CN105697023A - 一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工领域，公开了一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机，通过在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；将微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。本发明的运行性能稳定，数据传输抗干扰能力强，并能准确获取围岩信息参数，可与盾构机结合，实现实时地质情况的超前预报。

Description

一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机。

背景技术

目前，隧道工程建设中超前地质预报常用的技术方法为超前钻孔勘探和物探超前地质预报等，但该类方法存在影响施工工序、不能连续勘探、准确性差等缺点，常因地质误判导致隧道塌方事故的发生。因此，为准确探明隧道前方不良地质情况，确保隧道施工安全，需要一种能够对隧道掌子面前方地质条件进行连续勘探，并及时将地质条件信息传出的设备。

现有技术中提出了一些技术方案，例如：专利1：CN103603669A公开了一种盾构隧道不良地质预报装置，该预报装置包括:雷达系统，所述雷达系统包括信号发射器、发射天线和接受天线，所述信号发射器与所述发射天线连接，发射天线和接受天线均设置于盾构机的刀盘上。信息处理终端，信息处理终端与所述雷达系统电连接。专利2：CN203365692U公开了一种用于隧道建设的集成式远程控制超前地质预报系统，通过增设集成远程控制系统，将起爆装置，数据采集装置，数据传输装置集成为超前地质预报系统。但现有技术中的超前地质预报系统，在获取数据的方法、种类和与盾构机等现代化施工设备的配合方面还有所欠缺，有必要开发相应的设备及多数据综合分析及预测系统。

发明内容

本发明提供隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机，解决现有技术中的地质预报系统在获取数据的方法、种类和与盾构机等现代化施工设备的配合方面存在欠缺的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微型掘进机，包括：外壳1、刀盘3、伸缩杆5、摄像头10、通信模块11、电缆12和进水管13，其中，所述外壳1前端设有刀盘3和微振传感器6，所述刀盘3表面设有刀片4及射水孔，所述微振传感器6与所述通信模块11连接，所述外壳1中部设有伸缩环7，所述伸缩环7表面设有固定刺8，所述外壳1后端设有所述摄像头10、电缆12和进水管13，所述摄像头10与所述通信模块11连接，所述通信模块11通过所述电缆12连接至盾构机控制室中的计算机，所述外壳1两外侧设有履带9。

一种隧道地质勘探方法，包括：

在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；

将如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；

当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；

将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。

一种地质勘探系统，包括：如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机、数据处理模块和预测模块，

其中，所述微型掘进机，用于当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给数据处理模块，以进行分析；

所述数据处理模块，用于处理勘探孔内部图片、渗透系数、抗压强度、微震信号和监测数据，建立孔间数据关联，并综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，确定掌子面前方超前预测范围内岩体是否存在影响掘进的缺陷；

所述预测模块，用于通过数值仿真方法建立隧道掘进模型，预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。

本发明提供一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机，通过在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；将微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。本发明的运行性能稳定，数据传输抗干扰能力强，并能准确获取围岩信息参数，可与盾构机结合，实现实时地质情况的超前预报。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供一种微型掘进机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供一种隧道地质勘探方法的流程图；

图3为本发明实施例提供一种地质勘探系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，为一种微型掘进机的结构示意图，包括：外壳1、刀盘3、伸缩杆5、摄像头10、通信模块11、电缆12和进水管13，其中，所述外壳1前端设有刀盘3和微振传感器6，所述刀盘3表面设有刀片4及射水孔，所述微振传感器6与所述通信模块11连接，所述外壳1中部设有伸缩环7，所述伸缩环7表面设有固定刺8，所述外壳1后端设有所述摄像头10、电缆12和进水管13，所述摄像头10与所述通信模块11连接，所述通信模块11通过所述电缆12连接至盾构机控制室中的计算机，所述外壳1两外侧设有履带9。

其中，所述伸缩环7用于通过反力及伸缩量测定岩体弹性模量，以评估岩体的抗压强度；所述射水孔用于注水测定岩体渗透系数；所述微振传感器6用于测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；所述摄像头10可用于直观观测钻孔内裂隙状态。

所述微型掘进机加装于盾构机之上，所述微型掘进机运行之前，输入盾构机的掘进路线，可使得所述微型掘进机根据盾构机的掘进路线进行掘进，并可根据通信模块11进行定位。

所述外壳1直径为100mm至500mm。

实际应用过程中，微型掘进机可设置4至6组，形成4至6个勘探孔，可测量岩体多处的地质情况，微型掘进机可放入勘探孔内，启动之后，微型掘机中部的伸缩环7开始膨胀，并刺入周围岩体，前部刀盘3开始转动，并通过射水孔喷射高压水，开始破岩；破岩过程中，微型掘进机保持机身不动，刀盘3向前伸缩，当伸缩杆5达到最大量程时，伸缩环7收缩，在履带9带动下机身前进，同时伸缩杆5收缩，重复以上步骤即可实现微型掘进机不断向前钻孔。

本发明实施例提供的微型掘进机能准确获取围岩信息参数，准确率90％以上。微型掘进机，外形小，性能稳定，钻进速度>2～10m/h。通过无线和有线两种方式传输数据，且有线为高屏蔽电缆，提升了数据传输抗干扰能力，能适应隧道内施工作业环境。所述微型掘进机加装于盾构机之上，能够与盾构机结合，实现实时地质超前预报。

本发明实施例还提供了一种隧道地质勘探方法，如图2所示，包括：

步骤201、在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；

步骤202、将微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；

步骤203、当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；

其中，所述对岩体的地质情况进行测量，具体可以包括：

通过伸缩环上的反力及伸缩量，测定岩体弹性模量并估计抗压强度；

伸缩环封闭整个勘探孔，通过射水孔注水测定岩体渗透系数；

通过微振传感器，测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；

通过摄像头，对勘探孔内的裂隙进行统计。

步骤204、将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。

其中，步骤204之后可以包括：

盾构机控制室中的计算机根据多个勘探孔的测量数据，建立勘探孔间的数据联系，综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，以确定隧道掌子面前方超前预测范围内的岩体是否存在影响掘进的缺陷。

为了建立的整个三维数值仿真模型，步骤204之后还可以包括：

盾构机控制室中的计算机根据数值仿真方法，建立隧道掘进模型，并预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。

本发明实施例中，根据施工时间安排，确定所述微型掘进机的预设掘进深度，当所述微型掘进机掘进到预设掘进深度时，微型掘进机停止掘进；或者，所述微型掘进机与盾构机同时掘进。

本发明提供一种隧道地质勘探方法，通过在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；将微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。本发明的运行性能稳定，数据传输抗干扰能力强，并能准确获取围岩信息参数，可与盾构机结合，实现实时地质情况的超前预报。

本发明实施例还提供了一种地质勘探系统，如图3所示，包括：如上所述的微型掘进机310、数据处理模块320和预测模块330，

其中，所述微型掘进机310，用于当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给数据处理模块，以进行分析；

所述数据处理模块320，用于处理勘探孔内部图片、渗透系数、抗压强度、微震信号和监测数据，建立孔间数据关联，并综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，确定掌子面前方超前预测范围内岩体是否存在影响掘进的缺陷；

所述预测模块330，用于通过数值仿真方法建立隧道掘进模型，预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种微型掘进机，其特征在于，包括：外壳(1)、刀盘(3)、伸缩杆(5)、摄像头(10)、通信模块(11)、电缆(12)和进水管(13)，其中，所述外壳(1)前端设有刀盘(3)和微振传感器(6)，所述刀盘(3)表面设有刀片(4)及射水孔，所述微振传感器(6)与所述通信模块(11)连接，所述外壳(1)中部设有伸缩环(7)，所述伸缩环(7)表面设有固定刺(8)，所述外壳(1)后端设有所述摄像头(10)、电缆(12)和进水管(13)，所述摄像头(10)与所述通信模块(11)连接，所述通信模块(11)通过所述电缆(12)连接至盾构机控制室中的计算机，所述外壳(1)两外侧设有履带(9)。

2.根据权利要求1所述的微型掘进机，其特征在于，所述伸缩环(7)用于通过反力及伸缩量测定岩体弹性模量，以评估岩体的抗压强度；所述射水孔用于注水测定岩体渗透系数；所述微振传感器(6)用于测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；所述摄像头(10)可用于直观观测钻孔内裂隙状态。

3.根据权利要求1或2所述的微型掘进机，其特征在于，所述微型掘进机加装于盾构机之上，可根据盾构机的掘进路线进行掘进，并可根据通信模块(11)进行定位。

4.根据权利要求1或2所述的微型掘进机，其特征在于，所述外壳(1)直径为100mm至500mm。

5.一种隧道地质勘探方法，其特征在于，包括：

在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；

将如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；

当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；

将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。

6.根据权利要求1所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述对岩体的地质情况进行测量，包括：

通过伸缩环上的反力及伸缩量，测定岩体弹性模量并估计抗压强度；

伸缩环封闭整个勘探孔，通过射水孔注水测定岩体渗透系数；

通过微振传感器，测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；

通过摄像头，对勘探孔内的裂隙进行统计。

7.根据权利要求1所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析之后，包括：

盾构机控制室中的计算机根据多个勘探孔的测量数据，建立勘探孔间的数据联系，综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，以确定隧道掌子面前方超前预测范围内的岩体是否存在影响掘进的地质缺陷。

8.根据权利要求1所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析之后，还包括：

盾构机控制室中的计算机根据数值仿真方法，建立隧道掘进模型，并预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。

9.根据权利要求1所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，根据施工时间安排，确定所述微型掘进机的预设掘进深度，当所述微型掘进机掘进到预设掘进深度时，微型掘进机停止掘进；或者，

所述微型掘进机与盾构机同时掘进。

10.一种地质勘探系统，其特征在于，包括：如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机、数据处理模块和预测模块，

其中，所述微型掘进机，用于当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给数据处理模块，以进行分析；

所述数据处理模块，用于处理勘探孔内部图片、渗透系数、抗压强度、微震信号和监测数据，建立孔间数据关联，并综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，确定掌子面前方超前预测范围内岩体是否存在影响掘进的缺陷；

所述预测模块，用于通过数值仿真方法建立隧道掘进模型，预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。