岩土工程勘察中GXY－2BT型地质勘探钻机的运用

　　1 引 言

　　随着城市化进程的加快，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，世界许多城市都出现了不同程度交通拥堵以及污染严重等问题。城市轨道交通因其安全、高效、快捷等特点，已成为解决日益严重交通问题的首选方案，被提到了城市持续发展的重要地位[1 ~2].目前，我国北京、上海、广州、天津、成都等城市已有多条地铁线路投入营运，青岛、石家庄、兰州等城市的地铁也正在紧张建设中[3].

　　城市地下轨道交通建设是在岩土体内部进行的，无论采用何种开挖方法以及选取不同埋深，施工建设不可避免地将扰动地下岩土体，使其失去原有的平衡，导致地面沉降甚至地下已有管道破坏、地面建筑物的损坏[4].为此，必须通过科学严谨的岩土工程勘察工作，查明控制轨道交通线路安全特殊地质的性质、特征、范围、影响程度及其发展趋势，为线路方案选取、隧洞支护设计提供依据[5 ~7].本文介绍GXY-2BT 型地质勘探钻机与双层岩芯管取芯技术在青岛地铁 M1 号线“永年路站 ~ 兴国路站”地段岩土工程勘察中的应用情况，并对其技术性、经济性、工效指标进行评价分析。

　　2 青岛地铁 M1 号线“永年路站 ~ 兴国路站”地段勘察工程概况

　　青岛地铁 M1 号线是青岛市轨道交通规划中的一条地铁线路，该线是主城区连接黄岛区和城阳区的南北的骨干线路。线路自峨眉山路起，经薛家岛过海抵达台西，再经中山路、伏龙山、十五中抵台东，后沿威海路、人民路、四流南路，经青岛北站转向重庆路，向北经汽车北站、流亭机场至城阳东郭庄，全长约 60. 10 km,共设车站 40 座，平均站间距 1 564 m.工程计划于2015 年开工，2019 年建成并投入运营[8].

　　M1 号线“永年路站 ~ 兴国路站”地段包括永年路站、永年路站 ~ 兴国路站区间、兴国路站三个工点，里程为 K51 +384. 800 ~ K52 +769. 300 （ m） ,线路长度1 384. 5 m.线路及车站隧道顶板埋置于基岩范围内，最大埋深达到 57. 5 m.根据岩土工程初步勘察阶段报告以及详细勘察作业钻孔揭露统计情况[9],该线路段主要地层的划分情况如表 1 所示。

　　分析表 1 中“永年路站 ~ 兴国路站”线路段内主要地层的情况可知，由于线路穿越牛毛山主体（ 如图 1所示） ,一般距地表 0. 3 m ~ 2. 0 m处即揭露中等 ~ 微风化花岗岩。根据勘察工作大纲及技术要求，共布设勘探钻孔 101 个，牛毛山主体区域勘探钻孔平均设计深度达 54. 6 m,约 90%的勘探工作量为中等 ~ 微风化硬质岩层的勘探。目前在工民建勘察项目中广泛应用的 XY-1 型钻机由于存在动力配置较差、单层岩芯管岩石采取率低等问题，难以满足工期及技术要求，在现场中的应用效果不理想。如何配置高效的钻探设备并选用满足采芯率要求的取芯技术，已成为现场工程技术人员亟须解决的问题。

　　3 GXY-2BT 型地质勘探钻机及双层岩芯管取芯技术

　　依据“永年路站 ~ 兴国路站”地段勘察工程特点以及工期、技术要求，项目组调配了 6 台 GXY-2BT 型地质勘探钻机进场实施勘探作业。GXY-2BT 型钻机的基本性能参数及技术规格如表 2 所示，XY-1 型钻机的相关参数也一并列于表中。由表 2 可知，GXY-2BT 型钻机的最大钻进深度、提升能力、动力配置等技术指标皆优于 XY-1 型钻机，更适于在丘陵或山区实施硬质岩层的钻探作业。

　　单层岩芯管取芯技术是目前应用较为广泛的一种勘探作业取芯方法。取芯时需将岩芯管连同钻杆提升至地表进行拆卸，取得第四系土样或岩石取芯后，再将岩芯管与钻杆组装后输送至下一回次取芯回次位置。

　　对于设计孔深超过50 m的勘探钻孔，当勘探作业进行至深部位置时，每回次的岩芯管提升、拆装与下钻，既费时又费工，工作效率低。此外，单层岩芯管对于受构造影响、节理裂隙发育岩层的采芯率普遍较低，常常难以满足最低采芯率要求。为解决上述难题，本次选用双层岩芯管取芯技术实施勘探作业。

　　如图 2 所示，与传统的单层岩芯管相比，双层岩芯管包括外管、内管两部分。岩芯管头部内管、外管紧密贴合，尾部则通过轴承传动机构连接。现场钻探中，外管连同钻头由钻机带动钻进取得岩芯，岩芯由内管收纳； 尾部的轴承传动机构确保内管以及管内取芯不随外管的回转而旋转； 冷却水循环为岩芯管内小循环模式，这使采芯不受岩芯筒旋转、冷却水冲刷等扰动因素的影响，大幅提升了采芯率。

　　除采用双层岩芯管外，现场还将原直径 42 mm钻杆更换为 75 mm钻杆，借助 GXY-2BT 型钻机卷扬机的提升能力，可将岩芯内管通过 75 mm钻杆内直接提升至地表。与繁琐的传统单层岩芯筒提钻工作相比，该方法可显着提高工作效率。

　　4 工程应用情况及经济技术指标分析

　　“永年路站 ~ 兴国路站”一期勘探工作于 2014 年12 月开始，至 2015 年 2 月完成野外钻探，历时共 41天，实际完成共53 孔、2 896 m的勘探工作量。为了分析 GXY-2BT 型钻机的在该本次工程中的适用性与经济性，统计其在勘探作业过程中不同地层的日均进尺、采芯率、能耗等指标，并与 XY-1 型钻机进行对比，统计结果如表 3 所示。

　　分析表 3 中的数据可知，GXY-2BT 型钻机虽然在日均能耗上较 XY-1 型钻机高 45%,但借助双层岩芯管取芯技术，其工效与采芯率指标要明显优于 XY-1型钻机。此外，双层岩芯管取芯技术在保证采芯率的同时（ 如图 3 所示） ,还能为钻探定向取芯、通过铅垂勘探钻孔量测岩石节理裂隙面发育特征等技术研究工作的实施创造条件，提高勘察工作的准确性与可靠性。

　　由此可见，GXY-2BT 型钻机与取芯技术，不仅具有良好的工程适用性，还可为相关技术研究工作的开展创造有利条件，在硬质岩石揭露层厚地段勘察项目中具有广泛的推广与应用前景。

　　5 结 语

　　GXY-2BT 型地质勘探钻机及双层岩芯管取芯技术在青岛地铁 M1 号线“永年路站 ~ 兴国路站”地段的岩土工程勘察项目中取得了良好的应用效果： 与 XY-1 型钻机相比更适应勘察地段内硬质岩石揭露层厚的工程特点； 工效、岩芯采取率分别满足工期与技术要求，在类似工程地质条件地段的勘察项目中具有广泛的推广与应用前景。在现场应用时，工程技术人员还应考虑其配套装置较多、占用场地面积大、钻机进出场需要起重设备配合等因素，在地面车辆与人员流动密集、各类管网和线路情况复杂的区域进行钻探施工时应强化安全与文明施工管理，使其更好地为地铁等大型建设项目的岩土工程勘察服务。（图表略）

　　参考文献

　　[1] 王治，叶霞飞。 国内外典型城市基于轨道交通的“交通引导发展”模式研究[J]. 城市轨道交通研究，2009（5） :1 ~5.

　　[2] 曹小曙，林强。 世界城市地铁发展历程与规律[J]. 地理学报，2008（ 12） :1257 ~1267.

　　[3] 石俊刚，史宏杰，徐瑞华等。 城市轨道交通乘务任务划分模型及算法研究[J]. 铁道学报，2014（ 5） :1 ~7.

　　[4] 冯卫星，况勇，陈建军。 隧道塌方案例分析[M]. 成都：西南交通大学出版社，2002.

　　[5] 陶忠平。 复杂地形地质条件岩土工程勘察实践与探索[J]. 岩土工程学报，2007,29（ 8） :1178 ~1183.

　　[6] 任建喜，贺小俪，刘朝科等。 旁压试验在西安地铁岩土工程勘察中的应用研究[J]. 铁道工程学报，2013（11） :98 ~101.

　　[7] 陈成涛。 岩土工程勘察常见问题分析[J]. 城市勘测，2013,3: 167 ~ 168.

　　[8] 张瑾。 青岛富水砂层隧道变形机理及其控制对策研究[D]. 北京： 中国矿业大学，2013.

　　[9] 姜德鸿，闫强刚，于波等。 青岛地铁 1 号线三标段胜利桥-兴国路站区间岩土工程勘察报告[R]. 青岛市勘察测绘研究院，2014.