[发明专利]一种搭载于TBM上实时超前水压探测装置与方法

说明书

本发明公开了一种搭载于TBM上实时超前水压探测装置及方法，装置包括钻头、压敏陶瓷膜片和电阻传感器，其中，所述钻头与超前钻机钻杆相适配，所述钻头呈I型，中间段横截面小于两端横截面，所述中间段一侧开孔，孔内设置电阻传感器，所述压敏陶瓷膜片设置在孔表面，与所述电阻传感器相连，感应水压并进行输出。本发明可根据超前钻机的型号进行钻头尺寸的选择，因而可搭载于任何型号的超前钻机。总体积与钻杆类似，搭载方便，不受TBM复杂的机械结构的影响，可对待测区域岩体水压力进行直接测量，克服了数值分析方法与实际工程情况不同，准确性差的问题。

技术领域

本发明涉及一种搭载于TBM上实时超前水压探测装置与方法。

背景技术

随着我国经济的不断发展，科技实力的不断提高，隧道施工任务的要求也日益提高。在隧道施工中，TBM施工法具有快速、优质、安全、经济、对围岩扰动少等优点，因此TBM施工法也逐渐成为隧道施工中的首选方法。然而，隧道开挖逐渐面临“埋深大、洞线长、地质复杂、地形险峻、灾害频发”等特点，其中突水突泥灾害是目前隧道施工面临的主要挑战和难题，往往造成严重的经济损失和生产安全问题。例如：2005年11月30日，马鹿箐隧道出口平导施工(反坡施工)PDK255+992处，超前探孔单孔最大涌水量为35，水压力为0.8～1.2MPa。2006年1月21日发生大规模涌水，事后测算最大涌水量为72万，突水总量约为18万。可以看出，水压是突水灾害中重要的预测指标。因此在隧道施工期间，提前探明掌子面前方含水构造的水压情况对于避免突水突泥灾害具有重要意义。

不论在理论上还是实践中，工程地质界对地下水压力的勘测研究都是有限的，对地下水压力的认识还是停留在地下水位上，没有进行渗流分析，没有考虑孔隙水压力和渗透压力的作用。理想的均匀介质静水压力分布假设仍然是当前工程界计算地下水力学作用的常用方法。隧道施工中现有常用的水压测量方法主要是布置断面衬砌进行监测。

上述方法具有以下不足：

(1)、对地下水压力的测量只能依赖监控量测，缺乏一种直观、快速、准确的测量方案。

(2)、于TBM法施工隧道中应用耗时长，成本高，缺乏一种可搭载于TBM上的水压探测装置与方法。

(3)、只能对围岩水压进行测量，无法测量掌子面前方含水区域岩体水压。

综上所述，为了更好的实现对掌子面前方含水构造水压的测量，避免所列举的现有测量水压仪器和方法的缺点，本文基于隧道周边水体分布信息以及对水压探测原理和TBM超前钻机机械结构的研究，设计了可搭载于TBM上的超前水压测量系统，但面临如下难题：

(1)、如何克服TBM复杂的机械结构与破岩强震动以及将水压测量系统搭载于TBM上。

(2)、如何克服TBM法施工隧道的狭小空间中，测量耗时长、成本高，以及数据结果准确性差的问题。

(3)、如何搭载于现有的超前钻机，实现水压测量系统的随钻伸缩。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种搭载于TBM上实时超前水压探测装置与方法，本发明可对TBM法施工隧道掌子面前方含水构造水压进行准确探测，保证TBM施工安全与人员安全，同时克服了数值分析方法与实际工程情况不同，准确性差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种搭载于TBM上实时超前水压探测装置，包括钻头、压敏陶瓷膜片和电阻传感器，其中，所述钻头与超前钻机钻杆相适配，所述钻头呈I型，中间段横截面小于两端横截面，所述中间段一侧开孔，孔内设置电阻传感器，所述压敏陶瓷膜片设置在孔表面，与所述电阻传感器相连，感应水压并进行输出。

所述孔用所述压敏陶瓷膜片封堵，封堵连接处进行密封。

所述钻头呈I型，进行超前钻探时，中间段承载水，形成环形密闭的饱水空间。