巖土工程勘察中GXY-2BT型地質(zhì)勘探鉆機(jī)的運(yùn)用論文

　　1 引 言

　　隨著城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口急劇膨脹，世界許多城市都出現(xiàn)了不同程度交通擁堵以及污染嚴(yán)重等問題。城市軌道交通因其安全、高效、快捷等特點(diǎn)，已成為解決日益嚴(yán)重交通問題的首選方案，被提到了城市持續(xù)發(fā)展的重要地位[1 ~2].目前，我國(guó)北京、上海、廣州、天津、成都等城市已有多條地鐵線路投入營(yíng)運(yùn)，青島、石家莊、蘭州等城市的地鐵也正在緊張建設(shè)中[3].

　　城市地下軌道交通建設(shè)是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的，無論采用何種開挖方法以及選取不同埋深，施工建設(shè)不可避免地將擾動(dòng)地下巖土體，使其失去原有的平衡，導(dǎo)致地面沉降甚至地下已有管道破壞、地面建筑物的損壞[4].為此，必須通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膸r土工程勘察工作，查明控制軌道交通線路安全特殊地質(zhì)的性質(zhì)、特征、范圍、影響程度及其發(fā)展趨勢(shì)，為線路方案選取、隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)[5 ~7].本文介紹GXY-2BT 型地質(zhì)勘探鉆機(jī)與雙層巖芯管取芯技術(shù)在青島地鐵 M1 號(hào)線“永年路站 ~ 興國(guó)路站”地段巖土工程勘察中的應(yīng)用情況，并對(duì)其技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、工效指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

　　2 青島地鐵 M1 號(hào)線“永年路站 ~ 興國(guó)路站”地段勘察工程概況

　　青島地鐵 M1 號(hào)線是青島市軌道交通規(guī)劃中的一條地鐵線路，該線是主城區(qū)連接黃島區(qū)和城陽區(qū)的南北的骨干線路。線路自峨眉山路起，經(jīng)薛家島過海抵達(dá)臺(tái)西，再經(jīng)中山路、伏龍山、十五中抵臺(tái)東，后沿威海路、人民路、四流南路，經(jīng)青島北站轉(zhuǎn)向重慶路，向北經(jīng)汽車北站、流亭機(jī)場(chǎng)至城陽東郭莊，全長(zhǎng)約 60. 10 km,共設(shè)車站 40 座，平均站間距 1 564 m.工程計(jì)劃于2015 年開工，2019 年建成并投入運(yùn)營(yíng)[8].

　　M1 號(hào)線“永年路站 ~ 興國(guó)路站”地段包括永年路站、永年路站 ~ 興國(guó)路站區(qū)間、興國(guó)路站三個(gè)工點(diǎn)，里程為 K51 +384. 800 ~ K52 +769. 300 （ m） ,線路長(zhǎng)度1 384. 5 m.線路及車站隧道頂板埋置于基巖范圍內(nèi)，最大埋深達(dá)到 57. 5 m.根據(jù)巖土工程初步勘察階段報(bào)告以及詳細(xì)勘察作業(yè)鉆孔揭露統(tǒng)計(jì)情況[9],該線路段主要地層的劃分情況如表 1 所示。

　　分析表 1 中“永年路站 ~ 興國(guó)路站”線路段內(nèi)主要地層的情況可知，由于線路穿越牛毛山主體（ 如圖 1所示） ,一般距地表 0. 3 m ~ 2. 0 m處即揭露中等 ~ 微風(fēng)化花崗巖。根據(jù)勘察工作大綱及技術(shù)要求，共布設(shè)勘探鉆孔 101 個(gè)，牛毛山主體區(qū)域勘探鉆孔平均設(shè)計(jì)深度達(dá) 54. 6 m,約 90%的勘探工作量為中等 ~ 微風(fēng)化硬質(zhì)巖層的勘探。目前在工民建勘察項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用的 XY-1 型鉆機(jī)由于存在動(dòng)力配置較差、單層巖芯管巖石采取率低等問題，難以滿足工期及技術(shù)要求，在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用效果不理想。如何配置高效的鉆探設(shè)備并選用滿足采芯率要求的取芯技術(shù)，已成為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員亟須解決的問題。

　　3 GXY-2BT 型地質(zhì)勘探鉆機(jī)及雙層巖芯管取芯技術(shù)

　　依據(jù)“永年路站 ~ 興國(guó)路站”地段勘察工程特點(diǎn)以及工期、技術(shù)要求，項(xiàng)目組調(diào)配了 6 臺(tái) GXY-2BT 型地質(zhì)勘探鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)實(shí)施勘探作業(yè)。GXY-2BT 型鉆機(jī)的基本性能參數(shù)及技術(shù)規(guī)格如表 2 所示，XY-1 型鉆機(jī)的相關(guān)參數(shù)也一并列于表中。由表 2 可知，GXY-2BT 型鉆機(jī)的最大鉆進(jìn)深度、提升能力、動(dòng)力配置等技術(shù)指標(biāo)皆優(yōu)于 XY-1 型鉆機(jī)，更適于在丘陵或山區(qū)實(shí)施硬質(zhì)巖層的鉆探作業(yè)。

　　單層巖芯管取芯技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種勘探作業(yè)取芯方法。取芯時(shí)需將巖芯管連同鉆桿提升至地表進(jìn)行拆卸，取得第四系土樣或巖石取芯后，再將巖芯管與鉆桿組裝后輸送至下一回次取芯回次位置。

　　對(duì)于設(shè)計(jì)孔深超過50 m的勘探鉆孔，當(dāng)勘探作業(yè)進(jìn)行至深部位置時(shí)，每回次的巖芯管提升、拆裝與下鉆，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，工作效率低。此外，單層巖芯管對(duì)于受構(gòu)造影響、節(jié)理裂隙發(fā)育巖層的采芯率普遍較低，常常難以滿足最低采芯率要求。為解決上述難題，本次選用雙層巖芯管取芯技術(shù)實(shí)施勘探作業(yè)。

　　如圖 2 所示，與傳統(tǒng)的單層巖芯管相比，雙層巖芯管包括外管、內(nèi)管兩部分。巖芯管頭部?jī)?nèi)管、外管緊密貼合，尾部則通過軸承傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接�，F(xiàn)場(chǎng)鉆探中，外管連同鉆頭由鉆機(jī)帶動(dòng)鉆進(jìn)取得巖芯，巖芯由內(nèi)管收納； 尾部的.軸承傳動(dòng)機(jī)構(gòu)確保內(nèi)管以及管內(nèi)取芯不隨外管的回轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)； 冷卻水循環(huán)為巖芯管內(nèi)小循環(huán)模式，這使采芯不受巖芯筒旋轉(zhuǎn)、冷卻水沖刷等擾動(dòng)因素的影響，大幅提升了采芯率。

　　除采用雙層巖芯管外，現(xiàn)場(chǎng)還將原直徑 42 mm鉆桿更換為 75 mm鉆桿，借助 GXY-2BT 型鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)的提升能力，可將巖芯內(nèi)管通過 75 mm鉆桿內(nèi)直接提升至地表。與繁瑣的傳統(tǒng)單層巖芯筒提鉆工作相比，該方法可顯著提高工作效率。

　　4 工程應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析

　　“永年路站 ~ 興國(guó)路站”一期勘探工作于 2014 年12 月開始，至 2015 年 2 月完成野外鉆探，歷時(shí)共 41天，實(shí)際完成共53 孔、2 896 m的勘探工作量。為了分析 GXY-2BT 型鉆機(jī)的在該本次工程中的適用性與經(jīng)濟(jì)性，統(tǒng)計(jì)其在勘探作業(yè)過程中不同地層的日均進(jìn)尺、采芯率、能耗等指標(biāo)，并與 XY-1 型鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 3 所示。

　　分析表 3 中的數(shù)據(jù)可知，GXY-2BT 型鉆機(jī)雖然在日均能耗上較 XY-1 型鉆機(jī)高 45%,但借助雙層巖芯管取芯技術(shù)，其工效與采芯率指標(biāo)要明顯優(yōu)于 XY-1型鉆機(jī)。此外，雙層巖芯管取芯技術(shù)在保證采芯率的同時(shí)（ 如圖 3 所示） ,還能為鉆探定向取芯、通過鉛垂勘探鉆孔量測(cè)巖石節(jié)理裂隙面發(fā)育特征等技術(shù)研究工作的實(shí)施創(chuàng)造條件，提高勘察工作的準(zhǔn)確性與可靠性。

　　由此可見，GXY-2BT 型鉆機(jī)與取芯技術(shù)，不僅具有良好的工程適用性，還可為相關(guān)技術(shù)研究工作的開展創(chuàng)造有利條件，在硬質(zhì)巖石揭露層厚地段勘察項(xiàng)目中具有廣泛的推廣與應(yīng)用前景。

　　5 結(jié) 語

　　GXY-2BT 型地質(zhì)勘探鉆機(jī)及雙層巖芯管取芯技術(shù)在青島地鐵 M1 號(hào)線“永年路站 ~ 興國(guó)路站”地段的巖土工程勘察項(xiàng)目中取得了良好的應(yīng)用效果： 與 XY-1 型鉆機(jī)相比更適應(yīng)勘察地段內(nèi)硬質(zhì)巖石揭露層厚的工程特點(diǎn)； 工效、巖芯采取率分別滿足工期與技術(shù)要求，在類似工程地質(zhì)條件地段的勘察項(xiàng)目中具有廣泛的推廣與應(yīng)用前景。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，工程技術(shù)人員還應(yīng)考慮其配套裝置較多、占用場(chǎng)地面積大、鉆機(jī)進(jìn)出場(chǎng)需要起重設(shè)備配合等因素，在地面車輛與人員流動(dòng)密集、各類管網(wǎng)和線路情況復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行鉆探施工時(shí)應(yīng)強(qiáng)化安全與文明施工管理，使其更好地為地鐵等大型建設(shè)項(xiàng)目的巖土工程勘察服務(wù)。（圖表略）

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