[發明專利]實現地質探測的組合式TBM及地質探測掘進方法

有效

• 申請號: 201810555095.1
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108798690B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 盧景景;龔春艷;周輝;張傳慶;楊凡杰;胡大偉;高陽;楊艷霜
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;湖北工業大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21B49/00;G01V1/28
• 代理公司: 11371 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 孫海杰

一種實現地質探測的組合式TBM及地質探測掘進方法，涉及隧道及地下工程施工領域。實現地質探測的組合式TBM包括超前TBM和擴挖TBM，擴挖TBM包圍在超前TBM外側，超前TBM上搭載有探地雷達裝置、地質鉆機、聲波探測裝置、微震監測裝置，超前TBM開挖能直接揭露隧道掌子面前方地質情況，且超前TBM上可搭載各種超前地質探測裝備，既能預報超前TBM掌子面前方地質情況，又能預報擴挖TBM掌子面前方的地質環境。地質探測掘進方法在開挖時進行多種超前地質探測，準確預報隧洞掌子面前方及周圍的工程地質、水文地質結構，從而有效避免TBM施工工程地質災害，確保施工安全，加快進度，節約成本。

技術領域

本發明涉及隧道及地下工程施工領域，具體而言，涉及一種實現地質探測的組合式TBM(Tunnel Boring Machine，全斷面隧道掘進機)及地質探測掘進方法。

背景技術

目前，隧道及地下工程施工中地質災害防治工作是一項急待解決的技術難題，深埋隧洞的深埋條件決定了其地質條件的復雜程度，相應的勘察難度也較大，超前地質預報是解決此項技術難題的關鍵技術之一。超前地質預報是指在隧洞開挖前及施工過程中對隧洞周圍及掌子面前方的地質情況進行探測，識別和預測隧洞掌子面前方及周圍的工程地質、水文地質結構，提供準確的斷裂帶、含水帶及巖體工程類別等地質參數。超前地質預報能有效地避免工程地質災害、減少處治費用、確保施工安全和進度，節約成本。

隨著我國廣泛開展隧道建設，采用TBM施工的比例越來越高，與傳統的鉆爆法施工相比，TBM具有掘進效率高、成洞質量高、圍巖擾動小等優點。但TBM對地質條件的適應性較差，在巖爆洞段，TBM會被迫直接接觸高強度的巖爆，往往會造成TBM機械被卡、被埋甚至機械報廢的嚴重事故。雖然采用超前地質預報技術能提前探明周圍圍巖洞壁及掌子面前方的地質情況，便于及時采取災害防治措施，預防災害事故的發生，能有效降低TBM在掘進工作時遭遇災害事故的風險，而且針對鉆爆法施工隧道的超前地質預報技術已較為成熟，但搭載于TBM上的超前地質預報技術還有待研究。這主要是應為TBM機械系統過于龐大，搭載于龐大TBM上的超前地質預報裝備的預報結果不理想，在實施的靈活性、預報距離和預報準確性方面也存在較大局限。

如今在隧道等工程中，工程地質條件越來越復雜，研究并優化搭載于TBM上的超前地質探測技術成為必然，有鑒于此，設計出適用于TBM的超前地質探測方法成為必然。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現地質探測的組合式TBM，其實現超前TBM與擴挖TBM組合開挖形式，超前TBM開挖能直接揭露隧道掌子面前方地質情況，且超前TBM上可搭載各種超前地質探測裝備，既能預報超前TBM掌子面前方地質情況，又能預報擴挖TBM掌子面前方的地質環境。

本發明的另一目的在于提供一種地質探測掘進方法，在開挖時進行多種超前地質探測，準確預報隧洞掌子面前方及周圍的工程地質、水文地質結構，提供準確的斷裂帶、含水帶及巖體工程類別等地質參數，從而有效避免TBM施工工程地質災害，確保施工安全，加快進度，節約成本。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種實現地質探測的組合式TBM，其包括掘進方向相同的超前TBM和擴挖TBM，超前TBM沿組合式TBM的中軸線設置，擴挖TBM包圍在超前TBM外側，超前TBM和擴挖TBM之間預留間隙，超前TBM上搭載有用于對掌子面前方的地質進行探測的探地雷達裝置，用于對掌子面鉆掘探測孔的地質鉆機，用于對前方和周圍的巖體進行聲波測試的聲波探測裝置，用于對圍巖進行微震監測的微震監測裝置。

在本發明較佳的實施例中，上述探地雷達裝置包括通過光纖連接的雷達天線和雷達主機，雷達天線發射信號并采集掌子面前方地質體的回波信號，并通過光纖傳輸給雷達主機。

在本發明較佳的實施例中，上述地質鉆機包括鉆桿和電機，電機驅動鉆桿轉動，對掌子面或圍巖鉆掘探測孔。