度波场分离方法进行反射波场的有效分离,有效提取出掌子面前方的反射波组。


P、S波分离:

为实现对岩体进行定量评价,利用该模块功能计算出岩土体的纵、横波速度;纵横波速度比等参数,可为岩体评价提供如动弹性模量,动泊松比等参数。


速度扫描:

速度扫描模块可以准确地计算出掌子面前方被测岩体在空间上的速度分布状况,从而定量的评价前方岩体的软硬程度,更好的为施工提供参数。



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TSP24/48 地震波法超前预报深度偏移处理成果 TSP24/48 超前预报综合解释成果 TSP24/48 超前预报成果三维展示图

深度偏移:

为了将来自掌子面前方的反射波在空间上准确定位,利用Kirchhoff深度偏移。实现对被测岩体地质界面成像,用以确定地质界面的产状。


综合解释:

利用该功能模块计算出掌子面前方有效探测范围内岩体的纵、横波速度分布图;纵、横波速度比值分布图;弹性模量分布图;泊松比分布图和掌子面前方结构面空间产状图。


三维成像:

该模块利用三维可视化技术实现被探测岩体结构面三维空间展示。便于工程技术人员更为直观的分析测试结果。并且,最终解译成果与AutoCAD具有良好的数据接口,可导出标准化图件。


 

 
 

(可扩展配置

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(可选配外围设备

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TSP24隧道地质超前预报系统其他可选配置单:
序号 产品名称 规格 数量 单位
1 24道扩展模块 EX-24 1
2 地面三分量数据采集链(8个/链) 1
TSP48隧道地质超前预报系统其他可选配置单:
序号 产品名称 规格 数量 单位
1 地面三分量数据采集链(8个/链) 2
 
 

(建议配置

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TSP24隧道地质超前预报系统建议配置单:
序号 产品名称 规格 数量 单位
1 主机(24道) TSP24 1
2 主连接集线器 1
3 触发连接线 1
4 电源适配器 AC-TSP 1
5 手摇爆炸机 1
6 三分量速度检波器及电缆、推杆 2
7 三分量加速度检波器及电缆、推杆 2
8 加速度传感器套管 10
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10 综合处理解释软件 1
TSP48隧道地质超前预报系统建议配置单:
序号 产品名称 规格 数量 单位
1 主机(48道) TSP48 1
2 主连接集线器 1
3 触发连接线 1
4 电源适配器 AC-TSP 1
5 手摇爆炸机 1
6 三分量速度检波器及电缆、推杆 2
7 三分量加速度检波器及电缆、推杆 2
8 加速度传感器套管 10
9 仪器箱 BY-2 1
10 综合处理解释软件 1
 
 

(相关下载

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