TBM机载激发极化超前地质预报仪的研制与工程应用

发布时间：2017-06-28 19:14

  本文关键词：TBM机载激发极化超前地质预报仪的研制与工程应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着具有“埋深大、洞线长、地质复杂、地形险峻、灾害频发”等特点的深长隧道的建设与机械化、自动化、高效化的隧道掘进机的应用,施工安全、人员安全、设备安全越来越受到关注。目前可搭载在掘进机上的激发极化超前地质预报探测仪器屈指可数,仅有德国GD公司研发BEAM系统。多同性源阵列激发极化超前预报方法为TBM施工隧道超前预报提供了一条可行途径,然而现有激发极化仪器不能满足多同性源激发极化的探测需求。因此研发可搭载于隧道掘进机的超前探测仪器是激发极化超前预报方向的前沿热点与国家重大工程的迫切需求。针对以上需求,鉴于隧道掘进机复杂的机械结构与特殊的施工环境,提出了以自动化、快速化、高精度为基本要求的TBM机载激发极化超前地质预报仪,主要研究内容如下：1)基于多同性源阵列激发极化法的电极布设与探测需求,研制了多路可控恒流源实现对环状供电电极的同时供入相同电流,研制了电极转换箱与多路并行采集卡,实现了多路恒流的输出与多路电压信号的同步采集,实现供电电极与测量电极的自动切换与“跑极”。2)基于小波变换的“时间-频率”特性与小波阈值去噪方法,通过改进阈值函数避免传统阈值方法存在的缺陷,能够有效的对信号进行去噪处理,同时设计了8阶巴特沃斯低通滤波,在硬件电路中去除高频噪声与复杂噪声,提出了软件与硬件相结合的去噪方法,实现了有用信号高精度有效提取。3)针对TBM施工隧道中的水气重、粉尘多、震动强的恶劣条件,基于TBM复杂的机械结构与施工环境进行了TBM搭载激发极化超前预报系统的机载设计。设计了可控恒温恒湿三防机柜；为了实现主控室与掌子面、围岩上的电极进行信号发送与接收,设计了方便快捷的机载电缆；针对TBM刀盘是一个封闭金属体,设计了电极推进系统用于电极的布设。并将成果搭载在中国第一台自主知识产权的TBM“永吉号”TBM,保障了TBM安全高效掘进。
【关键词】：隧道突涌水灾害 激发极化法 超前地质预报 TBM机载仪器 多路采集 信号去噪
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.11
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 主要研究内容、创新点和技术路线15-18
• 第二章 TBM激发极化超前地质预报仪设计18-36
• 2.1 适用于TBM的多同性源阵列激发极化法18-21
• 2.2 TBM激发极化超前地质预报仪总体设计21-26
• 2.3 电极转换模块26-28
• 2.4 多路可控恒流源28-30
• 2.5 4 路并行采集30-32
• 2.6 TBM超前地质预报采集系统软件32-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 TBM超前地质预报仪信号去噪方法36-52
• 3.1 小波变换去噪36-39
• 3.2 隔离滤波硬件设计39-44
• 3.3 八阶巴特沃斯低通滤波44-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 TBM超前地质预报仪机载设计52-59
• 4.1 三防机柜52-53
• 4.2 机载电缆53-55
• 4.3 电极推进系统55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 模型试验与工程应用59-71
• 5.1 室内试验59-62
• 5.2 模型试验62-67
• 5.3 工程应用67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-78
• 在读期间参与的科研项目78
• 在读期间发表的论文78
• 在读期间申请的专利78-79
• 学位论文评阅及答辩情况表79

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本文编号：495020