C6XP多功能鉆機在巖溶隧道地質預報中的應用

覃鐘欽 韋思 容洪流 梁軍林

摘要：文章基于C6XP-2多功能鉆機在施工現場的鉆進情況（掌子面巖體情況以及鉆進過程中的排碴排水的情況等），結合施工現場所獲取的鉆進參數（主要為旋轉速度、鉆進速度、推進壓力及扭矩等），分析了C6XP-2多功能鉆機的使用性能、判斷依據及其判別注意事項，為隧道施工以及風險評估提供依據。

關鍵詞：隧道;超前鉆探;C6XP多功能鉆機

0 引言

近年來，國內GDP穩步增長，基礎設施也正在趨于完善，特別是交通運輸體系的不斷發展完善，給人們帶來了很多交通便利。公路隧道以其獨有的構造特性（克服地形高差阻礙、縮短里程），大大縮短了人們出行的時間，是交通運輸中的重要一環，具有其他工程無法比擬的優勢。隨著公路隧道建設增多，近年涌現出許多問題，主要有軟巖大變形、支護結構安全性和耐久性、滲流溶蝕和大變形、二次襯砌開裂以及突水突泥等問題[1]。

類似這些問題，可以通過超前地質預報進行風險評估，從而降低事故的發生率，提高施工安全性，減少工程造價[2-7]。超前鉆探是超前地質預報中的一種非常直觀、準確的手段。C6XP-2多功能鉆機作為超前鉆探中常用的一種鉆機，以其方便快捷、簡單易懂的優勢，成為目前國內外預防隧道質量安全風險的主要手段之一。

本文從超前鉆探入手，結合隧道施工鉆探實例，介紹C6XP-2使用性能、參數判別方法及其判別注意事項。

1 C6XP-2多功能鉆機

C6XP-2多功能鉆機是意大利卡薩格蘭地生產的一款多功能鉆機，目前國內主要用于隧道施工超前鉆探，是隧道風險評估中常用的儀器之一，同時還可以用于隧道止水注漿、松散體注漿固結、隧道管棚施工等。C6XP-2多功能鉆機技術規格見下頁表1。

2 C6XP多功能鉆機的使用性能

2.1 鉆進方式

C6XP多功能鉆機具有六種不同的鉆進方式以適應不同圍巖類型隧道的使用，如圖1所示。

（1）短螺旋回轉鉆進（適用于黏土層）;

（2）回旋沖洗鉆孔（適用于地層相對穩定的土層中夾帶小碎石）;

（3）液動錘回旋沖擊鉆孔（適用于地質狀況相對穩定的鵝卵石地層）;

（4）頂驅液動錘鉆孔（適用于地質狀況復雜，需覆蓋層帶套管跟進達到護壁效果）;

（5）潛孔錘回轉沖擊鉆孔（適用于巖層）;

（6）雙動力鉆進回轉-回轉、回轉-潛孔錘、回轉-回轉沖（適合鉆孔精度要求較高的各種巖層）。

2.2 鉆進參數判斷原則

2.2.1 電子信號判斷基本原則

（1）鉆機所獲取的所有參數都是相對掌子面巖體情況而言，分析時要對比掌子面情況;

（2）具體地層情況還需結合現場記錄情況（排渣、排水等），再做出最后判定;

（3）自動鉆進下所得出的數據才有參考意義;

（4）分析鉆進參數時，可以優先考慮鉆進速度，依次往后為扭矩、推進力及旋轉速度等。具體分析實例見表2。

2.2.2 基本情況判別

綜合以往鉆進過程中所出現的情況，給出以下幾種常見的基本的鉆進情況：

（1）換桿：鉆進速度與扭矩變化點相同，推進力和旋轉速度幾乎沒有變化，且鉆進速度、扭矩和推進力除變化點外幅度變化一致，有可能是換鉆桿時回抽所導致的變化。

（2）溶洞：鉆進速度突然增加，扭矩、旋轉速度及推進力突然變為零，初步判斷為溶洞區，可增加鉆孔來確認溶洞的規模。

（3）巖層完整：鉆進速度、扭矩推進力及旋轉速度平穩變化，初步判定為完整的巖層，結合勘察資料進行下一步判別。

（4）松軟層：鉆進速度突然下降、扭矩增加、推進力減少，同時現場排碴困難、返水有顏色，初步判定為松軟層，結合排碴情況確定巖體特性。

（5）巖層變硬：鉆進速度減小，扭矩基本不變，推進力不變或增大，旋轉速度基本不變，初步判定為鉆進面巖層硬度增加，可以結合排碴情況進一步判定。

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

（7）破碎巖層：鉆進速度跳動頻繁但波峰波谷較為接近，扭矩略有增大，推進力不變，初步判定為破碎巖層，可以根據波峰波谷變化的頻率來判斷巖層的破碎程度，同時結合鉆進過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：鉆進速度減小且跳動頻繁，扭矩增加且跳動頻繁，推進力不變，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 現場情況

結合以往的情況，給出幾種基本鉆進問題情況下的現場情況，見表2。

3 實例分析

項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行鉆探。

3.1 測線布置

根據現場施工情況，在弄莫隧道左洞ZK362+593段仰拱底部布置1個探孔，鉆孔深度為21.0m。

3.2 數據處理

所得到的探測數據采用LT3系統處理軟件進行處理，將所得數據繪成曲線參數如圖2所示，可以初步直觀了解巖體變化狀況。截取局部參數波動明顯段（0～16m），結合掌子面實際情況以及排碴返水情況，進一步分析。

由圖2可以看出在鉆進深度為0.3～3.5m時，鉆孔底部鉆桿鉆進速度較慢，鉆桿跳動較大，噪音明顯增強，根據排碴情況可知，符合基本情況（5），同理還有深度為10.5～11.3m段，判定為硬質基巖;當鉆進深度為4.2～8.5m時，鉆進速度跳動頻繁但波峰波谷較為接近，扭矩略有增大，推進力不變，鉆進過程鉆桿出現間歇性跳動，根據排碴情況判定該段孤石較多，且返水減少，符合基本情況（7），故該段應為破碎巖層;當鉆進深度為8.5～10m時，鉆進速度、扭矩推進力及旋轉速度平穩變化，符合基本情況（3），初步判定為完整的巖層，結合勘察資料進行下一步判別，同理還有深度為11.5～12.5m、13～15m段;特別注意的是當鉆進深度為15m時，鉆進速度明顯增大，推進壓力有所減小，扭矩未變化，結合現場排碴情況，由于當地地層風化程度較高，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，進一步判斷。

綜上所述，分析鉆進參數時，可以根據基本情況進行判別，同時還需要結合現場掌子面的巖體情況、排碴排水情況等進行綜合分析。

4 結語

可以看出，C6XP-2鉆機在超前鉆探中所獲得的鉆進參數簡單易懂，可以直接分析參數曲線變化規律與巖體之間的關聯性，為隧道下一步開挖施工方案的制定以及風險評估提供建議。

參考文獻：

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

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