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展，城市軌道交通也步入了高速建設階段，城市核心區域的立體交通的深入發展也對施工精度提出了更高的要求，而作為控制依據巖土工程勘察技術，因為城市核心區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性的勘探技術，可以解決眾多不具備常規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，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，不存在常規垂直鉆探兩孔間空白地帶的地質推斷問題，可連續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地層勘探、風險分析。

2.2 施工優點

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）環境保護性 施工場地固定，環境影響較小，可節約大量因施工占地、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加密鉆探大大降低。

4）廣泛適應性 幾乎不受城市核心區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 隨鉆監測工作

通過采集鉆進過程中的鉆壓、泵壓、轉速、扭矩等參數，分析地層巖性及巖溶分布。在水平定向鉆施工過程中，將隨鉆監測系統作為一節鉆桿連接在鉆具組合中，根據監測數據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，通過對測井數據的解釋分析，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，運用成像數據，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垂直勘探的施工局限性，解決了常規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，同時將對周邊環境影響降到了最小，值得在工程中推廣和應用。

[1]方戰杰.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.