水平定向钻在饱水黄土隧洞施工中应用.pdf

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1、第49卷第9期甘肃水利水电技术Vo1．49．No．92013年9月GANSUWA．IERRESOURa璐ANDH)R0POWERTEC=丑0LOGYSep．，2013·施工技术·水平定向钻在饱水黄土隧洞施工中应用张仕明(甘肃省引洮工程建设管理局，甘肃兰州730000)摘要：文章着重阐述了饱水黄土隧洞项管法施工中采用水平定向钻辅助施工原理、技术参数确定、施工程序，以及施工注意事项和实际应用等，通过施工全过程控制，有效地解决了隧洞饱水黄土流泥、变形失稳，以及坍塌与塌方等严重不良工程地质问题，顺利通过饱水黄土洞段，达到预期效果，可为类似隧洞工程施工提供借鉴及成功经验。关键词：水

2、平定向钻；辅助施工；饱水黄土隧洞；黄土流泥中图分类号：U455．49文献标志码：B文章编号：2095—0144(2013)09—0060—031工程概况地质状况，经全面分析研究、调研和对比分析，决定甘肃省引洮供水一期配套工程定西市安定区农采用国内较为先进且成熟的非常规钻爆法(矿山法)村供水自流干管2隧洞全长1l13．8m。隧洞进出口开挖施工技术。即水平定向钻辅助施工技术进行隧分别位于安定区团结镇小山湾村及唐家堡村，计划洞开挖掘进施工，以加快工程建设进度．保证工程质工期184d。量和施工安全，相应确定水平定向钻钻孔起始位置。2水平定向钻技术方案选定3水平定向钻技术施工工艺及

3、布置2．1原设计方案及施工过程3．1施工技术方案工艺流程安定区农村供水自流干管2隧洞工程于2011水平定向钻施工辅助技术工艺流程见图1。年8月开工建设，原设计方案为常规钻爆法洞土开测量放样挖施工。在隧洞进口段开挖掘进施工时出现饱水性粉质壤土，伴有大量水析出，并产生大量流泥，施工施工准备钻机就位二二工二二难度大，围岩自稳时间短，成洞条件差，逼迫停工。—]_人材设备进场2011年l1月经工程建设各方现场踏勘、分析论证，钻机调试二二工二二对设计方案做了优化。隧洞洞身横断面形式采用城二[机井开挖门洞形(圆拱直墙平底板形)，高2．40m、宽2．20m，泥浆配备采用一次喷砼及钢拱架支

4、护。二次现浇钢筋混凝土设备就位调试h余的复合式衬砌．洞身底部设置2．20mx0．40rex0．15In泥穿越导向孔FtI废浆蔷清的C15混凝土垫块，以硬化底板，便于施工。二二匕I—I筵运穿越轴线控制l一随着隧洞开挖掘进施工的进展，洞身围岩含水——1．．——一l泥回扩卜JT—穿—越J深—度控制llI浆配率逐渐加大。成洞条件越来越差，多次出现塌方，于回拖——1—l备2012年7月2O日开挖掘进至进尺218in处再次发————J———_1—1一管道焊接安装II生较大规模塌方，并伴有涌水、突泥发生，充满洞身穿越结束断面整体．流泥向后推移约20m远，洞身围岩含水循环再用率急剧增加至

5、25％左右，采取加密钢拱架、增设超前小导管管棚支护等工程技术措施均不能凑效。隧洞图1水平定向钻施工辅助技术工艺流程开挖掘进施工再次停工。2．2隧洞施工技术方案变更调整3．2施工布置对于隧洞洞身围岩饱水黄土极差的工程地质条(1)在距离隧洞洞口50m处，将水平定向钻设件。结合前期开挖掘进施工实践，以及所揭示的工程备安装就位，地锚固定。收稿日期：2013—09—12作者简介：张仕明(1974一)，男，甘肃会宁人，工程师，硕士，主要从事水利工程施工管理。-6O·第9期张仕明：水平定向钻在饱水黄土隧洞施工中应用第49卷(2)由于水平定向钻钻机钻杆须自隧洞洞口水鸭嘴式水射流钻头(也称

6、斜面合金钻头)成孔，通过平进入。考虑隧洞洞身尺寸较大，钻杆悬空太长，不高压水射流切割土层，同时起冷却钻头和携带钻屑能产生足够的钻进、顶进推力，因此，在隧洞洞内首的双重作用。斜面钻头用来控制钻孔轨迹方向，若先安装El径为4,325mm或4,273mm的钢管作为套同时给进和回转钻杆，斜面失去方向性，实现直孔钻管．以增加钻进、顶进推力。进；若只给进不回转，通过斜面的反力，使钻头改变(3)在隧洞洞口修建临时蓄水池，并储备水源，方向．实现造斜钻进。作为水平定向钻施工用水，由有线信号单元+步行式eclipse地面定位系统(4)水平定向钻钻机钻进施工导向准备工作。实现钻头位置和钻孔轨迹

7、测量。在钻进时，孔底探钻进施工采用先进的地磁导向系统，可根据地球的头发出电磁波信号。地面上的导向仪接收孔底探头磁偏角确定钻进方向，隧洞轴线方向作为参照方向发出的信号，并显示钻头深度、倾斜度、工具面向角、进行钻进施工．钻进的优先选择施工方案见图2。温度等参数，供操作人员随时掌握钻孔孔内情况，并随时按设计的钻孔轨迹进行变更调整。由控向员通过对讲机向各岗位人员发出开始施工的指令，各岗位人员到位启动设备。首先泥浆系统向钻机供给泥浆，司钻员启动泥浆加压，检查钻头出水是否顺畅及出水流量是否满足事先设计要求，司钻员回应控向员发出的施工指令进