[发明专利]一种隧道地质勘探方法、系统及微型掘进机

权利要求书

1.一种微型掘进机，其特征在于，包括：外壳(1)、刀盘(3)、伸缩杆(5)、摄像头(10)、通信模块(11)、电缆(12)和进水管(13)，其中，所述外壳(1)前端设有刀盘(3)和微振传感器(6)，所述刀盘(3)表面设有刀片(4)及射水孔，所述微振传感器(6)与所述通信模块(11)连接，所述外壳(1)中部设有伸缩环(7)，所述伸缩环(7)表面设有固定刺(8)，所述外壳(1)后端设有所述摄像头(10)、电缆(12)和进水管(13)，所述摄像头(10)与所述通信模块(11)连接，所述通信模块(11)通过所述电缆(12)连接至盾构机控制室中的计算机，所述外壳(1)两外侧设有履带(9)。

2.根据权利要求1所述的微型掘进机，其特征在于，所述伸缩环(7)用于通过反力及伸缩量测定岩体弹性模量，以评估岩体的抗压强度；所述射水孔用于注水测定岩体渗透系数；所述微振传感器(6)用于测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；所述摄像头(10)可用于直观观测钻孔内裂隙状态。

3.根据权利要求1或2所述的微型掘进机，其特征在于，所述微型掘进机加装于盾构机之上，可根据盾构机的掘进路线进行掘进，并可根据通信模块(11)进行定位。

4.根据权利要求1或2所述的微型掘进机，其特征在于，所述外壳(1)直径为100mm至500mm。

5.一种隧道地质勘探方法，其特征在于，包括：

在隧道的掌子面上确定至少两个勘探孔的位置；

将如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机放入所述勘探孔内，通过盾构机控制室中的计算机输入掘进路线及定位程序，并启动所述微型掘进机，对岩体进行破岩；

当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；

将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析。

6.根据权利要求5所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述对岩体的地质情况进行测量，包括：

通过伸缩环上的反力及伸缩量，测定岩体弹性模量并估计抗压强度；

伸缩环封闭整个勘探孔，通过射水孔注水测定岩体渗透系数；

通过微振传感器，测定掘进过程中的微振信号，以评估岩体质量；

通过摄像头，对勘探孔内的裂隙进行统计。

7.根据权利要求5所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析之后，包括：

盾构机控制室中的计算机根据多个勘探孔的测量数据，建立勘探孔间的数据联系，综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，以确定隧道掌子面前方超前预测范围内的岩体是否存在影响掘进的地质缺陷。

8.根据权利要求5所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，所述将测量数据发送给盾构机控制室中的计算机，以进行分析之后，还包括：

盾构机控制室中的计算机根据数值仿真方法，建立隧道掘进模型，并预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。

9.根据权利要求5所述的隧道地质勘探方法，其特征在于，根据施工时间安排，确定所述微型掘进机的预设掘进深度，当所述微型掘进机掘进到预设掘进深度时，微型掘进机停止掘进；或者，

所述微型掘进机与盾构机同时掘进。

10.一种地质勘探系统，其特征在于，包括：如权利要求1至4中任意一项所述的微型掘进机，以及数据处理模块和预测模块，

其中，所述微型掘进机，用于当遇不良地层或需要测定岩体参数时，对岩体的地质情况进行测量；将测量数据发送给数据处理模块，以进行分析；

所述数据处理模块，用于处理勘探孔内部图片、渗透系数、抗压强度、微震信号和监测数据，建立孔间数据关联，并综合分析岩体裂隙走向、倾向及裂隙面力学性质，确定掌子面前方超前预测范围内岩体是否存在影响掘进的缺陷；

所述预测模块，用于通过数值仿真方法建立隧道掘进模型，预测隧道推进过程中围岩变形及应力变化。