基本信息
- 項目名稱：
- 地下工程超前預(yù)報激化極化時域發(fā)射機的研發(fā)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我國水利水電、交通領(lǐng)域中有大量隧道工程，隧道工程地質(zhì)災(zāi)害是制約隧道施工的關(guān)鍵因素，往往由于隧道前方地質(zhì)情況不明，經(jīng)常出現(xiàn)無法預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害，如突水、突泥、坍塌、巖爆和有害氣體等。災(zāi)害一旦發(fā)生，輕則沖毀機具，淹沒隧道，正常施工被迫中斷；重則造成重大的人員傷亡，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失，甚至有些地下工程會因此而被迫停建或改線。所以開展超前預(yù)報顯得尤其重要。 本項目在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，通過大量調(diào)研室內(nèi)外試驗和工程試驗，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的激發(fā)極化時域發(fā)射機。研發(fā)了激發(fā)極化時域發(fā)射機模塊，研究出一種新型電極布置方式。實現(xiàn)了激發(fā)極化法在隧道前方探查含水體，并確定相對涌水量，探測距離可達50m左右。通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，證明其有效性，可有效指導(dǎo)隧道施工，減少或避免隧道突水災(zāi)害，對隧道工程建設(shè)有重要實際意義和社會意義。
- 詳細介紹：
- 近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施工程大規(guī)模建設(shè)，交通工程中長大隧道越來越多，如關(guān)角隧道、秦嶺終南山隧道、龍?zhí)端淼赖?。地下工程突水突泥等?zāi)害頻繁發(fā)生，如宜萬鐵路野三關(guān)隧道2007年8月5日發(fā)生特大涌水，死亡10人；馬鹿箐隧道2006年1月發(fā)生涌水，死亡11人。這些災(zāi)害的發(fā)生，主要是不能提前預(yù)知隧道前方含水體及其大小。國內(nèi)外已有隧道建設(shè)過程中在實時探查和估計隧道前方涌水量方面尚是一個待突破的課題，巖溶裂隙水等不良地質(zhì)的超前實時預(yù)報是解決長大隧道施工安全的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。目前還沒有哪種方法能對隧道前方水體預(yù)報進行準確定位，更無法進行涌水量的估算；在巖溶裂隙水等不良地質(zhì)實時預(yù)報方面還缺乏先進的科學(xué)預(yù)報方法和設(shè)備。 本項目在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，通過大量調(diào)研室內(nèi)外試驗和工程試驗，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的激發(fā)極化時域發(fā)射機。研發(fā)了激發(fā)極化時域發(fā)射機模塊，研究出一種新型電極布置方式。實現(xiàn)了激發(fā)極化法在隧道前方探查含水體，并確定相對涌水量，探測距離可達50m左右。通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，證明其有效性，可有效指導(dǎo)隧道施工，減少或避免隧道突水災(zāi)害，對隧道工程建設(shè)有重要實際意義和社會意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：本項目主要是解決地下工程超前地質(zhì)預(yù)報的問題，預(yù)報不良地質(zhì)體的位置和可能涌水量，避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保障工期和施工安全。 基本思路:經(jīng)過查閱文獻，對發(fā)射機優(yōu)化模塊升級，輔以數(shù)值計算和模型試驗，開展激發(fā)極化發(fā)射機的研制及其用于地下工程超前預(yù)報研究工作。 創(chuàng)新點：拓寬激發(fā)極化的應(yīng)用領(lǐng)域首次將激發(fā)極化的方法用于地下工程領(lǐng)域，研究新型布極方式，可以對含水構(gòu)造進行定位和預(yù)報可能涌水量。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標:在地下工程中開展超前地質(zhì)預(yù)報，可以超前探測50m，測試用時較短，且不影響掌子面的施工。
科學(xué)性、先進性
- 目前國內(nèi)外隧道地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報方法主要有以下幾種，直接預(yù)報法、地質(zhì)分析法和物探法。目前常用的物探手段有TSP、地質(zhì)雷達和瞬變電磁方法。這些手段都取得了一定的成果，但是未見對水體和水量預(yù)報的報道。 激發(fā)極化（IP，Introduced Polarization ）法作為一種重要的電磁勘探方法,以其獨特的優(yōu)點(經(jīng)濟、無損、快速及信息豐富等)廣泛應(yīng)用于資源勘探與工程勘察中。激發(fā)極化法是通過接收和分析各種異常體的激發(fā)極化效應(yīng)來達到探測預(yù)報的目的。它有對隧道不良水體反映靈敏的特點,可用來預(yù)報工作面前方突水異常體及其涌水量情況。在隧道及地下坑道的超前地質(zhì)預(yù)報中，激發(fā)極化法對隧道水體不良地質(zhì)體的預(yù)報具有明顯的效果。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2008年8月國家大學(xué)生創(chuàng)新性試驗計劃項目立項資助 2009年6月獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該設(shè)備操作簡單，在現(xiàn)場探測布置方便。在隧道內(nèi)沿掌子面后方隧道地板布置布置電極，連線后即可測量。該方法不僅可以定位不良地質(zhì)體的位置，而且可以預(yù)報可能涌水量。激發(fā)極化法作為一種重要的電磁勘探方法,以其獨特的優(yōu)點(經(jīng)濟、無損、快速及信息豐富等)廣泛應(yīng)用于資源勘探與工程勘察中。在隧道及地下坑道的超前地質(zhì)預(yù)報中，激發(fā)極化法對隧道水體不良地質(zhì)體的預(yù)報具有明顯的效果。 在我國有大量的隧道工程，突水、突泥、坍塌、巖爆和有害氣體等地質(zhì)災(zāi)害，一旦發(fā)生后果嚴重。超前地質(zhì)預(yù)報已成為施工的必要環(huán)節(jié)，不良地質(zhì)體的定位及涌水量的預(yù)報，能夠避免較大的工程事故的發(fā)生，帶來較大的經(jīng)濟效益，保證生命財產(chǎn)安全。
同類課題研究水平概述
- 目前，在地下工程超前預(yù)報領(lǐng)域中常用的方法有TSP超前預(yù)報技術(shù)、地震負視速度法、 TRT真地震反射成像技術(shù)、地質(zhì)雷達、紅外探水法等，但是還沒有哪種方法能對隧道前方水體預(yù)報進行準確定位，更無法進行涌水量的估算；在巖溶裂隙水等不良地質(zhì)實時預(yù)報方面還缺乏先進的科學(xué)預(yù)報方法和設(shè)備。 時間域激發(fā)極化法直接找水是我國物探工作者于上世紀70年代中期集體發(fā)明的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的方法。上世紀80年代中期，謝明魁發(fā)明了激發(fā)極化二次時差法。該方法是向地下分別供入不同大小的電流作為激發(fā)電流，分別測取極化電位的半衰時，測出大電流供電的極化半衰時和小電流供電極化的半衰時之差，含自由水的含水層的差值為正值，且含水量越大，二次時差值越大。通過已知條件的測值相關(guān)，可以計算出含水量。經(jīng)過幾十個工地，上百個鉆孔均獲得成功。激發(fā)極化在地面上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但在地下隧道或坑道上的應(yīng)用也總的來說只是一個初步嘗試，地面探測的基本上是一個半空間的解釋問題，這有利于激發(fā)極化的處理與解譯；而大部分隧道中的探測則相當于一個近全空間解釋問題，這就增加了激發(fā)極化的多解性，很不利于各種異常的判斷，需要做各種各樣的處理，但其最終的解釋結(jié)果會受到很大的影響。 此外，現(xiàn)有隧道中的激發(fā)極化發(fā)射機基本上都是照搬地面上的，所以，在隧道進行測量時就顯得比較笨重，不夠便攜和靈活。因此，適合于隧道超前預(yù)報的激發(fā)極化發(fā)射機的研制就成了一個關(guān)鍵。本項目主要是對頻段激發(fā)極化時域發(fā)射機的進行研究，它是在現(xiàn)有激發(fā)極化發(fā)射機的研究基礎(chǔ)上對其進行一定的改進，試圖提高激發(fā)極化發(fā)射機的性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計上使其變得方便，輕巧和靈活，更加適應(yīng)于隧道中的探測，提高隧道超前地質(zhì)預(yù)報的工作效率。
