超前地质探测系统在盾构隧道施工中的应用

1超前地质预报BEAM—G4系统简介

BEAM-G4系统是一种应用聚焦电流发极化方法原理的地质超前预报系统，适用于地下工程建筑工业领域和已建隧道测量，可安装在现代机械化盾构机上，在隧道工程恶劣环境条件下可满足地球物理探测需求。盾构机通过BEAM-G4系统，能够保持持续掘进，可不断对隧道掌子面前方3倍隧道直径距离的地质情况进行探测，自动进行数据采集和地质评估，实时显示预报结果，利于现场快速做出判断。BEAM-G4系统可在土压平衡式（EPB）盾构机、泥浆型（Slurry）盾构机、抓取式（Gripper）盾构机或双护盾式盾构机上安装使用。

BEAM-G4系统的主要部件由放置在盾构机操作室里的测量单元和作为测量电极的盾构机刀盘组成。测量单元连接盾构机的制导系统和可编程控制器（PLC），接收盾构机的位置和掘进状态信号，自动采集数据和实时显示。

2BEAM-G4系统在盾构隧道中的应用

2.1可视化界面

（1）自动模式和手动模式界面。BEAM-G4系统的可视化界面在前台显示，一般采用自动模式，当自动测桩无法实现时，采用手动模式控制界面，通过按ALT和TAB的组合键进行选择。自动模式可视化界面、手动模式控制界面见图1和图2。

（2）电缆检查界面。红色灯亮，BEAM-G4系统的控制单元开始运行并获取数据，灯灭停止运行，关闭电源开关，重新打开重启系统。BEAM-G4系统大约每分钟对所有电缆检查一次，通过界面信号指示灯AO、Al、B1、B2检查电缆连接（见图3）。信号指示灯全部为绿色，可进行测量及存储有效数据。如果有一个指示灯没亮，说明电缆连接存在问题，应进行检查。

（3）测桩参数和挖掘信号显示界面。在BEAM-G4系统自动模式下，界面显示测桩参数（从掘进起始点开始的距离）和挖掘信号（TBM开始掘进）（见图4）。如果界面上自动测距信号指示灯熄灭，可使用手动模式。选择ALT和TAB组合键进入BEAM-G4系统控制界面。在“Chainage”单元改变测距。如果界面上挖掘信号灯熄灭，掘进停止。在BEAM-G4系统不支持自动挖掘时，可以启动手动模式掘进。应注意：只有系统在挖掘模式下（即掘进信号开启时），以及所有电缆连接完好时，才能存储有效数据。

（4）监控界面。BEAM-G4系统可通过以太网进入因特网的监控电脑，选择“Exit"按键结束可视化界面，选择其旁边的按键可对目前视频界面进行快照，视频快照被保存在路径C:\BEAM_G4\screenshots。

（5）数据显示界面。当BEAM-G4系统获得有效数据时，界面上的数据图左上角显示数据值，可显示14400min的采样数据，最新采集的数据在数据图右轴上显示，旧数据向左轴移动。如果两轴间出现空白，没有数据存储，应检查电缆连接和有无挖掘信号。数据图右上方显示与掘进距离相对应的数据值，当测距值变化大于TBM盾构机直径的1%时才会更新，若长时间未更新，需要对测距桩值进行更新。手动模式下输入测距值时，应根据TBM操作人员提供的信息更新当前的桩值。

2.2BEAM-G4系统控制

在特殊情况下，自动模式转换为手动模式需要在控制界面下完成。

（1）掘进采用手动模式步骤。选择ALT和TAB组合键，进入BEAM-G4系统控制界面，在“Manual Mode”前的方格中打勾，点击开启或停止键，控制TBM盾构机。

（2）采用手动测距模式步骤（见图5）。选择ALT和TAB组合键，进入BEAM-G4系统控制界面，在“Manual Mode”前的方格中打勾，在其下面的方格中输入新桩值，其上面的方格显示的是上一次桩值。按“Edit"按键，保存新桩值，上面方格内的数值更新。如果TBM操作人员提供更新桩值，重复上述步骤。

3结束语

BEMA-G4系统在天津地下直径线工程盾构隧道成功应用，实现了盾构机的快速掘进，在隧道开挖过程中不受地层干扰，提高了掘进效率，减少了风险，确保了施工安全，节省了施工费用。