原创 TBM法在颚式破石机破石中的应用

目前 TBM 在我国应用越来越广泛，随着隧洞工程的发展，掘进技术、支护技术、通风技术等都有了较为成熟的应用，然而不良地质条件在施工中诱发的各种地质灾害往往成了 当前长大隧道施工中的主要障碍。前期的工勘不可能完全准确的查明隧洞轴向的工程地质问题，如何及早探明前方不良地质条件是目前隧洞施工中一项十分具有现实 意义的工作。
通常采用的地质预报方法中主要有 TSP 地震波超前地质预报方法、超前钻探法、地质雷达等，但 TSP 法和超前钻探法均需要在 TBM 停机情况下进行钻探作业，影响了 TBM 设备的利用效率，影响施工进度磨粉机价格。TSP还需要经验丰富的地质人员进行综合分析。地质雷达法无法靠近掌子面进行操作颚式破石机。并且 TBM 施工洞段的空间有限，还限制了其他有些超前地质预报的进行。
德国 Qumon 公司开发研制的新一代 BEAM 技术（Bore-tunneling Electrical Ahead Monitoring）是当今国际上一种最新的电法类超前地质预报方法喂料机。BEAM 法能够直观反映出 TBM 施工前方的地质情况。本章通过对该方法实际应用的介绍为类似工程提供借鉴水泥机械。

2　BEAM法工作原理与方法
2.1　BEAM法的基本工作原理
BEAM 测试技术是通过对岩层电阻率进行测试来探知岩体质量和其中的空洞及水体。
地下岩体在人工电场作用下会发生复杂的电化学过程，并形成一个随时间增加而增长的极化电场，它叠加在人工电场及由于岩体电性差异而产生的异常电场之上烘干机设备。习惯上把人工电场及因岩体电性差异而产生的电场称为一次电场，把极化电场称为二次电场，它们的叠加称为总场。总场经数分钟后趋于饱和，如果切断电源，一次电场随即消失，但二次电场却仍然存在并随时间增加而逐渐衰减，几十秒至几分钟后衰减至零，这种现象称为激发极化效应水泥生产工艺。常规电法勘探中的激发极化法就是通过研究激发极化电场的分布以达到找矿、找水或解决其他地质问题的一种物探方法。早期的激发极化法应用主要以直流激电法为主，但由于直流激电法断电后的二次电场易受外界电磁干扰，激电法后来的发展以交流激发极化法为主陶瓷球磨机。
德国 Qumon 公司开发研制的新一代 BEAM-G4 测试系统就是一种以交流激发极化法为探测手段的全新技术，与之前的 BEAM-G3 在测试方法、可视化界面等方面有所改进。
2.2　BEAM系统的组成、安装和应用
BEAM-G4 系统由主机、数据采集解译软件、连接线路、数据转换盒、A0 电极、Al 电极、B1 电极和 B2 电极组成磨煤机。BEAM 测试系统能够将整个极化过程中岩层电阻系数的变化频率过程记录下来。特殊情况下的水体、空洞、高孔隙率等地质介质对激发极化的参数有相当大的影响水泥机械。 因此 BEAM  测试系统可以对这些工程地质问题做出准确的预测，相对于传统的电法探测，BEAM 系统的核心技术在于改善了电法测试的灵敏度和稳定性，利用同性电极排斥的原理，通过在隧道掌子面布置正电极 A1 建立保护电场，使得正电极 A0 产生的电流呈放射状向隧道纵深传播的更远，接地负电极采用 B1 和 B2  两个电极（图 1 ）。
将返回的测试电流通过数据转换盒接入测试系统主机当中，由主机按一定程序进行控制测量，从而得到一组与该掌子面前方一定范围内电阻率和极化率的空间分布情况震动筛。供电电流采用多频方式供电，测量不同频率下的观测数据。
开发 BEAM 超前地质预报系统的德国 Qumon 公司通过 3D 有限元模拟研究认为该技术向掌子面前方的预测距离可达到隧洞断面直径的 3  倍陶瓷球磨机。 在 BEAM 系统实时测试过程中，通过 PFE 和电阻率的变化可以辨别出相关岩石的变化情况，并且通过可视化窗口实时反映，可以为施工现场快速决定做依据。如图 2，右下方显示的地质解释（其中 1 表示较完整围岩、2 表示较软围岩、3 表示裂隙相当发育、4 表示含水或富水），右上方显示的实时监测数据，左上方显示的数据的叠加，左下方为电极的工作状态、桩号、开挖状态等信息复合式破碎机。
2.3　BEAM 测试数据解析依据
岩体及其含水性不同，电性和极化特征不同，因此频率响应也不同，BEAM 正是利用此原理工作。BEAM法供电采用频率分别为 f1 和 f2 的低频电流，然后按下列公式计算电阻率 R(Q?m)和频率效应百分比 PFE(％ )：

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