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        C6XP多功能鉆機(jī)在巖溶隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

        2020-03-01 17:44:44覃鐘欽韋思容洪流梁軍林
        西部交通科技 2020年10期
        關(guān)鍵詞:隧道

        覃鐘欽 韋思 容洪流 梁軍林

        摘要:文章基于C6XP-2多功能鉆機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)的鉆進(jìn)情況(掌子面巖體情況以及鉆進(jìn)過(guò)程中的排碴排水的情況等),結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)所獲取的鉆進(jìn)參數(shù)(主要為旋轉(zhuǎn)速度、鉆進(jìn)速度、推進(jìn)壓力及扭矩等),分析了C6XP-2多功能鉆機(jī)的使用性能、判斷依據(jù)及其判別注意事項(xiàng),為隧道施工以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:隧道;超前鉆探;C6XP多功能鉆機(jī)

        0 引言

        近年來(lái),國(guó)內(nèi)GDP穩(wěn)步增長(zhǎng),基礎(chǔ)設(shè)施也正在趨于完善,特別是交通運(yùn)輸體系的不斷發(fā)展完善,給人們帶來(lái)了很多交通便利。公路隧道以其獨(dú)有的構(gòu)造特性(克服地形高差阻礙、縮短里程),大大縮短了人們出行的時(shí)間,是交通運(yùn)輸中的重要一環(huán),具有其他工程無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著公路隧道建設(shè)增多,近年涌現(xiàn)出許多問(wèn)題,主要有軟巖大變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性和耐久性、滲流溶蝕和大變形、二次襯砌開(kāi)裂以及突水突泥等問(wèn)題[1]。

        類似這些問(wèn)題,可以通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,從而降低事故的發(fā)生率,提高施工安全性,減少工程造價(jià)[2-7]。超前鉆探是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的一種非常直觀、準(zhǔn)確的手段。C6XP-2多功能鉆機(jī)作為超前鉆探中常用的一種鉆機(jī),以其方便快捷、簡(jiǎn)單易懂的優(yōu)勢(shì),成為目前國(guó)內(nèi)外預(yù)防隧道質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)的主要手段之一。

        本文從超前鉆探入手,結(jié)合隧道施工鉆探實(shí)例,介紹C6XP-2使用性能、參數(shù)判別方法及其判別注意事項(xiàng)。

        1 C6XP-2多功能鉆機(jī)

        C6XP-2多功能鉆機(jī)是意大利卡薩格蘭地生產(chǎn)的一款多功能鉆機(jī),目前國(guó)內(nèi)主要用于隧道施工超前鉆探,是隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中常用的儀器之一,同時(shí)還可以用于隧道止水注漿、松散體注漿固結(jié)、隧道管棚施工等。C6XP-2多功能鉆機(jī)技術(shù)規(guī)格見(jiàn)下頁(yè)表1。

        2 C6XP多功能鉆機(jī)的使用性能

        2.1 鉆進(jìn)方式

        C6XP多功能鉆機(jī)具有六種不同的鉆進(jìn)方式以適應(yīng)不同圍巖類型隧道的使用,如圖1所示。

        (1)短螺旋回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)(適用于黏土層);

        (2)回旋沖洗鉆孔(適用于地層相對(duì)穩(wěn)定的土層中夾帶小碎石);

        (3)液動(dòng)錘回旋沖擊鉆孔(適用于地質(zhì)狀況相對(duì)穩(wěn)定的鵝卵石地層);

        (4)頂驅(qū)液動(dòng)錘鉆孔(適用于地質(zhì)狀況復(fù)雜,需覆蓋層帶套管跟進(jìn)達(dá)到護(hù)壁效果);

        (5)潛孔錘回轉(zhuǎn)沖擊鉆孔(適用于巖層);

        (6)雙動(dòng)力鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)-回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)-潛孔錘、回轉(zhuǎn)-回轉(zhuǎn)沖(適合鉆孔精度要求較高的各種巖層)。

        2.2 鉆進(jìn)參數(shù)判斷原則

        2.2.1 電子信號(hào)判斷基本原則

        (1)鉆機(jī)所獲取的所有參數(shù)都是相對(duì)掌子面巖體情況而言,分析時(shí)要對(duì)比掌子面情況;

        (2)具體地層情況還需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)記錄情況(排渣、排水等),再做出最后判定;

        (3)自動(dòng)鉆進(jìn)下所得出的數(shù)據(jù)才有參考意義;

        (4)分析鉆進(jìn)參數(shù)時(shí),可以優(yōu)先考慮鉆進(jìn)速度,依次往后為扭矩、推進(jìn)力及旋轉(zhuǎn)速度等。具體分析實(shí)例見(jiàn)表2。

        2.2.2 基本情況判別

        綜合以往鉆進(jìn)過(guò)程中所出現(xiàn)的情況,給出以下幾種常見(jiàn)的基本的鉆進(jìn)情況:

        (1)換桿:鉆進(jìn)速度與扭矩變化點(diǎn)相同,推進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)速度幾乎沒(méi)有變化,且鉆進(jìn)速度、扭矩和推進(jìn)力除變化點(diǎn)外幅度變化一致,有可能是換鉆桿時(shí)回抽所導(dǎo)致的變化。

        (2)溶洞:鉆進(jìn)速度突然增加,扭矩、旋轉(zhuǎn)速度及推進(jìn)力突然變?yōu)榱?,初步判斷為溶洞區(qū),可增加鉆孔來(lái)確認(rèn)溶洞的規(guī)模。

        (3)巖層完整:鉆進(jìn)速度、扭矩推進(jìn)力及旋轉(zhuǎn)速度平穩(wěn)變化,初步判定為完整的巖層,結(jié)合勘察資料進(jìn)行下一步判別。

        (4)松軟層:鉆進(jìn)速度突然下降、扭矩增加、推進(jìn)力減少,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)排碴困難、返水有顏色,初步判定為松軟層,結(jié)合排碴情況確定巖體特性。

        (5)巖層變硬:鉆進(jìn)速度減小,扭矩基本不變,推進(jìn)力不變或增大,旋轉(zhuǎn)速度基本不變,初步判定為鉆進(jìn)面巖層硬度增加,可以結(jié)合排碴情況進(jìn)一步判定。

        (6)小空腔、裂隙(張開(kāi))或薄夾層:鉆進(jìn)速度突然增加后回落,扭矩和旋轉(zhuǎn)速度下降,推進(jìn)力突然減小,結(jié)合實(shí)際地層,若地層風(fēng)化程度較高則為含泥夾層的可能性較大,弱圍巖溶發(fā)育地層則空腔的可能性較大。

        (7)破碎巖層:鉆進(jìn)速度跳動(dòng)頻繁但波峰波谷較為接近,扭矩略有增大,推進(jìn)力不變,初步判定為破碎巖層,可以根據(jù)波峰波谷變化的頻率來(lái)判斷巖層的破碎程度,同時(shí)結(jié)合鉆進(jìn)過(guò)程中給水返水情況判定,若返水減少則為破碎巖層可能性較大。

        (8)塌孔:鉆進(jìn)速度減小且跳動(dòng)頻繁,扭矩增加且跳動(dòng)頻繁,推進(jìn)力不變,若該巖層硬度變化不大,鉆孔排碴比較困難則塌孔的可能性較大。

        2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)情況

        結(jié)合以往的情況,給出幾種基本鉆進(jìn)問(wèn)題情況下的現(xiàn)場(chǎng)情況,見(jiàn)表2。

        3 實(shí)例分析

        項(xiàng)目依托廣西都巴高速公路弄莫隧道左洞ZK362+593段,采用回旋沖洗鉆孔方式進(jìn)行鉆探。

        3.1 測(cè)線布置

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況,在弄莫隧道左洞ZK362+593段仰拱底部布置1個(gè)探孔,鉆孔深度為21.0m。

        3.2 數(shù)據(jù)處理

        所得到的探測(cè)數(shù)據(jù)采用LT3系統(tǒng)處理軟件進(jìn)行處理,將所得數(shù)據(jù)繪成曲線參數(shù)如圖2所示,可以初步直觀了解巖體變化狀況。截取局部參數(shù)波動(dòng)明顯段(0~16m),結(jié)合掌子面實(shí)際情況以及排碴返水情況,進(jìn)一步分析。

        由圖2可以看出在鉆進(jìn)深度為0.3~3.5m時(shí),鉆孔底部鉆桿鉆進(jìn)速度較慢,鉆桿跳動(dòng)較大,噪音明顯增強(qiáng),根據(jù)排碴情況可知,符合基本情況(5),同理還有深度為10.5~11.3m段,判定為硬質(zhì)基巖;當(dāng)鉆進(jìn)深度為4.2~8.5m時(shí),鉆進(jìn)速度跳動(dòng)頻繁但波峰波谷較為接近,扭矩略有增大,推進(jìn)力不變,鉆進(jìn)過(guò)程鉆桿出現(xiàn)間歇性跳動(dòng),根據(jù)排碴情況判定該段孤石較多,且返水減少,符合基本情況(7),故該段應(yīng)為破碎巖層;當(dāng)鉆進(jìn)深度為8.5~10m時(shí),鉆進(jìn)速度、扭矩推進(jìn)力及旋轉(zhuǎn)速度平穩(wěn)變化,符合基本情況(3),初步判定為完整的巖層,結(jié)合勘察資料進(jìn)行下一步判別,同理還有深度為11.5~12.5m、13~15m段;特別注意的是當(dāng)鉆進(jìn)深度為15m時(shí),鉆進(jìn)速度明顯增大,推進(jìn)壓力有所減小,扭矩未變化,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排碴情況,由于當(dāng)?shù)氐貙语L(fēng)化程度較高,符合基本情況(6),故初步判定該段為夾泥空腔。可以增加鉆孔數(shù),進(jìn)一步判斷。

        綜上所述,分析鉆進(jìn)參數(shù)時(shí),可以根據(jù)基本情況進(jìn)行判別,同時(shí)還需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)掌子面的巖體情況、排碴排水情況等進(jìn)行綜合分析。

        4 結(jié)語(yǔ)

        可以看出,C6XP-2鉆機(jī)在超前鉆探中所獲得的鉆進(jìn)參數(shù)簡(jiǎn)單易懂,可以直接分析參數(shù)曲線變化規(guī)律與巖體之間的關(guān)聯(lián)性,為隧道下一步開(kāi)挖施工方案的制定以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供建議。

        參考文獻(xiàn):

        [1]《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》編輯部.中國(guó)隧道工程學(xué)術(shù)研究綜述·2015[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2015,28(5):1-65.

        [2]曾曉勤,張 嘯,李輝忠.超前鉆探法在瓦斯隧道施工中的應(yīng)用[J].西部交通科技,2012(3):57-60.

        [3]趙永貴,劉 浩,孫 宇,等.隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2003(3):460-464.

        [4]許振浩,李術(shù)才,李利平,等.基于層次分析法的巖溶隧道突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].巖土力學(xué),2011,32(6):1757-1766.

        [5]張慶松,李術(shù)才,孫克國(guó),等.公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008(4):766-771.

        [6]劉新榮,劉永權(quán),楊忠平,等.基于地質(zhì)雷達(dá)的隧道綜合超前預(yù)報(bào)技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報(bào),2015,37(S2):51-56.

        [7]李術(shù)才,劉 斌,孫懷鳳,等.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,33(6):1090-1113.

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