城市軌道交通水平定向勘探施工技術

王科偉，張艷濤，石 佳

WANG Ke-wei, ZHANG Yan-tao, SHI Jia

(中建隧道建設有限公司，重慶 401320）

隨著我國的城市化加速發(fā)展，城市軌道交通也步入了高速建設階段，城市核心區(qū)域的立體交通的深入發(fā)展也對施工精度提出了更高的要求，而作為控制依據(jù)巖土工程勘察技術，因為城市核心區(qū)域存在的諸多施工限制，往往無法保證勘探密度與勘察精度。本文依托徐州市城市軌道交通1號線，提出一種水平定向勘探施工技術，作為市政工程領域開創(chuàng)性的勘探技術，可以解決眾多不具備常規(guī)鉆探條件下的地質勘探工作，為建設項目的設計施工提供可靠依據(jù)，尤其對以線狀為主的建構筑物（如地鐵、隧道）可起到最大化利用鉆孔資料，不存在常規(guī)垂直鉆探兩孔間空白地帶的地質推斷問題，可連續(xù)探明目標地層的地質情況，并進行工程加固處理任務。

1 工程概況

如圖1所示，徐州市軌道交通1號線采用盾構工法施工，區(qū)間下穿徐州火車站、16股鐵路股道、行包房、行包地道，側穿無柱雨棚樁基礎，影響范圍達220m。

鑒于區(qū)間為上軟下硬富水巖溶地層，且下穿火車站、運營線路對施工沉降控制要求極高，為保證施工和運營安全，同時考慮到目標區(qū)域無法施工勘探孔的客觀因素，采用在基巖內施工水平定向孔，并輔以孔內物探手段，探查徐州火車站及鐵路線下方基巖地層及巖溶發(fā)育狀況，并進行局部巖溶注漿處理和基巖放水降壓。

圖1 平面示意圖

2 水平定向勘探技術

2.1 作用機理

采用水平定向鉆探、工程物探、設計計算及對比分析等方法實現(xiàn)地層勘探、風險分析。

2.2 施工優(yōu)點

1）精確可控性 軌跡準確、精度高，整個施工過程中，隨時可確定、調整線路的位置及埋深。

2）環(huán)境保護性 施工場地固定，環(huán)境影響較小，可節(jié)約大量因施工占地、路面及綠化損壞、城市管理導致的勘察成本。

3）施工高效性 水平定向勘探技術契合了現(xiàn)狀地鐵線路的特征，近乎100%地有效利用勘探段資料，同時勘探成本相比常規(guī)加密鉆探大大降低。

4）廣泛適應性 幾乎不受城市核心區(qū)域的各類施工限制影響，同時適用于各種復雜的地質結構。

3 水平定向勘探關鍵技術

3.1 水平定向勘探施工流程

施工流程如圖2所示。

圖2 水平定向勘探施工流程圖

3.2 鉆孔軌跡設計

圍繞區(qū)間的主要勘探目的層，軌跡設計線盡可能或完全沿著設計線路某一方位進行，在以基巖巖溶發(fā)育狀況為主要勘探目的下，目標段首先考慮設置于隧道斷面下方，為綜合反應隧道底面巖溶發(fā)育情況，布置2孔/隧道以達到勘探目的。鉆孔橫部面和鉆孔軌跡剖面如圖3、圖4所示。

圖3 鉆孔橫剖面圖

圖4 鉆孔軌跡縱剖面圖

3.3 水平定向鉆施工

優(yōu)選合適的鉆機、鉆桿、螺桿、測斜儀等設備，符合軌跡設計及勘探要求，確保鉆孔孔徑滿足后期孔內成像或綜合測井要求。

本項目采用FDP-60非開挖導向鉆機進行水平定向鉆探，沿隧道左右兩線下方1.0m處各設計施工2條水平定向孔。全孔利用隨鉆有線定向系統(tǒng)鉆井成孔，在具備地面測向段綜合利用手持定向設備進行方位、垂深精度校正，確保軌跡偏差＜0.5m。

3.4 隨鉆監(jiān)測工作

通過采集鉆進過程中的鉆壓、泵壓、轉速、扭矩等參數(shù)，分析地層巖性及巖溶分布。在水平定向鉆施工過程中，將隨鉆監(jiān)測系統(tǒng)作為一節(jié)鉆桿連接在鉆具組合中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析地層巖性及巖溶分布情況。

3.5 綜合測井分析

水平定向孔施工完成之后，進行充分洗孔和掃孔，然后進行綜合測井。綜合測井儀器連接在鉆桿底部，通過鉆桿將測井儀器輸送到孔底，測井儀由井下電池供電，在起鉆過程中測井儀進行測井，通過對測井數(shù)據(jù)的解釋分析，進而識別地層巖性和巖溶分布情況。

本項目采用SL6000 LWF存儲式測井系統(tǒng)完成綜合測井任務，本次測井項目包括井斜方位、井徑、自然伽馬、聲波、視電阻率5項，分析項目包括充填物分析、巖性分析、孔隙度劃分3項。

3.6 孔內成像分析

水平孔施工完成之后，進行充分掃孔和洗孔。將孔內成像儀連接在鉆桿底部，通過鉆桿將孔內成像儀輸送到孔底進行探測，運用成像數(shù)據(jù)，進行地層巖性分析及巖溶識別分析。

4 總 結

基于水平定向鉆，結合綜合測井手段，開創(chuàng)水平定向勘探技術。經實際工程檢驗，水平定向勘探施工技術突破了常規(guī)垂直勘探的施工局限性，解決了常規(guī)勘探孔孔間勘探空白問題，最大化勘探孔的有效勘探段，為盾構施工提供了高精度的地質情報，實現(xiàn)了徐州市軌道交通1號線盾構下穿徐州火車站±6mm的沉降控制精度，同時將對周邊環(huán)境影響降到了最小，值得在工程中推廣和應用。

[1]方戰(zhàn)杰.測井相綜合分析在巖性氣藏沉積相及儲層預測中的應用[D].北京：中國地質大學，2012.

[2]趙永哲.煤礦井下近水平定向孔螺桿鉆具鉆進受控機理研究[D].北京：煤炭科學研究總院，2008.

[3]徐 濤.水平定向鉆進隨鉆測量方法及定位技術研究[D].北京：國防科學技術大學，2006.