城市轨道交通水平定向勘探施工技术

王科伟，张艳涛，石 佳

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

(中建隧道建设有限公司，重庆 401320）

随着我国的城市化加速发展，城市轨道交通也步入了高速建设阶段，城市核心区域的立体交通的深入发展也对施工精度提出了更高的要求，而作为控制依据岩土工程勘察技术，因为城市核心区域存在的诸多施工限制，往往无法保证勘探密度与勘察精度。本文依托徐州市城市轨道交通1号线，提出一种水平定向勘探施工技术，作为市政工程领域开创性的勘探技术，可以解决众多不具备常规钻探条件下的地质勘探工作，为建设项目的设计施工提供可靠依据，尤其对以线状为主的建构筑物（如地铁、隧道）可起到最大化利用钻孔资料，不存在常规垂直钻探两孔间空白地带的地质推断问题，可连续探明目标地层的地质情况，并进行工程加固处理任务。

1 工程概况

如图1所示，徐州市轨道交通1号线采用盾构工法施工，区间下穿徐州火车站、16股铁路股道、行包房、行包地道，侧穿无柱雨棚桩基础，影响范围达220m。

鉴于区间为上软下硬富水岩溶地层，且下穿火车站、运营线路对施工沉降控制要求极高，为保证施工和运营安全，同时考虑到目标区域无法施工勘探孔的客观因素，采用在基岩内施工水平定向孔，并辅以孔内物探手段，探查徐州火车站及铁路线下方基岩地层及岩溶发育状况，并进行局部岩溶注浆处理和基岩放水降压。

图1 平面示意图

2 水平定向勘探技术

2.1 作用机理

采用水平定向钻探、工程物探、设计计算及对比分析等方法实现地层勘探、风险分析。

2.2 施工优点

1）精确可控性 轨迹准确、精度高，整个施工过程中，随时可确定、调整线路的位置及埋深。

2）环境保护性 施工场地固定，环境影响较小，可节约大量因施工占地、路面及绿化损坏、城市管理导致的勘察成本。

3）施工高效性 水平定向勘探技术契合了现状地铁线路的特征，近乎100%地有效利用勘探段资料，同时勘探成本相比常规加密钻探大大降低。

4）广泛适应性 几乎不受城市核心区域的各类施工限制影响，同时适用于各种复杂的地质结构。

3 水平定向勘探关键技术

3.1 水平定向勘探施工流程

施工流程如图2所示。

图2 水平定向勘探施工流程图

3.2 钻孔轨迹设计

围绕区间的主要勘探目的层，轨迹设计线尽可能或完全沿着设计线路某一方位进行，在以基岩岩溶发育状况为主要勘探目的下，目标段首先考虑设置于隧道断面下方，为综合反应隧道底面岩溶发育情况，布置2孔/隧道以达到勘探目的。钻孔横部面和钻孔轨迹剖面如图3、图4所示。

图3 钻孔横剖面图

图4 钻孔轨迹纵剖面图

3.3 水平定向钻施工

优选合适的钻机、钻杆、螺杆、测斜仪等设备，符合轨迹设计及勘探要求，确保钻孔孔径满足后期孔内成像或综合测井要求。

本项目采用FDP-60非开挖导向钻机进行水平定向钻探，沿隧道左右两线下方1.0m处各设计施工2条水平定向孔。全孔利用随钻有线定向系统钻井成孔，在具备地面测向段综合利用手持定向设备进行方位、垂深精度校正，确保轨迹偏差＜0.5m。

3.4 随钻监测工作

通过采集钻进过程中的钻压、泵压、转速、扭矩等参数，分析地层岩性及岩溶分布。在水平定向钻施工过程中，将随钻监测系统作为一节钻杆连接在钻具组合中，根据监测数据分析地层岩性及岩溶分布情况。

3.5 综合测井分析

水平定向孔施工完成之后，进行充分洗孔和扫孔，然后进行综合测井。综合测井仪器连接在钻杆底部，通过钻杆将测井仪器输送到孔底，测井仪由井下电池供电，在起钻过程中测井仪进行测井，通过对测井数据的解释分析，进而识别地层岩性和岩溶分布情况。

本项目采用SL6000 LWF存储式测井系统完成综合测井任务，本次测井项目包括井斜方位、井径、自然伽马、声波、视电阻率5项，分析项目包括充填物分析、岩性分析、孔隙度划分3项。

3.6 孔内成像分析

水平孔施工完成之后，进行充分扫孔和洗孔。将孔内成像仪连接在钻杆底部，通过钻杆将孔内成像仪输送到孔底进行探测，运用成像数据，进行地层岩性分析及岩溶识别分析。

4 总 结

基于水平定向钻，结合综合测井手段，开创水平定向勘探技术。经实际工程检验，水平定向勘探施工技术突破了常规垂直勘探的施工局限性，解决了常规勘探孔孔间勘探空白问题，最大化勘探孔的有效勘探段，为盾构施工提供了高精度的地质情报，实现了徐州市轨道交通1号线盾构下穿徐州火车站±6mm的沉降控制精度，同时将对周边环境影响降到了最小，值得在工程中推广和应用。

[1]方战杰.测井相综合分析在岩性气藏沉积相及储层预测中的应用[D].北京：中国地质大学，2012.

[2]赵永哲.煤矿井下近水平定向孔螺杆钻具钻进受控机理研究[D].北京：煤炭科学研究总院，2008.

[3]徐 涛.水平定向钻进随钻测量方法及定位技术研究[D].北京：国防科学技术大学，2006.