本发明涉及地质勘察，具体为一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置。
背景技术：
1、随着我国大型基础设施的建设，在施工中经常遇到一些埋深大，里程长的隧洞，存在的地质问题也越来与复杂，穿越的地质单元也越来越多。在地下隧洞施工过程中，由于地质条件的变化，常发生突发性的意外情况(如：塌方、涌水、突泥、岩爆、高瓦斯等地质灾害)。因此，隧道施工开挖过程中的地质超前预报就显得尤为重要，通过隧洞地质超前预报，及时预报隧洞掌子面前方的不良地质体及其性质、位置、规模、产状与成灾可能性，预防灾害性事故的发生，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据。
2、目前，隧洞开挖一般分为钻爆法和tbm法，tbm法又分为敞开式tbm掘进和护盾式tbm掘进。隧洞开挖最为常见的是采用钻爆法掘进，掌子面、洞壁均裸露，洞室内相对开阔无遮挡，在开展地震反射超前预报时，激发震源可以采用常规的爆炸激发、锤击激发，接收检波器可以直接与岩石洞壁粘贴耦合；因此，在钻爆法掘进和敞开式tbm掘进隧道中开展地震反射超前预报现场作业较为容易。而护盾式tbm掘进，隧洞掌子面和洞壁全部被封闭，掌子面周边洞壁被护盾封闭，已开挖的洞身洞壁被预制管片封闭。采用常规的爆炸激发、锤击激发无法直接实施，接收检波器也无法直接与岩石洞壁粘贴耦合；因此，有必要设计一种专门针对护盾式tbm掘进的超前预报激发装置。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，实现了在护盾式tbm掘进隧洞中开展地震反射超前预报突破。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，包括电驱锤击震源激发装置和震源接收装置，在tbm掘进机内靠近掌子面的位置对称安装有两组所述电驱锤击震源激发装置，在隧洞内壁的不同位置处安装多个所述震源接收装置，在tbm掘进机左右两边的护盾上均开设有多个天窗孔，所述电驱锤击震源激发装置包括箱体、升降支腿和偏转座，所述升降支腿的顶部固定有安装板，所述偏转座位于所述安装板的上方，并转动连接所述安装板，所述偏转座的偏转轴线平行于tbm掘进机的护盾轴线，所述箱体设置在所述偏转座的顶部，所述箱体内设置有激发机构，所述激发机构包括锤棒、勾齿杠杆、大弹簧和小弹簧，所述锤棒水平设置，并滑动穿设在所述箱体上，所述箱体内围绕所述锤棒设置有多个所述大弹簧，所述大弹簧的一端连接所述锤棒，另一端连接所述箱体的内壁，所述勾齿杠杆设置在所述锤棒的下方，并偏心铰接在所述箱体上，所述勾齿杠杆的短臂端形成有勾齿，所述锤棒的底部开设凹槽，所述小弹簧设置在所述勾齿杠杆的下方，所述小弹簧的一端连接所述勾齿杠杆的长臂，另一端连接所述箱体的内底壁，所述小弹簧始终处于拉伸状态；
3、所述震源接收装置包括无线地震检波器，所述无线地震检波器用于接收所述电驱锤击震源激发装置锤击隧洞壁产生的地震信号。
4、进一步地，所述箱体内水平安装有锁止液压缸，所述锁止液压缸的伸缩轴连接有锁块，所述锁止液压缸垂直于所述勾齿杠杆，所述勾齿杠杆的长臂段靠近所述锁块的一侧开设有锁槽，当所述勾齿适配在所述凹槽内时，所述锁槽位于所述锁块的移动路径上。
5、进一步地，所述凹槽的顶壁为平面，所述凹槽远离所述勾齿杠杆的侧壁为抵接平面，所述凹槽靠近所述勾齿杠杆的侧壁为楔形面，所述勾齿的顶部为倾斜接触面，所述勾齿靠近所述凹槽的一端为倾斜抵接面，当所述勾齿向上偏转至所述凹槽内时，所述倾斜接触面偏转至水平状态与所述平面配合接触，所述倾斜抵接面偏转至与所述抵接平面平行，当所述倾斜抵接面接触所述抵接平面时，所述锁止液压缸带动所述锁块适配至所述锁槽内。
6、进一步地，所述锤棒的顶部沿自身长度方向固定有齿条，所述箱体内转动设置有大齿轮，所述大齿轮啮合所述齿条，所述箱体内安装有电机，所述电机的输出轴连接有小齿轮，所述小齿轮啮合所述大齿轮，所述箱体的内壁安装有距离传感器，所述距离传感器的检测光路平行于所述齿条，所述齿条的一端位于所述距离传感器的检测光路上，所述锤棒上设置有震动触发开关，所述震动触发开关连接所述无线地震检波器。
7、进一步地，所述大齿轮通过驱动轴转动连接所述箱体，所述大齿轮通过花键滑动套装在所述驱动轴上，所述大齿轮通过移动与所述齿条啮合或分离。
8、进一步地，所述驱动轴上间隙套装有驱动盘，所述驱动盘的外径大于所述大齿轮的外径，所述驱动盘靠近所述大齿轮的端面开设有轴承圆槽，所述轴承圆槽与所述驱动盘同轴设置，所述轴承圆槽内设置有轴承，所述轴承的外壁连接所述驱动盘，所述大齿轮靠近所述驱动盘的端面同轴固定有中空轴，所述中空轴连接在所述轴承的内圈上，所述箱体内安装有切换气缸，所述切换气缸平行于所述驱动轴，所述切换气缸的伸缩轴连接有拨齿杆，所述拨齿杆位于所述驱动盘的上方，所述拨齿杆的底壁间隔固定有两个限位齿，所述驱动盘限制在两个所述限位齿之间。
9、进一步地，所述安装板的顶部沿所述偏转座的偏转轴向间隔固定有两个轴承座，两个所述轴承座之间设置有偏转轴，所述偏转轴转动连接所述轴承座，所述偏转座位于两个所述轴承座之间，并固定套装在所述偏转轴上，其中一所述轴承座上安装有步进电机，所述步进电机的输出轴传动连接所述偏转轴。
10、进一步地，所述偏转座的顶面沿所述锤棒的移动方向开设有缓冲槽，所述缓冲槽内连接有缓冲弹簧，所述箱体的底部固定有缓冲滑块，所述缓冲滑块滑动适配在所述缓冲槽内，并连接所述缓冲弹簧。
11、进一步地，所述箱体尾部的两侧均设置有缓冲支撑杆，所述缓冲支撑杆包括杆一和杆二，所述杆一的低端铰接在tbm掘进机的底板上，所述杆一的高端开设有滑孔，所述滑孔内设置有长缓冲弹簧，所述杆二的一端间隙配合在所述滑孔内，另一端铰接在所述箱体的侧壁上，所述长缓冲弹簧的两端分别连接所述杆一与杆二。
12、进一步地，所述震源接收装置还包括铁套管和玻璃纤维锚杆，所述铁套管穿过所述预制管片连接围岩，用于隔离所述围岩与预制管片之间填充的砂砾石，所述玻璃纤维锚杆穿入所述铁套管内连接所述围岩，所述玻璃纤维锚杆的底部连接所述无线地震检波器。
13、本发明的有益效果是：
14、在tbm的护盾上开设供锤棒伸出的天窗孔，锤棒靠近勾齿杠杆移动，使锤棒拉伸大弹簧蓄力，当勾齿对应凹槽时，在小弹簧的作用力下，使勾齿杠杆偏转使勾齿适配至凹槽内，从而锁住锤棒，实施时，勾齿杠杆带动勾齿远离锤棒偏转，使勾齿从凹槽内脱离，在大弹簧的反作用力下，使锤棒从天窗孔伸出锤击在隧洞壁上，以此产生震源信号，通过无线地震检波器接收地震信号，无线地震检波器通过采集多层反射信号，对隧道内各层介质体进行三维反演计算，得出隧洞掌子面前方约100m范围内的三维成果图，并分析资料进行地质超前预报，解决了现有隧洞tbm掘进机无法进行地震超前预报的问题，实现了在护盾式tbm掘进隧洞中开展地震反射超前预报突破。
1.一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，包括电驱锤击震源激发装置和震源接收装置，在tbm掘进机内靠近掌子面的位置对称安装有两组所述电驱锤击震源激发装置，在隧洞内壁的不同位置处安装多个所述震源接收装置，在tbm掘进机左右两边的护盾上均开设有多个天窗孔(1)，所述电驱锤击震源激发装置包括箱体(2)、升降支腿(3)和偏转座(4)，所述升降支腿(3)的顶部固定有安装板(5)，所述偏转座(4)位于所述安装板(5)的上方，并转动连接所述安装板(5)，所述偏转座(4)的偏转轴线平行于tbm掘进机的护盾轴线，所述箱体(2)设置在所述偏转座(4)的顶部，所述箱体(2)内设置有激发机构，所述激发机构包括锤棒(6)、勾齿杠杆(7)、大弹簧(8)和小弹簧(9)，所述锤棒(6)水平设置，并滑动穿设在所述箱体(2)上，所述箱体(2)内围绕所述锤棒(6)设置有多个所述大弹簧(8)，所述大弹簧(8)的一端连接所述锤棒(6)，另一端连接所述箱体(2)的内壁，所述勾齿杠杆(7)设置在所述锤棒(6)的下方，并偏心铰接在所述箱体(2)上，所述勾齿杠杆(7)的短臂端形成有勾齿(10)，所述锤棒(6)的底部开设凹槽(11)，所述小弹簧(9)设置在所述勾齿杠杆(7)的下方，所述小弹簧(9)的一端连接所述勾齿杠杆(7)的长臂，另一端连接所述箱体(2)的内底壁，所述小弹簧(9)始终处于拉伸状态；
2.根据权利要求1所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述箱体(2)内水平安装有锁止液压缸(12)，所述锁止液压缸(12)的伸缩轴连接有锁块(13)，所述锁止液压缸(12)垂直于所述勾齿杠杆(7)，所述勾齿杠杆(7)的长臂段靠近所述锁块(13)的一侧开设有锁槽(14)，当所述勾齿(10)适配在所述凹槽(11)内时，所述锁槽(14)位于所述锁块(13)的移动路径上。
3.根据权利要求2所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述凹槽(11)的顶壁为平面，所述凹槽(11)远离所述勾齿杠杆(7)的侧壁为抵接平面(15)，所述凹槽(11)靠近所述勾齿杠杆(7)的侧壁为楔形面(16)，所述勾齿(10)的顶部为倾斜接触面(17)，所述勾齿(10)靠近所述凹槽(11)的一端为倾斜抵接面(18)，当所述勾齿(10)向上偏转至所述凹槽(11)内时，所述倾斜接触面(17)偏转至水平状态与所述平面配合接触，所述倾斜抵接面(18)偏转至与所述抵接平面(15)平行，当所述倾斜抵接面(18)接触所述抵接平面(15)时，所述锁止液压缸(12)带动所述锁块(13)适配至所述锁槽(14)内。
4.根据权利要求3所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述锤棒(6)的顶部沿自身长度方向固定有齿条(19)，所述箱体(2)内转动设置有大齿轮(20)，所述大齿轮(20)啮合所述齿条(19)，所述箱体(2)内安装有电机(21)，所述电机(21)的输出轴连接有小齿轮(22)，所述小齿轮(22)啮合所述大齿轮(20)，所述箱体(2)的内壁安装有距离传感器(23)，所述距离传感器(23)的检测光路平行于所述齿条(19)，所述齿条(19)的一端位于所述距离传感器(23)的检测光路上，所述锤棒(6)上设置有震动触发开关(45)，所述震动触发开关(45)连接所述无线地震检波器(43)。
5.根据权利要求4所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述大齿轮(20)通过驱动轴(24)转动连接所述箱体(2)，所述大齿轮(20)通过花键滑动套装在所述驱动轴(24)上，所述大齿轮(20)通过移动与所述齿条(19)啮合或分离。
6.根据权利要求5所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述驱动轴(24)上间隙套装有驱动盘(25)，所述驱动盘(25)的外径大于所述大齿轮(20)的外径，所述驱动盘(25)靠近所述大齿轮(20)的端面开设有轴承圆槽(26)，所述轴承圆槽(26)与所述驱动盘(25)同轴设置，所述轴承圆槽(26)内设置有轴承(27)，所述轴承(27)的外壁连接所述驱动盘(25)，所述大齿轮(20)靠近所述驱动盘(25)的端面同轴固定有中空轴(28)，所述中空轴(28)连接在所述轴承(28)的内圈上，所述箱体(2)内安装有切换气缸(29)，所述切换气缸(29)平行于所述驱动轴(24)，所述切换气缸(29)的伸缩轴连接有拨齿杆(30)，所述拨齿杆(20)位于所述驱动盘(25)的上方，所述拨齿杆(20)的底壁间隔固定有两个限位齿(31)，所述驱动盘(25)限制在两个所述限位齿(31)之间。
7.根据权利要求1所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述安装板(5)的顶部沿所述偏转座(4)的偏转轴向间隔固定有两个轴承座(32)，两个所述轴承座(32)之间设置有偏转轴(33)，所述偏转轴(33)转动连接所述轴承座(32)，所述偏转座(4)位于两个所述轴承座(32)之间，并固定套装在所述偏转轴(33)上，其中一所述轴承座(32)上安装有步进电机(34)，所述步进电机(34)的输出轴传动连接所述偏转轴(33)。
8.根据权利要求1所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述偏转座(4)的顶面沿所述锤棒(6)的移动方向开设有缓冲槽(35)，所述缓冲槽(35)内连接有缓冲弹簧(36)，所述箱体(2)的底部固定有缓冲滑块(37)，所述缓冲滑块(37)滑动适配在所述缓冲槽(35)内，并连接所述缓冲弹簧(36)。
9.根据权利要求8所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述箱体(2)尾部的两侧均设置有缓冲支撑杆，所述缓冲支撑杆包括杆一(38)和杆二(39)，所述杆一(38)的低端铰接在tbm掘进机的底板上，所述杆一(38)的高端开设有滑孔(39)，所述滑孔(39)内设置有长缓冲弹簧(40)，所述杆二(39)的一端间隙配合在所述滑孔(39)内，另一端铰接在所述箱体(2)的侧壁上，所述长缓冲弹簧(40)的两端分别连接所述杆一(38)与杆二(39)。
10.根据权利要求1所述的一种隧洞tbm掘进地震超前预报激发装置，其特征在于，所述震源接收装置还包括铁套管(44)和玻璃纤维锚杆(41)，所述铁套管(44)穿过所述预制管片连接围岩(42)，用于隔离所述围岩(42)与预制管片之间填充的砂砾石，所述玻璃纤维锚杆(41)穿入所述铁套管(44)内连接所述围岩(42)，所述玻璃纤维锚杆(41)的底部连接所述无线地震检波器(43)。
