一种隧道的超前地质预报方法及装置与流程

1.本发明涉及超前地质预报技术领域，尤其涉及一种隧道的超前地质预报方法及装置。


背景技术：

2.随着我国经济飞速发展，我国公路、铁路隧道等地下空间工程建设量逐年递增。隧道工程的投资决策、线路选择、施工工法选择、设备选型及配置、支护形式及参数、工期与造价等方案确定均需要精细化和准确的工程地质、水文地质、岩体参数等勘察数据作为支撑。
3.传统的超前地质预报方法在隧道中应用面临较多困难，超前地质预报施工时，隧道掘进施工需要中断，占用正常掘进时间，经济和时间成本较高。而且由于断层、溶洞、岩溶含水体、断层破碎带等不良地质体具有较强的隐蔽性，为探索隧道地质增加难度，使目前隧道超前地质预报的探测深度很浅，且钻进方向不可控，急需研究一种快速、适应性强、可对隧道进行超长距离地质勘察预报的技术和方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种隧道的超前地质预报方法及装置，可进行隧道千米以上超前地质预报，同时可在超前地质预报施工时不占用掌子面的正常掘进时间，隧道可正常掘进施工。
5.本发明的技术方案是这样实现的：
6.本发明的实施例提供了一种隧道的超前地质预报方法，包括以下步骤：
7.s1、将水平定向钻机布置在隧道开挖口位置，沿着所述隧道中心轴线进行水平定向钻进，当水平定向钻机导向钻头钻至取心点，更换取心钻具取出岩心进行检测，接着更换导向钻头钻至下一个取心点，重复上述步骤，直至钻达目标地点；
8.s2、沿着所述隧道中心轴线进行开挖施工，在施工至规划的隧道横通道时，开挖隧道横通道，将水平定向钻机迁移至隧道横通道内，首先沿着隧道中心轴线的平行线进行钻进，然后通过导向控向令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，并按s1步骤不断进行取心检测，直至钻达目标点；
9.s3、多次重复步骤s2，直至所述水平定向钻机钻出所述隧道，完成隧道沿中心轴线的超前地质预报。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，目标点与水平定向钻机在钻进方向的距离大于水平定向钻机与沿钻进方向离水平定向钻机最近的隧道横通道之间的距离。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中，目标地点与水平定向钻机的距离大于水平定向钻机与离水平定向钻机最近的隧道横通道之间的距离。
12.本发明的实施例还提供了一种隧道的超前地质预报装置，包括水平定向钻机、钻杆及导向钻头，所述钻杆设置于水平定向钻机上，所述导向钻头设置于所述钻杆上，所述导向钻头可改变钻进方向，所述钻杆可弯曲，所述隧道的超前地质预报装置被执行时实现如
权利要求1至3中任一项所述的隧道的超前地质预报方法的步骤。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述钻杆数量有多个，多个所述钻杆之间可拆卸式连接。
14.更进一步优选的，多个所述钻杆之间可拆卸式螺纹连接。
15.更进一步优选的，所述水平定向钻机包括底座、驱动机构及第一旋转机构，所述驱动机构固定于所述底座上，所述第一旋转机构设置于所述驱动机构上，所述钻杆设置于所述第一旋转机构上，所述驱动机构用于驱动所述第一旋转机构水平直线运动，所述第一旋转机构用于驱动所述钻杆转动。
16.更进一步优选的，所述水平定向钻机还包括夹持件、环形件及第二旋转机构，所述夹持件设置于所述底座上，所述夹持件用于对所述钻杆进行夹紧固定，所述环形件设置于所述驱动机构上，所述夹持件与所述环形件相对设置，所述钻杆插设于所述环形件内且所述环形件可对所述钻杆进行夹紧，所述第二旋转机构设置于所述驱动机构上，所述第二旋转机构用于驱动所述钻杆转动。
17.更进一步优选的，所述水平定向钻机还包括上料架及第三旋转机构，所述第三旋转机构设置于所述底座上，所述上料架设置于所述第三旋转机构上，所述第三旋转机构用于使所述上料架转动，所述上料架用于放置所述钻杆并使其移动至所述夹持件上。
18.更进一步优选的，所述水平定向钻机还包括行走履带，所述底座两侧均安装有行走履带。
19.本发明的一种隧道的超前地质预报方法相对于现有技术具有以下有益效果：
20.(1)通过将水平定向钻机迁移至隧道横通道内，首先沿着隧道中心轴线的平行线进行钻进，然后通过导向控向令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，钻孔轨迹俯视图为z字形，如此，在保证隧道中心轴线地质轴线预报的前提下，将钻机放置在隧道横通道内，使探测钻机不会不影响隧道掌子面的正常掘进，在超前地质预报施工时也可进行隧道掘进施工；
21.(2)通过在水平定向钻机导向钻头钻至取心点时，更换取心钻具取出岩心进行检测，接着更换导向钻头钻至下一个取心点，重复上述步骤，直至钻达目标地点，可进行隧道千米以上超前地质预报，无需在隧道掘进施工时边挖边探测；
22.(3)通过使步骤s2中，目标点与水平定向钻机在钻进方向的距离大于水平定向钻机与沿钻进方向离水平定向钻机最近的隧道横通道之间的距离，同时使步骤s1中，目标地点与水平定向钻机的距离大于水平定向钻机与离水平定向钻机最近的隧道横通道之间的距离，如此，为隧道施工提供足够的预留长度，隧道施工时该段地质已检测，确保隧道地质预报过程中不会打断隧道开挖工程。
附图说明
23.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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明的隧道的超前地质预报的方法流程图；
25.图2是本发明的隧道的超前地质预报的步骤s1的钻进方向示意图；
26.图3是本发明的隧道的超前地质预报的步骤s2的钻进方向示意图；
27.图4是本发明的隧道的超前地质预报的步骤s2的无隧道横通道的钻进方向示意图；
28.图5是本发明的隧道的超前地质预报的步骤s3的钻进方向示意图；
29.图6是本发明提供的一种隧道的超前地质预报装置的立体结构示意图；
30.图7是本发明提供的一种隧道的超前地质预报装置的夹持件的立体结构示意图；
31.图8是本发明提供的一种隧道的超前地质预报装置的环形件的立体结构示意图。
32.图中：水平定向钻机1、底座11、驱动机构12、第一旋转机构13、夹持件14、环形件15、第二旋转机构16、上料架17、第三旋转机构18、行走履带19、钻杆2、导向钻头3。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.如图1所示，结合图2-5，本发明实施例公开了一种隧道的超前地质预报方法，包括以下步骤：
35.s1、将水平定向钻机1布置在隧道开挖口位置，沿着所述隧道中心轴线进行水平定向钻进，当水平定向钻机1导向钻头3钻至取心点，更换取心钻具取出岩心进行检测，接着更换导向钻头3钻至下一个取心点，重复上述步骤，直至钻达目标地点；
36.s2、沿着所述隧道中心轴线进行开挖施工，在施工至规划的隧道横通道时，开挖隧道横通道，将水平定向钻机1迁移至隧道横通道内，首先沿着隧道中心轴线的平行线进行钻进，然后通过水平定向钻机1导向钻头3控制钻进方向，令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，并按s1步骤不断进行取心检测，直至钻达目标点；
37.s3、多次重复步骤s2，直至所述水平定向钻机1钻出所述隧道，完成隧道沿中心轴线的超前地质预报。
38.在本实施例中，通过将水平定向钻机1迁移至隧道横通道内，首先沿着隧道中心轴线的平行线进行钻进，然后通过水平定向钻机1导向钻头3控制钻进方向，令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，钻孔轨迹俯视图为z字形，如此，在保证隧道中心轴线地质轴线预报的前提下，将钻机放置在隧道横通道内，使探测钻机不影响隧道掌子面的正常掘进，在超前地质预报施工时也可进行隧道掘进施工。
39.在本实施例中，通过在水平定向钻机1导向钻头3钻至取心点时，更换取心钻具取出岩心进行检测，接着更换导向钻头3钻至下一个取心点，重复上述步骤，直至钻达目标地点，可进行隧道千米以上超前地质预报，无需在隧道掘进施工时边挖边探测。
40.在本实施例中，钻进过程中根据需要可以实现连续取心或者间断取心，同时，在特殊地质体，可以通过智能感知探棒，比如三维孔内电视、测温装置、有害气体测试装置及地
应力测试装置等，实现多维度勘察、地质复合探测，提高狭窄受限空间超前地质预报效率。
41.在本实施例中，导向钻头3也可用其他导向、控向技术代替。
42.在本实施例中，超前地质预报可在隧道掌子面中双向进行，也可以根据工程需要，进行多孔钻进。
43.如图4所示，步骤s2中，沿着所述隧道中心轴线进行开挖施工后，将水平定向钻机布置于隧道后方不影响掌子面施工的位置，首先沿着隧道中心轴线的竖直方向进行钻进，然后通过水平定向钻机导向钻头控制钻进方向，令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，并按s1步骤不断进行取心检测，直至钻达目标点。如此使探测钻机不影响隧道掌子面的正常掘进，在超前地质预报施工时也可进行隧道掘进施工
44.在本实施例中，步骤s2中，目标点与水平定向钻机1在钻进方向的距离大于水平定向钻机1与沿钻进方向离水平定向钻机1最近的隧道横通道之间的距离，步骤s1中，目标地点与水平定向钻机1的距离大于水平定向钻机1与离水平定向钻机1最近的隧道横通道之间的距离，如此，为隧道施工提供足够的预留长度，隧道施工时该段地质已检测，确保隧道地质预报过程中不会打断隧道开挖工程。
45.同时，由于隧道横通道前方一定进尺范围内的隧道围岩已经在上一步水平定向钻机1超长距离超前地质预报中所涵盖，因此隧道横通道内开始的一定进尺范围内围岩不需要进行取芯测试，可直接全断面破碎钻进。
46.如图5-7所示，本发明实施例还公开了一种隧道的超前地质预报装置，包括水平定向钻机1、钻杆2及导向钻头3，所述钻杆2设置于水平定向钻机1上，所述导向钻头3设置于所述钻杆2上，所述导向钻头3可改变钻进方向，所述钻杆2可弯曲，所述隧道的超前地质预报装置被执行时实现隧道的超前地质预报。通过导向钻头3可引导钻杆2弯曲，使钻进轨道可先沿着隧道中心轴线的平行线进行钻进，然后通过水平定向钻机1导向钻头3控制钻进方向，令钻进轨迹逐渐向隧道中心轴线靠近，且在一定阶段完成钻进轨迹与隧道中心轴线重合，钻孔轨迹俯视图为z字形。
47.为防止钻杆2因为不断弯曲导致断裂，本实施例中，所述钻杆2数量有多个，多个所述钻杆2之间可拆卸式连接。多个钻杆2的拼接设置可使每个钻杆2弯曲幅度较小，且不会出现相反方向的多次弯曲，防止钻杆2因为不断弯曲导致断裂。
48.为使多个钻杆2间方便安装，本实施例中，多个所述钻杆之间可拆卸式螺纹连接。
49.为使水平定向钻机1可实现钻杆2的旋转及钻进，本实施例中，所述水平定向钻机1包括底座11、驱动机构12及第一旋转机构13，所述驱动机构12固定于所述底座11上，所述第一旋转机构13设置于所述驱动机构12上，所述钻杆2设置于所述第一旋转机构13上，所述驱动机构12用于驱动所述第一旋转机构13水平直线运动，所述第一旋转机构13用于驱动所述钻杆2转动。如此，通过驱动机构12及第一旋转机构13实现钻杆2的旋转及钻进，进而实现钻头的旋转及钻进。
50.所述驱动机构12可为直线模组、线性马达、气缸等，在本实施例中，所述驱动机构12为齿轮齿条传动。
51.所述第一旋转机构13可为旋转气缸、转盘、马达等。
52.为使两根钻杆2间可自动完成拼接，本实施例中，所述水平定向钻机1还包括夹持
件14、环形件15及第二旋转机构16，所述夹持件14设置于所述底座11上，所述夹持件14用于对所述钻杆2进行夹紧固定，所述环形件15设置于所述驱动机构12上，所述夹持件14与所述环形件15相对设置，所述钻杆2插设于所述环形件15内且所述环形件15可对所述钻杆2进行夹紧，所述第二旋转机构16设置于所述驱动机构12上，所述第二旋转机构16用于驱动所述钻杆2转动。如此，将第一根钻杆2放置在夹持件14上，夹持件14将第一根钻杆2夹紧后，驱动机构12带动环形件15移动，使环形件15上的第二根钻杆2与第一根钻杆2相抵触，通过第二旋转机构16带动第二根钻杆2旋转，使第二根钻杆2与第一根钻杆2螺纹连接。
53.所述夹持件14通过液压缸及夹持块对钻杆2进行夹紧。
54.所述第二旋转机构16可为旋转气缸、转盘、马达等。
55.同时，所述环形件15可对钻杆2进行夹紧，在钻杆2拼接后，环形件15松开钻杆2，通过驱动机构12使环形件15移动至夹持件14一侧，然后环形件15夹紧钻杆2，通过驱动机构12推动环形件15及第一旋转机构13旋转实现钻杆2的旋转及钻进。
56.为使钻杆2的自动进入夹持件14中，本实施例中，所述水平定向钻机1还包括上料架17及第三旋转机构18，所述第三旋转机构18设置于所述底座11上，所述上料架17设置于所述第三旋转机构18上，所述第三旋转机构18用于使所述上料架17转动，所述上料架17用于放置所述钻杆2并使其移动至所述夹持件14上。
57.所述第三旋转机构18可为旋转气缸、转盘、马达等。
58.同时，由于隧道横通道宽度有限，只能通过一根根钻杆2的拼接安装来保证地质探测预报的长度，同时由于空间较小，钻杆2安装频繁，需要机械自动代替人工。
59.为方便所述水平定向钻机1移动，本实施例中，所述水平定向钻机1还包括行走履带19，所述底座11两侧均安装有行走履带19。
60.本实施例的一种隧道的超前地质预报装置工作原理为：将第一根钻杆2放置在上料架17上，上料架17将第一根钻杆2移动至所述夹持件14上，夹持件14将第一根钻杆2夹紧后，驱动机构12带动环形件15移动，使环形件15上的第二根钻杆2与第一根钻杆2相抵触，通过第二旋转机构16带动第二根钻杆2旋转，使第二根钻杆2与第一根钻杆2螺纹连接，在钻杆2拼接后，环形件15松开钻杆2，通过驱动机构12使环形件15移动至夹持件14一侧，然后环形件15夹紧钻杆2，通过驱动机构12推动环形件15及第一旋转机构13旋转实现钻杆2的旋转及钻进。
61.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。