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TYT-16S型地震波探測儀
tunnel geological prediction
一、概述
TYT-16S型地震波探測儀可檢測出掌子面前方巖性的變化，如:不規(guī)則體、不連續(xù)面、斷層和破碎帶。TYT-16S型地震波探測儀作為一種預(yù)報(bào)方法，它不僅可以在以鉆爆開挖方式的隧道中使用，也可以使用在以TBM開挖的隧道中，而且無需在掌子面上直接作業(yè)。
二、產(chǎn)品用途：
★滿足《公路工程實(shí)驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)》甲、乙、丙級的資質(zhì)要求
★滿足《橋梁隧道工程專項(xiàng)》的資質(zhì)要求
★滿足《公路工程物探規(guī)程》JTG∕T C22-2009；
《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)程》Q∕CR9217-2015
★用于公路鐵路隧道、水電隧洞、井下、地鐵等地下工程的地質(zhì)災(zāi)害超前探測
★適用于鉆爆隧道、TBM隧道的超前預(yù)報(bào)
★儀器支持國際兩種測試方法：真地震反射成像技術(shù)、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)
二、特色：
1、預(yù)報(bào)范圍可達(dá)100米~200米
2、無需在掌子面上直接作業(yè)，可規(guī)避一定的安全風(fēng)險(xiǎn)
3、現(xiàn)場測試便捷，設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，無需外部供電及外接計(jì)算機(jī)
4、使用真地震反射成像技術(shù)法測量時(shí)無需鉆孔和爆破，現(xiàn)場***簡潔，占用施工時(shí)間少
5、以錘擊為震源觸發(fā)，觸發(fā)器同步性好，可控、精確、重復(fù)好
三、工作原理（真地震反射成像技術(shù)法與隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)法法）
1、真地震反射成像技術(shù)法（True Reflection Tomography）：
是利用巖體中不均勻面的反射地震波進(jìn)行超前探測，它是美國NSA工程公司近年開發(fā)的新方法，國外已實(shí)際應(yīng)用。該法在觀測方式和資料處理方法上與隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)法法及負(fù)視速度法均有很大不同，它采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收的觀測方式，其檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)呈空間分布，以便充分獲得空間場波信息，從而使前方不良地質(zhì)現(xiàn)象的定位精度大大提高；它的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)是速度掃描和偏移成像，不需要走時(shí)，因此，對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度，而且還具有較大的探測距離，應(yīng)該說較隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)法法有較大的改進(jìn)。由實(shí)際應(yīng)用知，真地震反射成像技術(shù)法在結(jié)晶巖體中的探測距離可達(dá)100～150m，在軟弱的土層和破碎的巖體中尚可預(yù)報(bào)60～100m。該法成功應(yīng)用的例子很多，較典型的是奧地利的通過阿爾卑斯山的鐵路雙線隧洞施工中進(jìn)行了全程的超前預(yù)報(bào)；
1-1 真地震反射成像技術(shù)采用空間多點(diǎn)激發(fā)和接收的觀測方式，其檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)呈均勻的三維空間分布，以便充分獲得空間場波信息，從而使前方不良地質(zhì)現(xiàn)象的定位精度大大提高；
1-2 真地震反射成像技術(shù)的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)之一是速度掃描和偏移成像，不需要走時(shí)，因此，對巖體中反射界面位置的確定、巖體波速和工程類別的劃分都有較高的精度，并具有較大的探測距離。
1-3 以每個(gè)震源和地震信號傳感器組的位置為焦點(diǎn)，與所有可能產(chǎn)生回波的反射體可以確定一個(gè)橢球。足夠多數(shù)量的震源和地震信號傳感器組對會(huì)形成一個(gè)三維數(shù)組，每個(gè)界面/反射的地層位置可以由這些眾多橢球的交匯區(qū)域所確定。
1-4各個(gè)波形振幅隨時(shí)間的變化由被探測巖層大小建立的波速模型來計(jì)算，真地震反射成像技術(shù)技術(shù)是掃描和全息技術(shù)的結(jié)合，震源的間隔和頻率決定圖像的分辨率。
2、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)法（Tunnel Seismic Prediction）：
是利用地震波反射回波方法測量的原理。地震波震源采用小藥量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，炸藥激發(fā)在隧道邊墻的風(fēng)鉆孔中，通常24個(gè)炮孔布置成一條直線。地震波的接收器也安置在孔中，一般左右洞壁各布置
一個(gè)。地震波在巖石中以球面波形式傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綇椥圆ㄗ杩共町惤缑鏁r(shí)，例如斷層、巖體破碎帶、巖性變化或巖溶發(fā)育帶等，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)繼續(xù)傳播。
反射的地震信號被高靈敏度的地震檢波器接收，反射信號的傳播時(shí)間與傳播距離成正比，與傳播速度成反比，因此通過測量直達(dá)波速度、反射回波的時(shí)間、波形和強(qiáng)度，可以達(dá)到預(yù)報(bào)隧道掌子面前方地質(zhì)條件的目的。在一定間隔距離內(nèi)連續(xù)采用上述方法，結(jié)合施工地質(zhì)調(diào)查，可以得到隧道圍巖的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)，如動(dòng)彈性模量、動(dòng)剪切模量和動(dòng)泊松比參數(shù)等。工作中結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料和施工地質(zhì)工作，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)可以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。
四、系統(tǒng)主要組成部分：
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全套配置 |
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主件部分 |
附件部分 |
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（1）16通道采集系統(tǒng) |
（1）高亮手電筒 |
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（2）8支單向數(shù)據(jù)采集傳感器單元 |
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（3）3個(gè)分線盒 |
（2）隧道專用頭燈 |
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（4）1個(gè)擊發(fā)錘、（內(nèi)置觸發(fā)傳感器） |
（3）專用耦合劑 |
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（5）1臺主機(jī) |
（4）激光測距儀 |
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（6）1套現(xiàn)場采集軟件 |
（6）隧道專用防塵口罩 |
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（7）基于云端的三維出圖與結(jié)論平臺 |
（7）反光貼 |
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（8）護(hù)目鏡 |
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（9）自封防水袋 |
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（10）傳感器連接線 |
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（10）分線盒連接線 |
六、設(shè)備參數(shù)指標(biāo)
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現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄單元參數(shù)指標(biāo) |
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支持測試方法 |
真地震反射成像技術(shù)法、隧道地震反射地質(zhì)預(yù)報(bào)法 |
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預(yù)測距離： |
100-200米； |
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相當(dāng)小預(yù)報(bào)的地質(zhì)尺度： |
1米； |
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A/D精度： |
24bit； |
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采集通道數(shù)： |
16通道 |
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內(nèi)置工業(yè)計(jì)算機(jī) |
i5、128GB固態(tài)硬盤、現(xiàn)場無需外接計(jì)算機(jī)即可工作 |
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采樣速率 |
100KHz/50KHz/10 KHz/5 KHz/多檔可調(diào) |
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采集方式： |
全并行同步采集 |
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顯示器： |
10.1寸高亮液晶屏，陽光下清晰可視 |
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鍵盤： |
全金屬工業(yè)級鍵盤，按鍵壽命大于10萬次 |
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攜帶： |
便攜式，內(nèi)置鋰電池，可連續(xù)工作12小時(shí)，現(xiàn)場無需外接電源即可工作 |
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充電時(shí)間： |
約4小時(shí) |
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電量指示： |
帶百分比的電量指示，同時(shí)可顯示電池電壓 |
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輸出接口： |
2個(gè)USB接口，可接鼠標(biāo)、U盤、移動(dòng)硬盤等 |
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尺寸重量： |
310mm×260mm×130mm；約12公斤 |
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防護(hù)等級： |
IP67（關(guān)閉情況下防水） |
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工作溫度： |
-20℃~60℃ |
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操作系統(tǒng)： |
默認(rèn)為Windows |
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傳感器單元參數(shù)指標(biāo) |
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靈敏度系數(shù) |
1000mV/g |
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量程 |
±5g pk |
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分辨率 |
0.00005 g |
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頻響 |
0.5-3KHz |
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工作溫度 |
-18~66℃ |
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重量 |
7.5克 |
七、成像效果圖
（1）立體圖
（2）側(cè)視圖
（3）俯視圖
八、近期部分案例
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時(shí)間 |
項(xiàng)目名稱 |
預(yù)測隧道地質(zhì)情況 |
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2017年 |
嚴(yán)家灣隧道 |
1、掌子面描述：掌子面（里程k0+700）巖性為灰黑色砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈中風(fēng)化，巖質(zhì)相對稍硬（見掌子面照片），圍巖基本分級為Ⅳ級。 2、在k0+700～k0+670（30m）段：成果圖波速圖顯示，該段波速曲線呈直線分布，即該段內(nèi)圍巖完整性、強(qiáng)度基本一致，巖性主要為中風(fēng)化灰黑色砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，段內(nèi)無地下水發(fā)育，巖體較為干燥，巖體相對較為穩(wěn)定，擾動(dòng)后易發(fā)生掉塊等現(xiàn)象，對施工的影響較小。 3、在k0+670～k0+600（70m）段：該段整體埋深較淺，段內(nèi)圍巖整體受風(fēng)化作用逐漸增強(qiáng)，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，該段波速曲線整體呈緩慢下滑趨勢，即圍巖完整性、強(qiáng)度逐漸減弱，圍巖基本分級為Ⅴ級，其中成果圖俯視圖顯示，在k0+670～k0+640（30m）段，在隧道洞身軸線位置存在與隧道軸線斜交的斷裂構(gòu)造或較大的裂隙，段內(nèi)圍巖相對較為軟弱，穩(wěn)定性差，存在側(cè)壁圍巖側(cè)滑的可能性，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)相對較小，對施工的影響較小；在k0+640～k0+600（40m）段，該段為淺埋段，巖性為強(qiáng)風(fēng)化砂巖或強(qiáng)風(fēng)化砂巖與泥巖互層段，圍巖完整性較差，松散破碎，段內(nèi)巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化裂隙呈張開型，可能有泥質(zhì)充填，對圍巖整體的穩(wěn)定性影響較大，段內(nèi)地下水不發(fā)育，巖體較為干燥。
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2017年 |
中壩隧道 |
1、在K0+980～K0+910（70m）段：該段存在走向與隧道軸線斜交的斷層帶（見俯視圖），在斷層帶內(nèi)及附近，圍巖巖體受構(gòu)造擠壓破碎，巖體破碎，至極破碎，軟弱，穩(wěn)定性極差，存在構(gòu)造裂隙水，斷層帶及構(gòu)造裂隙為地下水富集和流通的通道，有導(dǎo)水的作用，段內(nèi)為富水帶，存在側(cè)壁圍巖側(cè)滑，擠壓初支變形、塌方的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在掘進(jìn)過程中，建議布置1～3個(gè)超前水平鉆孔，隨時(shí)注意觀察炮孔滲水量，防止發(fā)生突水、突泥等事故。 2、在K0+910～K0+880（30m）段：波速圖顯示，該段圍巖內(nèi)波速值逐漸增大，即圍巖完整性、強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，圍巖含水量逐漸降低，以基巖裂隙水為主，水量較大。 |
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2017 |
大白巖隧道 |
1、圍巖總體評價(jià)：該段埋深較淺，圍巖巖性主要為泥頁巖，巖體呈中風(fēng)化，裂隙以風(fēng)化裂隙為主，呈張開型，巖體整體破碎～極破碎、軟弱，圍巖完整性、穩(wěn)定性較差。 2、在YK20+502～YK20+534（32m）段：成果圖波速圖顯示，該段波速曲線呈直線分布，波速值相對穩(wěn)定，即圍巖巖性、完整性基本一致，段內(nèi)圍巖弱含水，呈濕潤狀，其中在YK20+512～YK20+522（10m）段：洞身左側(cè)可能為強(qiáng)風(fēng)化極破碎含水巖體、地表含水覆蓋層，遇水易軟化，形成軟弱帶，施工過程需要特別注意防護(hù)。 3、在YK20+534～YK20+550（16m）段：該段圍巖整體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育比較密集，存在與隧道洞身斜交的構(gòu)造裂隙（導(dǎo)水、匯水的通道和場所），段內(nèi)圍巖含水，水量較小，為地表水從裂隙導(dǎo)入所致，對施工有一定的影響。 4、在YK20+558～YK20+564（8m）段：在隧道洞身右側(cè)，存在不連續(xù)的軟弱夾層帶或節(jié)理裂隙密集帶，圍巖巖體破碎、含水，水量較小，呈濕潤、滲水狀。 |
