盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中隧道施工工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大的問題。盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置包括一雷達(dá)系統(tǒng)，所述雷達(dá)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)射器、發(fā)射天線和接受天線，所述信號(hào)發(fā)射器與所述發(fā)射天線連接，所述發(fā)射天線和所述接受天線均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的刀盤上；以及一信息處理終端，所述信息處理終端與所述雷達(dá)系統(tǒng)電連接。采用本發(fā)明所提供的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置和隧道施工方法，能夠有效縮短施工工期、降低隧道施工成本并提高隧道施工的安全性。
【專利說明】盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在盾構(gòu)隧道施工過程中，工作面前向地質(zhì)情況復(fù)雜多變，常常存在諸如:市政構(gòu)建物、水包、氣囊、廢棄的基樁等不良地質(zhì)。在傳統(tǒng)的盾構(gòu)隧道施工過程中，隨著盾構(gòu)施工的行進(jìn)，當(dāng)盾構(gòu)受力突顯異常時(shí)，說明盾構(gòu)隧道工作面處的地質(zhì)情況發(fā)生了突變，這時(shí)需要停止施工，打開盾構(gòu)機(jī)的刀盤，將工作面暴露出來，然后在工作面上做進(jìn)一步的地質(zhì)探測(cè)和地質(zhì)分析，根據(jù)對(duì)工作面處的地質(zhì)分析結(jié)果再制定相適應(yīng)的施工方案。
[0003]具體來說，在傳統(tǒng)的隧道施工過程中，隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，在工作面上壓力顯示異?；蛘呤嵌軜?gòu)姿態(tài)突然變化后，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)判斷是否遇到了不良地質(zhì)；當(dāng)人為判斷工作面前向?yàn)椴涣嫉刭|(zhì)時(shí)，需要停止盾構(gòu)推進(jìn)，對(duì)周邊地層進(jìn)行加固后，再在盾構(gòu)刀盤鋼板上切割出過人洞口，然后施工人員穿過洞口對(duì)工作面前向的地質(zhì)性質(zhì)和狀況進(jìn)行探測(cè)；接著，根據(jù)對(duì)工作面前向的地質(zhì)性質(zhì)和狀況的地質(zhì)探測(cè)結(jié)果，制定出合理的處理方案；接著，根據(jù)處理方案，如果需要的話，需要對(duì)工作面前的不良地質(zhì)進(jìn)行改造，而這里的不良地質(zhì)改造工作往往需要在高壓的工作環(huán)境下進(jìn)行；接著，在完成不良地質(zhì)改造后，需要將盾構(gòu)刀盤的洞口密封焊接；接著，繼續(xù)推進(jìn)盾構(gòu)，進(jìn)行后續(xù)的隧道施工。
[0004]綜上所述，在傳統(tǒng)的隧道施工過程中，對(duì)于不良地質(zhì)的探測(cè)以及改造過于被動(dòng)，并且需要盾構(gòu)停機(jī)才能對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行處理，盾構(gòu)停機(jī)意味著隧道施工效率下降，施工周期會(huì)被拖長(zhǎng)；而且對(duì)工作面前向不良地質(zhì)進(jìn)行處理時(shí)需要的附加工序多，如對(duì)刀盤鋼板的切割開孔和密封焊接、地層加固等；另外，上述多數(shù)附加工序需要在高壓的工作環(huán)境中進(jìn)行的，惡劣的工作環(huán)境再加上工作面較高的失穩(wěn)概率，都將大大降低隧道施工的安全系數(shù)?？梢姡瑐鹘y(tǒng)的盾構(gòu)隧道施工方法存在施工周期長(zhǎng)，附加工序多，安全系數(shù)低以及因此而導(dǎo)致的施工成本上升的問題。
[0005]為此，有必要開發(fā)一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置和隧道施工方法，提前對(duì)盾構(gòu)隧道工作面前方的地質(zhì)狀況進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，以保證盾構(gòu)推進(jìn)的連續(xù)性和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不良地質(zhì)處理引起的施工工期延長(zhǎng)的問題，保證盾構(gòu)隧道施工持續(xù)安全進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)縮短隧道施工工期，降低施工成本的目的。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，包括:
一雷達(dá)系統(tǒng)，所述雷達(dá)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)射器、發(fā)射天線和接受天線，所述信號(hào)發(fā)射器與所述發(fā)射天線連接，所述發(fā)射天線和所述接受天線均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的刀盤上；以及一信息處理終端，所述信息處理終端與所述雷達(dá)系統(tǒng)電連接。[0008]可選的，在所述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置中，所述信息處理終端中設(shè)置一信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)包括信號(hào)觸發(fā)模塊、信號(hào)收集模塊、信號(hào)分析模塊以及分析結(jié)果輸出模塊；所述信號(hào)觸發(fā)模塊與所述信號(hào)發(fā)射器連接，所述信號(hào)收集模塊與所述接受天線連接，所述信號(hào)觸發(fā)模塊、所述信號(hào)收集模塊、所述信號(hào)分析模塊以及所述分析結(jié)果輸出模塊依次連接。
[0009]可選的，在所述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置中，所述刀盤具有一嵌入所述刀盤表面的保護(hù)盒，所述發(fā)射天線和所述接受天線均位于所述保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒采用非金屬材料。
[0010]可選的，在所述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置中，所述信息處理終端為一個(gè)人電腦。
[0011]可選的，在所述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置中，所述雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離為15m?50mo
[0012]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種隧道施工方法，包括如下步驟:
步驟a.提供一盾構(gòu)機(jī)，所述盾構(gòu)機(jī)上設(shè)置有所述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置；
步驟b.通過所述信息處理終端控制所述發(fā)射天線發(fā)射探測(cè)波，通過所述信息處理系統(tǒng)收集并分析所述接受天線接受到的反射電磁波，并將分析結(jié)果通過所述分析結(jié)果輸出模塊顯示出來；
步驟c.根據(jù)步驟b中的分析結(jié)果，判斷盾構(gòu)隧道工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況；步驟d.根據(jù)步驟c中的判斷結(jié)果，針對(duì)所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況制定相應(yīng)的處理方案；以及
步驟e.在所述預(yù)定距離處實(shí)施步驟d中的所述處理方案；
其中，在實(shí)施所述步驟b、步驟C、步驟d以及步驟e的同時(shí)，所述盾構(gòu)機(jī)持續(xù)推進(jìn)作業(yè)。
[0013]可選的，在所述隧道施工方法中，所述步驟c包括:
根據(jù)所述步驟b中的分析結(jié)果初判所述盾構(gòu)隧道工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況:若初判所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況為不良地質(zhì)時(shí)，利用鉆孔探測(cè)設(shè)備在所述預(yù)定距離處進(jìn)行鉆孔探測(cè)；
在隧道施工影響范圍內(nèi)對(duì)比不同深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì):
若某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異超過預(yù)定范圍時(shí)，判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為不良地質(zhì)；
若某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)；以及
若初判所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況為正常地質(zhì)時(shí)，則判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)。
[0014]可選的，在所述隧道施工方法中，所述步驟d包括:
若所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)時(shí)，所述處理方案為不對(duì)所述預(yù)定距離處進(jìn)行干預(yù)處理；
若所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為不良地質(zhì)時(shí):
若所述不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)高于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，所述處理方案為:對(duì)所述不良地質(zhì)進(jìn)行軟化處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)； 若所述不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)低于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，所述處理方案為:對(duì)所述不良地質(zhì)進(jìn)行加固處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)。
[0015]可選的，在所述隧道施工方法中，所述軟化處理為破碎處理或者置換處理。
[0016]可選的，在所述隧道施工方法中，所述加固處理為填充處理或者置換處理。
[0017]采用本發(fā)明所提供的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法，至少具有如下有益技術(shù)效果:
1.縮短隧道施工工期:在盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置中，雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線和接受天線均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的刀盤上，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中，發(fā)射天線和接受天線也始終與工作面接觸，雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)可隨盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)同步進(jìn)行。也就是說，盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)的過程中，雷達(dá)系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)探測(cè)和識(shí)別出工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況。盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置的實(shí)時(shí)和超前探測(cè)功能為不良地質(zhì)的優(yōu)化處理贏得了時(shí)間和空間，保證了本發(fā)明的隧道施工方法在盾構(gòu)機(jī)不用停止推進(jìn)的條件下即可實(shí)現(xiàn)工作面前向不良地質(zhì)的優(yōu)化處理，從而大大縮短了隧道的施工工期。
[0018]2.提高了隧道施工的安全性:在隧道施工過程中，采用不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，可以提前探測(cè)盾構(gòu)隧道工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況，并對(duì)預(yù)定距離處的不良地質(zhì)提前進(jìn)行優(yōu)化處理，避免了在盾構(gòu)推進(jìn)過程中因?yàn)椴涣嫉刭|(zhì)的處理而導(dǎo)致工作面可能出現(xiàn)的塌方、涌水甚至人員傷亡等惡性事故，大大提高了盾構(gòu)隧道施工的安全性。
[0019]3.降低了隧道施工的生產(chǎn)成本，因?yàn)槭┕すて诘目s短以及隧道施工安全性的提高，從而也有效降低了盾構(gòu)隧道施工的生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的信息處理終端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的隧道施工方法的流程圖；
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的隧道施工方法中步驟d中的隧道結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置及隧道施工方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置100包括一雷達(dá)系統(tǒng)和一信息處理終端2，信息處理終端2和雷達(dá)系統(tǒng)電連接。其中雷達(dá)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)射器
11、發(fā)射天線12和接受天線13，信號(hào)發(fā)射器11與發(fā)射天線12連接，發(fā)射天線12和接受天線13均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)3的刀盤31上。
[0023]通常，信息處理終端2為一個(gè)人電腦，在信息處理終端2中設(shè)置有信息處理系統(tǒng)21，用于觸發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)和收集分析雷達(dá)系統(tǒng)接受到的探測(cè)信號(hào)。如圖2所示，信息處理系統(tǒng)21包括信號(hào)觸發(fā)模塊211、信號(hào)收集模塊212、信號(hào)分析模塊213以及分析結(jié)果輸出模塊214。信號(hào)觸發(fā)模塊211與信號(hào)發(fā)射器11連接，用于觸發(fā)信號(hào)發(fā)射器11發(fā)射探測(cè)電磁波；信號(hào)收集模塊212與接受天線13連接，用于收集接收天線13收到的反射電磁波；信號(hào)觸發(fā)模塊211、信號(hào)收集模塊212、信號(hào)分析模塊213以及分析結(jié)果輸出模塊214依次連接，信號(hào)觸發(fā)模塊211在觸發(fā)信號(hào)發(fā)射器11發(fā)射探測(cè)電磁波的同時(shí)，觸發(fā)信號(hào)收集模塊212開始收集接收天線13收到的反射電磁波。
[0024]在上述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置100中，雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線12和接受天線13均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)3的刀盤31表面，即使盾構(gòu)機(jī)3在推進(jìn)過程中，發(fā)射天線12和接受天線13也始終與盾構(gòu)隧道工作面A-A’接觸，雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)盾構(gòu)隧道工作面A-A’前向地質(zhì)情況的探測(cè)可跟隨盾構(gòu)機(jī)3的推進(jìn)同步進(jìn)行。也就是說，盾構(gòu)機(jī)3在推進(jìn)的過程中，雷達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)探測(cè)和識(shí)別盾構(gòu)隧道工作面A-A’前向預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況。如果預(yù)定距離B處存在不良地質(zhì)，則在盾構(gòu)機(jī)3推進(jìn)的同時(shí)，可以對(duì)預(yù)定距離B處進(jìn)行必要的地質(zhì)處理，從而避免了當(dāng)盾構(gòu)機(jī)3推進(jìn)到預(yù)定距離B處因不良地質(zhì)的處理而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)3不得不停機(jī)的狀況，大大縮短了隧道的施工工期。預(yù)定距離B處與盾構(gòu)隧道工作面A-A’之間的距離取決于雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離。而雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離跟其發(fā)射的探測(cè)電磁波的頻率以及地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，通常，雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離為15nT50m。
[0025]為了減小隧道施工的惡劣環(huán)境對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響，優(yōu)選的，刀盤31具有一嵌入刀盤31表面的保護(hù)盒32，發(fā)射天線12和接受天線13均位于保護(hù)盒32內(nèi)。雷達(dá)系統(tǒng)是通過發(fā)射探測(cè)電磁波和接受反射電磁波探測(cè)地質(zhì)情況的，為了減小保護(hù)盒32對(duì)探測(cè)電磁波和反射電磁波的衰減效應(yīng)，進(jìn)一步拓展雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離，優(yōu)選的，保護(hù)盒32采用非金屬材料。
[0026]此外，本發(fā)明還提供一種隧道施工方法。圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的隧道施工方法的流程圖。下面結(jié)合圖1至圖4，詳細(xì)說明另一實(shí)施例的隧道施工方法的過程:
步驟a.提供一盾構(gòu)機(jī)3，盾構(gòu)機(jī)3上設(shè)置盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置100 ；
步驟b.通過信息處理終端2控制發(fā)射天線11發(fā)射探測(cè)波，通過信息處理系統(tǒng)21收集并分析接受天線13接受到的反射電磁波，并將分析結(jié)果通過分析結(jié)果輸出模塊214顯示出來；
具體來說，操作信息處理終端2中的信息處理系統(tǒng)21，通過信號(hào)觸發(fā)模塊211觸發(fā)信號(hào)發(fā)射器11，信號(hào)發(fā)射器11產(chǎn)生探測(cè)電磁波并通過發(fā)射天線11向著盾構(gòu)隧道工作面A-A’前向進(jìn)行發(fā)射，探測(cè)電磁波經(jīng)由前向不同的地質(zhì)體的反射，會(huì)形成反射電磁波；信號(hào)觸發(fā)模塊211在觸發(fā)信號(hào)發(fā)射器11的同時(shí)觸發(fā)信號(hào)收集模塊212，收集模塊經(jīng)過觸發(fā)后會(huì)收集接受天線13收到的反射電磁波，并傳遞給信號(hào)分析模塊213，信號(hào)分析模塊213分析發(fā)射電磁波的波形、頻率等特征可以得出相應(yīng)的掃描圖像，并將掃描圖像以及相關(guān)數(shù)據(jù)通過結(jié)果輸出模塊顯示出來。
[0027]步驟c.根據(jù)步驟b中的分析結(jié)果判斷盾構(gòu)機(jī)3工作面A-A’前向預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況；
具體來說，根據(jù)所述步驟b中的分析結(jié)果初判預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況:
當(dāng)從信息處理終端2的掃描圖像上看，可以初判預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況為正常地質(zhì)時(shí)，即判斷預(yù)定距離B處的地質(zhì)為正常地質(zhì)。
[0028]當(dāng)從信息處理終端2的掃描圖像上看，初判預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況為不良地質(zhì)時(shí)，為了對(duì)初判為不良地質(zhì)的地質(zhì)情況做出更為準(zhǔn)確的判斷，可以進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)判斷，例如利用鉆孔探測(cè)設(shè)備在預(yù)定距離B處進(jìn)行鉆孔探測(cè):在鉆孔探測(cè)過程中對(duì)比不同深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，不同物理力學(xué)性質(zhì)的巖土對(duì)鉆頭的作用效果不同，因此可以通過測(cè)試鉆頭在鉆孔過程中所受到的壓力、應(yīng)力以及鉆頭的轉(zhuǎn)速變化或者位移變化，間接分析鉆頭所在位置處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)。
[0029]如果位于盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)(圖中EFGH區(qū)域?yàn)橛绊懚軜?gòu)隧道施工的范圍)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)差異過大，容易發(fā)生隧道軸線較大偏離、盾構(gòu)刀具磨損嚴(yán)重、盾構(gòu)機(jī)下陷、涌水涌砂等事故。因此可以根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相鄰巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異設(shè)立一預(yù)定范圍，當(dāng)位于盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的相鄰巖土的物理力學(xué)性質(zhì)差異超過預(yù)定范圍時(shí)，具體來說，在盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)，當(dāng)某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異超過預(yù)定范圍時(shí)，即可以判斷預(yù)定距離B處的地質(zhì)為不良地質(zhì)；而當(dāng)位于盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)差異在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，具體來說，在盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)，當(dāng)某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，即可以判斷預(yù)定距離B處的地質(zhì)為正常地質(zhì)。
[0030]步驟d.根據(jù)步驟c中的判斷結(jié)果，針對(duì)預(yù)定距離B處的地質(zhì)情況制定相應(yīng)的處理方案；
具體來說，當(dāng)判斷預(yù)定距離B處的地質(zhì)為正常地質(zhì)時(shí)，不需要進(jìn)行額外的干預(yù)措施；
當(dāng)判斷預(yù)定距離B處的地質(zhì)為不良地質(zhì)時(shí)，制定相應(yīng)的處理方案，處理方案的宗旨是通過對(duì)不良地質(zhì)的處理，使位于盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)盡可能的接近，以避免在推進(jìn)過程中因不良地質(zhì)的阻礙而造成的盾構(gòu)停機(jī)，保證隧道施工的連續(xù)安全進(jìn)行。具體來說，依照不同的情況制定不同的處理方案:
當(dāng)不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)高于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，說明位于隧道施工影響范圍內(nèi)的不良地質(zhì)相對(duì)于相鄰深度處的巖土更加堅(jiān)硬，為此需要對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行軟化處理，例如破碎處理或者置換處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)；
當(dāng)不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)低于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，說明位于隧道施工影響范圍內(nèi)的不良地質(zhì)相對(duì)于相鄰深度處的巖土更加松軟或者薄弱(圖1中的不良地質(zhì)為溶洞地質(zhì))，為此需要對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行加固處理，例如填充處理或者置換處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)。
[0031]步驟e.在預(yù)定距離處實(shí)施步驟d中的處理方案；
以不良地質(zhì)為溶洞或者水包為例，實(shí)施步驟d中的處理方案，對(duì)于預(yù)定距離處的不良地質(zhì)進(jìn)行加固處理，例如在不良地質(zhì)處填充與周圍巖土性質(zhì)接近的材料，圖4為實(shí)施步驟d后的隧道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]如上所述，盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置100可以在盾構(gòu)機(jī)3推進(jìn)的過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，因此在步驟b進(jìn)行的同時(shí)，盾構(gòu)機(jī)3可以保持持續(xù)推進(jìn)作業(yè)，而步驟C、步驟d和步驟e都是在距離盾構(gòu)隧道工作面A-A’前向預(yù)定距離的B處進(jìn)行的，并不會(huì)影響盾構(gòu)機(jī)3的作業(yè)，因此在步驟C、步驟d和步驟e的實(shí)施過程中，盾構(gòu)機(jī)3同樣可以保持持續(xù)推進(jìn)作業(yè)?？梢?，在上述隧道施工方法中，盾構(gòu)機(jī)3始終處于持續(xù)推進(jìn)作業(yè)狀態(tài)，不需要為了不良地質(zhì)的探測(cè)和處理而停止，因此能夠有效縮短隧道施工工期。
[0033]綜上所述，采用上述盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置以及隧道施工方法，可以有效縮短施工工期并大大降低施工成本，同時(shí)因?yàn)獒槍?duì)性的不良地質(zhì)處理方案的實(shí)施，可以大大提高盾構(gòu)隧道施工的安全性。
[0034]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，包括: 一雷達(dá)系統(tǒng)，所述雷達(dá)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)射器、發(fā)射天線和接受天線，所述信號(hào)發(fā)射器與所述發(fā)射天線連接，所述發(fā)射天線和所述接受天線均設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的刀盤上；以及一信息處理終端，所述信息處理終端與所述雷達(dá)系統(tǒng)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，所述信息處理終端中設(shè)置一信息處理系統(tǒng)，所述信息處理系統(tǒng)包括信號(hào)觸發(fā)模塊、信號(hào)收集模塊、信號(hào)分析模塊以及分析結(jié)果輸出模塊；所述信號(hào)觸發(fā)模塊與所述信號(hào)發(fā)射器連接，所述信號(hào)收集模塊與所述接受天線連接，所述信號(hào)觸發(fā)模塊、所述信號(hào)收集模塊、所述信號(hào)分析模塊以及所述分析結(jié)果輸出模塊依次連接。
3.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，所述刀盤具有一嵌入所述刀盤表面的保護(hù)盒，所述發(fā)射天線和所述接受天線均位于所述保護(hù)盒內(nèi)，所述保護(hù)盒采用非金屬材料。
4.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，所述信息處理終端為一個(gè)人電腦。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置，其特征在于，所述雷達(dá)系統(tǒng)的有效探測(cè)距離為15nT50m。
6.一種隧道施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟a.提供一盾構(gòu)機(jī)，所述盾構(gòu)機(jī)上設(shè)置一如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的盾構(gòu)隧道不良地質(zhì)預(yù)報(bào)裝置； 步驟b.通過所述信息處理終端控制所述發(fā)射天線發(fā)射探測(cè)波，通過所述信息處理系統(tǒng)收集并分析所述接受天線接受到的反射電磁波，并將分析結(jié)果通過所述分析結(jié)果輸出模塊顯示出來； 步驟c.根據(jù)步驟b中的分析結(jié)果，判斷盾構(gòu)隧道工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況；步驟d.根據(jù)步驟c中的判斷結(jié)果，針對(duì)所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況制定相應(yīng)的處理方案；以及 步驟e.在所述預(yù)定距離處實(shí)施步驟d中的所述處理方案； 其中，在實(shí)施所述步驟b、步驟C、步驟d以及步驟e的同時(shí)，所述盾構(gòu)機(jī)持續(xù)推進(jìn)作業(yè)。
7.如權(quán)利要求6所述的隧道施工方法，其特征在于，所述步驟c包括: 根據(jù)所述步驟b中的分析結(jié)果初判所述盾構(gòu)隧道工作面前向預(yù)定距離處的地質(zhì)情況:若初判所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況為不良地質(zhì)時(shí)，利用鉆孔探測(cè)設(shè)備在所述預(yù)定距離處進(jìn)行鉆孔探測(cè)； 在隧道施工影響范圍內(nèi)對(duì)比不同深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì): 若某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異超過預(yù)定范圍時(shí)，判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為不良地質(zhì)； 若某一深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)與相鄰深度處的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)；以及 若初判所述預(yù)定距離處的地質(zhì)情況為正常地質(zhì)時(shí)，則判斷所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的隧道施工方法，其特征在于，所述步驟d包括:若所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為正常地質(zhì)時(shí)，所述處理方案為不對(duì)所述預(yù)定距離處進(jìn)行干預(yù)處理； 若所述預(yù)定距離處的地質(zhì)為不良地質(zhì)時(shí): 若所述不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)高于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，所述處理方案為:對(duì)所述不良地質(zhì)進(jìn)行軟化處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)； 若所述不良地質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)低于相鄰深度處巖土的物理力學(xué)性質(zhì)時(shí)，所述處理方案為:對(duì)所述不良地質(zhì)進(jìn)行加固處理，使得位于隧道施工影響范圍內(nèi)的巖土的物理力學(xué)性質(zhì)的差異限于預(yù)定范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的隧道施工方法，其特征在于，所述軟化處理為破碎處理或者置換處理。
10.如權(quán)利要求8所述的隧道施工方法，其特征在于，所述加固處理為填充處理或者置換處理。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK103603669SQ201310628085
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】王紅衛(wèi), 吳小建 申請(qǐng)人:上海建工集團(tuán)股份有限公司