CN110159271B - 基于小型tbm掘进机的拱形地勘平洞掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，该方法可实现对围岩扰动小、洞室稳定性好、掘进面平整圆顺、定位准确、不超欠挖等需求，使其达到高效质优、技术可行、经济合理、安全环保等效果；本发明利用1.0m、1.5m或2m直径的小型TBM掘进机，其具有重量轻、灵巧、易于搬移吊运等特点，加之其设备动力相对较小，所使用的配套设施等相对较少，所以将小型TBM掘进机用于高山峡谷、场地窄小地区，适用范围广；该掘进方法得到的地勘平洞为拱形，相对于现有的方形、矩形或圆形平洞，具有洞室稳定性好，洞室使用率高，挖掘量少等优点。

Description

基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法

技术领域

本发明属于水利水电工程前期地质勘探领域，具体涉及基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，特别是基于直径为1.0m、1.5m或2m的小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法。

背景技术

近年来，随着西部地区水资源开发的巨大需求，“西电东送”、“藏电外送”的水资源合理开发已成为保障我国能源安全、改善能源结构、优化地区水资源调配的重大战略举措。已建拉西瓦、锦屏、小湾等300m级电站已投产运营；目前位于青藏高原地区的、正在规划设计的怒江桥、罗拉、同卡、忠玉等300m级高拱坝等巨型水电工程正在如火如荼地开展前期地质勘探、试验、调查等工作。

水利水电前期地质勘测中，平洞作为一种水平向、重型的山地勘探手段，为揭示深部地质体基本工程地质条件发挥着不可或缺作用，为坝址的选择、枢纽方案的布置、水工建筑物的设计起到了重要的作用，为查明工程区的工程地质条件、评价高拱坝可能存在的主要工程地质问题、论证建坝的适宜性和可行性，地质勘探平洞已成为高拱坝前期勘察的重要手段。然而，地勘探平洞项目施工存在着以下主要困难：

（1）狭小空间的隧道施工一直是困扰施工单位的一大难题。在我国，硬岩小洞径隧道掘进施工还停留在人工钻爆，人工配合小型车辆出渣的较落后的状况。由于要在狭小的空间内完成钻爆，出渣，支护等工序，所以施工环境恶劣，速度慢，每天的掘进速度只有0.5m～1.5m，施工成本高，危险性大，施工事故率高，效益低。

（2）火工材料供应困难。因国家对环境和安全因素的限制，全国性的普遍存在对火工材料加大管控力度，钻爆施工困难重重。

（3）人工费飞涨，材料费的增加给传统钻爆掘进带来挑战。

（4）由于能源建设的加快发展，传统的人工钻爆法效率低、勘探时间长，不能满足规划设计进度节点的需要。

（5）由于社会进步与文明程度的提高，青藏高原恶略的环境下从事此类艰苦作业不人性化。

（6）传统的地质勘探平洞断面为“矩形”或“正方形”、2.0m×2.0m的断面，爆破掘进过程中断面形状难以掌控。

另外：①现TBM隧洞掘进主要用于大中型断面、水利水电工程的隧洞掘进施工，对于2.0m、1.5m、1.0m以下的小形断面的TBM设备和技术尚未见有实例和报道；②由于水电工程前期地质勘探平洞体形的需要，这些隧洞断面被设计为矩形洞形；③由于复合地层岩性变化大，传统的钻爆法断面形状难以控制，洞室稳定性差。

鉴于此，如何采用小型TBM设备、适宜复合地层、满足小断面地质勘探平洞的掘进方法，实现对围岩扰动小、洞室稳定性好、掘进面平整圆顺、定位准确、不超欠挖等需求，使其达到高效质优、技术可行、经济合理、安全环保等效果，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，克服了现有技术中1：狭小空间的隧道施工还停留在人工钻爆，每天的掘进速度只有0.5m～1.5m，施工成本高，危险性大，施工事故率高；2：传统的人工钻爆法效率低、勘探时间长，不能满足规划设计进度节点的需要，并且火工材料供应困难、人工费飞涨，3：由于复合地层岩性变化大，传统的钻爆法断面形状难以控制，洞室稳定性差，洞室形状单一等问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

优选的，所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

优选的，所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

优选的，所述小型TBM掘进机可在水平方向上左右转弯，其中转弯角度为20°～22°，当第一地勘平洞需要向左转弯时，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向左掘进；当第一地勘平洞需要向右转弯时，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向右掘进。

优选的，所述小型TBM掘进机可在竖直方向上上下转弯，其中转弯角度为5°～10°，当第一地勘平洞需要向上转弯时，则调整并加长下部的前支撑长度并收回上部的前支撑，两侧的前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机上仰掘进；当第一地勘平洞需要向下转弯时，则调整并加长上部的前支撑长度并收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机下潜掘进。

优选的，所述步骤4）中第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

优选的，所述步骤5）中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

优选的，所述步骤6）中利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，该方法可实现对围岩扰动小、洞室稳定性好、掘进面平整圆顺、定位准确、不超欠挖等需求，使其达到高效质优、技术可行、经济合理、安全环保等效果；

（2）本发明利用1.0m、1.5m或2.0m直径的小型TBM掘进机，其具有重量轻、灵巧、易于搬移吊运等特点，加之其设备动力相对较小，所使用的配套设施等相对较少，所以将小型TBM掘进机用于高山峡谷、场地窄小地区，适用范围广；

（3）本发明掘进方法得到的地勘平洞为拱形，相对于现有的方形、矩形或圆形平洞，具有洞室稳定性好，洞室使用率高，挖掘量少等优点。

附图说明

图1、本发明实施例8拱形地勘平洞的布置图；

图2、本发明实施例8拱形地勘平洞挖掘完成图。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明所述的小型TBM掘进机、小型TBM施工平台、全站仪、罗盘、激光水平仪、旋挖机、反力推进装置、小型TBM掘进机的刀头、刀盘、前支撑、撑靴、自动运输出渣装置均为现有技术。

实施例1

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

实施例2

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

实施例3

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

优选的，所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

优选的，所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

实施例5

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

优选的，所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

优选的，所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

优选的，所述小型TBM掘进机可在水平方向上左右转弯，其中转弯角度为20°～22°，当第一地勘平洞需要向左转弯时，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向左掘进；当第一地勘平洞需要向右转弯时，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向右掘进。

实施例6

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

优选的，所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

优选的，所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

优选的，所述小型TBM掘进机可在水平方向上左右转弯，其中转弯角度为20°～22°，当第一地勘平洞需要向左转弯时，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向左掘进；当第一地勘平洞需要向右转弯时，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向右掘进。

优选的，所述小型TBM掘进机可在竖直方向上上下转弯，其中转弯角度为5°～10°，当第一地勘平洞需要向上转弯时，则调整并加长下部的前支撑长度并收回上部的前支撑，两侧的前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机上仰掘进；当第一地勘平洞需要向下转弯时，则调整并加长上部的前支撑长度并收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机下潜掘进。

实施例7

本发明公开了基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台可上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

优选的，所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

优选的，所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

优选的，所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

优选的，所述小型TBM掘进机可在水平方向上左右转弯，其中转弯角度为20°～22°，当第一地勘平洞需要向左转弯时，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向左掘进；当第一地勘平洞需要向右转弯时，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向右掘进。

优选的，所述小型TBM掘进机可在竖直方向上上下转弯，其中转弯角度为5°～10°，当第一地勘平洞需要向上转弯时，则调整并加长下部的前支撑长度并收回上部的前支撑，两侧的前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机上仰掘进；当第一地勘平洞需要向下转弯时，则调整并加长上部的前支撑长度并收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可实现小型TBM掘进机下潜掘进。

优选的，所述步骤4）中第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

优选的，所述步骤5）中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

优选的，所述步骤6）中利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

实施例8

设计方案中需要挖掘的地勘平洞宽度为2.25m，高度为2.25m的拱形地质勘探洞。

如图1所示，可将拱形地质勘探洞布置成三部分，上部为第一地勘平洞，下部为第二地勘平洞和第三地勘平洞，最后通过旋挖机进行铣挖，其中第一地勘平洞、第二地勘平洞切线和第三地勘平洞的直径均为1.5m。

步骤1）首先进行施工放样，将设计方案中确定的第一地勘平洞洞口施放在山体上的实际位置，在第一地勘平洞洞口位置搭建可自动升降的小型TBM施工平台。

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至地第一勘平洞洞口，然后安置在施工平台上；使用全站仪或罗盘进行地勘平洞定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度。

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口，做好反力推进装置，开动小型TBM掘进机，施加反力推进使刀头开始工作，并进入山体；继续施加反力推进，使刀盘进入山体，打开前支撑，以使刀盘稳定掘进；

继续施加反力推进，打开撑靴，使小型TBM掘进机正常工作，完成始发；小型TBM掘进机按照确定的方位和坡度进行平洞掘进；

安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至洞口；

若设计的平洞方位有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞线的“转弯”，该小型TBM掘进机的转弯角度为20°～22°；

若要求平洞向左方向转弯，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作；若要求平洞向右方向转弯，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作；

若设计的平洞洞底坡度有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞底坡度的变化；该小型TBM掘进机的升降角度为5°～10°；

若要求平洞洞底向上抬升，则调整并加长前支撑下撑的长度、收回上部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的上仰；

若要求平洞洞底向下降落，则调整并加长前支撑上撑的长度、收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的向下角度调整；

小型TBM掘进机持续工作，直至满足设计的地勘平洞深度为止；

退出小型TBM掘进机，撤退自动出渣装置，完成第一地勘平洞的掘进。

步骤4）将小型TBM施工平台降落并向左移动，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，所述第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进。

步骤5）将小型TBM施工平台向右移动，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进。

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

实施例9

设计方案中需要挖掘的地勘平洞宽度为1.5m，高度为1.5m的拱形地质勘探洞。

如图1所示，可将拱形地质勘探洞布置成三部分，上部为第一地勘平洞，下部为第二地勘平洞和第三地勘平洞，最后通过旋挖机进行铣挖，其中第一地勘平洞、第二地勘平洞切线和第三地勘平洞的直径均为1.0m。

步骤1）首先进行施工放样，将设计方案中确定的第一地勘平洞洞口施放在山体上的实际位置，在第一地勘平洞洞口位置搭建可自动升降的小型TBM施工平台。

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至地第一勘平洞洞口，然后安置在施工平台上；使用全站仪或罗盘进行地勘平洞定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度。

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口，做好反力推进装置，开动小型TBM掘进机，施加反力推进使刀头开始工作，并进入山体；继续施加反力推进，使刀盘进入山体，打开前支撑，以使刀盘稳定掘进；

继续施加反力推进，打开撑靴，使小型TBM掘进机正常工作，完成始发；小型TBM掘进机按照确定的方位和坡度进行平洞掘进；

安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至洞口；

若设计的平洞方位有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞线的“转弯”，该小型TBM掘进机的转弯角度为20°～22°；

若要求平洞向左方向转弯，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作；若要求平洞向右方向转弯，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作；

若设计的平洞洞底坡度有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞底坡度的变化；该小型TBM掘进机的升降角度为5°～10°；

若要求平洞洞底向上抬升，则调整并加长前支撑下撑的长度、收回上部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的上仰；

若要求平洞洞底向下降落，则调整并加长前支撑上撑的长度、收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的向下角度调整；

小型TBM掘进机持续工作，直至满足设计的地勘平洞深度为止；

退出小型TBM掘进机，撤退自动出渣装置，完成第一地勘平洞的掘进。

步骤4）将小型TBM施工平台降落并向左移动，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，所述第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进。

步骤5）将小型TBM施工平台向右移动，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进。

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

实施例10

设计方案中需要挖掘的地勘平洞宽度为3.0m，高度为3.0m的拱形地质勘探洞。

如图1所示，可将拱形地质勘探洞布置成三部分，上部为第一地勘平洞，下部为第二地勘平洞和第三地勘平洞，最后通过旋挖机进行铣挖，其中第一地勘平洞、第二地勘平洞切线和第三地勘平洞的直径均为2.0m。

步骤1）首先进行施工放样，将设计方案中确定的第一地勘平洞洞口施放在山体上的实际位置，在第一地勘平洞洞口位置搭建可自动升降的小型TBM施工平台。

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至地第一勘平洞洞口，然后安置在施工平台上；使用全站仪或罗盘进行地勘平洞定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度。

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口，做好反力推进装置，开动小型TBM掘进机，施加反力推进使刀头开始工作，并进入山体；继续施加反力推进，使刀盘进入山体，打开前支撑，以使刀盘稳定掘进；

继续施加反力推进，打开撑靴，使小型TBM掘进机正常工作，完成始发；小型TBM掘进机按照确定的方位和坡度进行平洞掘进；

安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至洞口；

若设计的平洞方位有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞线的“转弯”，该小型TBM掘进机的转弯角度为20°～22°；

若要求平洞向左方向转弯，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作；若要求平洞向右方向转弯，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作；

若设计的平洞洞底坡度有变化时，可采用调整前支撑的方法进行完成洞底坡度的变化；该小型TBM掘进机的升降角度为5°～10°；

若要求平洞洞底向上抬升，则调整并加长前支撑下撑的长度、收回上部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的上仰；

若要求平洞洞底向下降落，则调整并加长前支撑上撑的长度、收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即可完成洞底的向下角度调整；

小型TBM掘进机持续工作，直至满足设计的地勘平洞深度为止；

退出小型TBM掘进机，撤退自动出渣装置，完成第一地勘平洞的掘进。

步骤4）将小型TBM施工平台降落并向左移动，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，所述第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进。

步骤5）将小型TBM施工平台向右移动，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进。

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

本发明提供了一种基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，该方法可实现对围岩扰动小、洞室稳定性好、掘进面平整圆顺、定位准确、不超欠挖等需求，使其达到高效质优、技术可行、经济合理、安全环保等效果。

本发明利用1.0、1.5m或2m直径的小型TBM掘进机，其具有重量轻、灵巧、易于搬移吊运等特点，加之其设备动力相对较小，所使用的配套设施等相对较少，所以将小型TBM掘进机用于高山峡谷、场地窄小地区，适用范围广。

本发明掘进方法得到的地勘平洞为拱形，相对于现有的方形、矩形或圆形平洞，具有洞室稳定性好，洞室使用率高，挖掘量少等优点。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）进行施工放样，确定第一地勘平洞洞口在山体上的实际位置，接着在第一地勘平洞洞口位置搭建小型TBM施工平台，其中小型TBM施工平台能够上下左右移动；

步骤2）将小型TBM掘进机吊运至第一地勘平洞洞口，并设置于步骤1）所述小型TBM施工平台上；使用全站仪或罗盘进行定位，确定第一地勘平洞的掘进方向和坡度；

步骤3）将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，开启小型TBM掘进机进行第一地勘平洞的掘进，掘进完成后退出小型TBM掘进机；

步骤4）将小型TBM施工平台移动至第二地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第二地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第二地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方左侧，其中第二地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，重复上述步骤3），完成对第二地勘平洞的掘进；

步骤5）将小型TBM施工平台移动至第三地勘平洞洞口位置，设置激光水平仪，以保证第三地勘平洞与第一地勘平洞在掘进过程中其掘进方向和坡度相同，所述第三地勘平洞洞口位置位于第一地勘平洞下方右侧，其中第三地勘平洞与第一地勘平洞具有重叠掘进部分，其中第三地勘平洞与第二地勘平洞处于同一水平线上且相邻或重叠，重复上述步骤3），完成对第三地勘平洞的掘进；

步骤6）利用旋挖机对第一地勘平洞、第二地勘平洞和第三地勘平洞之间的岩柱进行铣挖，完成拱形地勘平洞的掘进。

2.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述步骤1）中施工放样是根据设计方案的样板进行，其中样板中对称轮形地勘平洞的宽度为1.5~3.0m，高度为1.5~3.0m。

3.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述小型TBM掘进机的直径为1.0m、1.5m或2.0m。

4.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述步骤3）是将小型TBM掘进机对准第一地勘平洞洞口中心线，并在小型TBM掘进机后端设置反力推进装置，接着开启小型TBM掘进机，同时施加反力推进使小型TBM掘进机的刀头开始工作，并进入山体，继续施加反力推进使小型TBM掘进机的刀盘进入山体，接着打开小型TBM掘进机的前支撑，以使小型TBM掘进机的刀盘稳定掘进，继续施加反力推进，打开小型TBM掘进机的撑靴，使其按照确定的方位和坡度进行地勘平洞的掘进，同时安装自动运输出渣装置，使得渣体在传输皮带上运送至第一地勘平洞洞口，完成第一地勘平洞的掘进后退出小型TBM掘进机，并撤退自动运输出渣装置。

5.根据权利要求4所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述小型TBM掘进机能够在水平方向上左右转弯，其中转弯角度为20°～22°，当第一地勘平洞需要向左转弯时，则收回左侧的前支撑，仅右侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向左掘进；当第一地勘平洞需要向右转弯时，则收回右侧的前支撑，仅左侧前支撑工作，小型TBM掘进机就向右掘进。

6.根据权利要求4所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述小型TBM掘进机能够在竖直方向上上下仰俯，其中仰俯角度为5°～10°，当第一地勘平洞需要向上转弯时，则调整并加长下部的前支撑长度并收回上部的前支撑，两侧的前支撑正常工作，即能够实现小型TBM掘进机上仰掘进；当第一地勘平洞需要向下转弯时，则调整并加长上部的前支撑长度并收回下部的前支撑，两侧前支撑正常工作，即能够实现小型TBM掘进机下潜掘进。

7.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述步骤4）中第二地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第二地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

8.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述步骤5）中第三地勘平洞洞口中心位置位于第一地勘平洞底部水平切线上，其中第三地勘平洞洞口中心位置距离第一地勘平洞底部的距离为1/4第一地勘平洞的直径。

9.根据权利要求1所述的基于小型TBM掘进机的拱形地勘平洞掘进方法，其特征在于：所述步骤6）中利用旋挖机对第一地勘平洞和第二地勘平洞切线、第一地勘平洞和第三地勘平洞切线、第二地勘平洞和第三地勘平洞切线之间的岩柱进行铣挖，铣挖完成后形成的地勘平洞为拱形。

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