水平钻孔在卵石层的偏斜控制

水平钻孔在卵石层的偏斜控制

牛磊

中煤特殊凿井有限责任公司安徽省淮北市235000

摘要：在隧道施工期间，水平钻孔是一项常用的技术，在特殊地质环境中，如何保证钻进方向的准确性，成为施工人员关注的重点。本文结合工程实例，指出钻孔施工技术要点和质量技术要求，介绍了冻结孔水平钻孔时的偏斜控制方法，以供参考。

关键词：卵石层；水平冻结孔；技术要点；偏斜控制；质量要求

卵石是粒径大于5mm、经自然条件作用形成的颗粒，由于卵石表面光滑，水平钻孔时容易导致钻头打滑，改变正常的钻进方向[1]。近年来，随着地铁、隧道等工程数量增多，施工期间面临的地质情况更加复杂，在卵石层进行水平钻孔，控制偏斜才能保证施工质量。以下结合实践进行探讨。

1．工程概况

以武汉地铁4号线为例，选取其中的复兴路～拦江路站点，穿越长江的隧道区段，采用盾构法进行施工。施工期间，考虑到防水、排水、灾害防治等功能，施工过程中设置联络通道3条。该工程中，前两条联络通道在长江水面以下，第三条联络通道在长江水岸的外侧。为了提高隧道的稳定性，其一，在洞内采用冻结法，加固现有岩土体。其二，在联络通道位置，及时安装隧道管片，该管片的材质为钢管，厚度为35cm，内径为550cm。其三，采用初次支护+二次衬砌，拱顶厚度为50cm，侧墙厚度为60cm，呈渐变过渡；底板采用现浇钢混结构，厚度为80cm。其四，临时支护层和永久结构层之间设置防水层，防止发生渗水。

分析该工程的难点，主要包括：①前两个联络通道均在长江水面以下，最大埋深约为50m，施工时地面和水面产生的压力大。②隧道施工时，地层以粉细砂为主，由于孔隙水压力大，且和长江水联系密切，发生突水、涌泥的风险高，会威胁施工人员的安全。③结构截面为变截面，提高了钢筋、模板等工程的施工难度。④部分施工区段处于圆砾层中，砾石对钻孔的影响大，提高了钻孔难度，且会影响成孔质量。

2．钻孔施工技术要点和质量技术要求

2.1施工技术要点

第一，冻结孔施工顺序。第一步，对透孔进行施工，检查穿透孔的偏差大小，来调整钻机的钻进参数。第二步，以联络通道的孔位为准，遵循由上向下施工的原则，下层冻结孔施工时，能减少对上部地层造成的振动和扰动，保证钻孔安全性。第三步，在通道顶部孔施工时，依据地面打孔的数据、通道孔位的设计图，对孔位放样结果进行调整，防止打到排水管上。

第二，冻结孔定位。熟悉测量放样的基准点、冻结孔施工图纸，准确放样冻结孔的孔位。布置孔位时，要参考管片的配筋图，尤其明确钢管片加强筋的位置，从而避开主筋、螺栓、管缝等构件；同时适当调整，偏差控制在100mm以内。

第三，冻结孔开孔及孔口密封装置。钻机、钻头均选择金刚石材质，将钻孔的深度控制在30cm，且不能钻穿管片。楔断岩心后及时取出，向孔内放置预先加工完成的孔口管，将其固定在管片上，合理设计固定点，数量至少为4个[2]。固定完成后，首先对孔口密封装置进行安装；然后在孔口法兰、冻结管之间，使用钢板进行焊接、密封。

第四，冻结孔钻进。钻进技术要点如下：①合理选择钻孔设备，其中钻机宜选用MD-50型，泥浆泵宜选用BW250型，钻杆宜选用冻结管。②相邻两个冻结管连接时，使用套管丝扣，首先拧紧接头螺纹，然后进行电弧焊接，复核同心度、焊接强度是否满足要求。③一般情况下，安装简易钻头钻孔，采用无水钻进工艺。如果钻进困难，可在钻头上增设单向阀门，改为带水钻进工艺。④冻结管达到设计深度，冲洗单向阀，密封冻结管的端部。⑤钻孔作业中，委派专员监测钻孔的倾斜情况，并且及时纠偏。⑥下放冻结管后，对冻结管的长度再次测量，并利用测斜仪器检测倾斜度，绘制钻孔的偏斜图。⑦在冻结管内下放供液管，然后焊接冻结管的端盖、去路羊角、回路羊角等部件。

2.2质量技术要求

钻孔施工期间，质量技术要求总结如下：①对冻结孔钻孔作业时，要求实际深度≥设计深度，为了防止钻头接触到隧道的管片，将不参与制冷循环的长度控制在15cm以内。②施工时，优先对透孔施工，以透孔为准，对隧道预留口的位置偏差进行校核，作为钻孔质量的评估依据。一般情况下，位置偏差在10cm以上，就要调整冻结孔的位置。③钻孔偏斜应控制在150mm以内[3]。④冻结孔终孔的最大允许间距为130cm；终孔位于集水井处，最大允许间距为140cm。如果实际测量值超过该范围，就要补孔处理，或者延长冻结时间。⑤冻结孔施工过程中，对土体的流失量进行控制，如果大于冻结孔的体积，要注浆处理，避免发生沉降现象。⑥检测冻结管长度、偏斜情况，合格后打压试漏，一般将压力控制在0.8MPa。如果试压不合格，要取出冻结管，然后重新钻孔，重复以上施工步骤。

图1：钻孔质量控制流程图

3．冻结孔水平钻孔时的偏斜控制方法

3.1防偏斜方法

水平钻孔时，防偏斜方法如下：

第一，根据隧道内部的尺寸，计算空间面积大小，合理编制冻结孔的施工平台搭设方案，要求是：①牢固平整牢靠；②符合标准规范；③方便钻孔设备固定或移位。

第二，隧道管片上的冻结孔在施工时，首先要安装孔口管，且管道上带有法兰、旁通。该孔口管的材质，宜选用低碳钢，相比于冻结管的外径，孔口管的内径超出1～2cm，厚度则控制在5～7mm；安装在混凝土管片上孔口管的管端，要加工配套的鱼鳞扣，其长度控制在200mm以上。

第三，冻结孔的开孔位置，重点是控制误差值，要求如下：①误差处于冻结孔最大允许偏斜值范围内；②数值上＜10cm；③开孔间距的误差＜15cm。孔口部位，应该避开隧道管片的接缝、混凝土管片的主筋、钢管片肋板等构件。

第四，开孔倾角、方位角的确定，使用经纬仪、罗盘等仪器，并在使用前检验校核，保证精度达标。

第五，先在孔口管上安装阀门、密封装置，然后使用钻机二次开孔，直至打穿管片。冻结孔成孔后，在喇叭口等关键部位，绘制出成孔偏斜图。

3.2纠偏方法

在卵石层水平钻冻结孔时，针对已经出现的偏斜情况，可采取以下纠偏方法：①测定开孔的实际误差，对冻结孔的施工位置进行调整，将偏斜值控制在允许范围内。②冻结孔间隔施工中，要调整中间冻结孔的施工轨迹，尽量缩小冻结孔的最大成孔间距，保证冻结孔的间隔是均匀的。③开孔孔位、方向要准确，具体操作上可在隧道两侧设置点位，进行拉线校验。④施工第1个冻结孔之前，要了解地质、水文等条件，对各项施工参数进行改进和优化。⑤提高冻结管的加工质量，确保冻结管连接顺直，才能用在施工中。⑥开始钻进作业时，或者下放冻结管时，要检查钻杆、冻结管的方位与倾角，确保冻结管的方位满足设计要求。⑦对于深度较大的冻结孔，开孔段预设0．5～1。的上仰角。

结语

综上所述，在隧道、地铁等地下工程中，水平钻孔是一项重要的技术方案，控制孔位偏斜并纠偏，才能保证工程质量。本文结合工程案例，指出钻孔施工技术要点和质量技术要求，总结了偏斜控制方法。希望为类似工程提供经验借鉴，确保现场施工顺利进行。

参考文献：

[1]彭旭，杨忠，刘卫卫.混合高效钻进技术在近水平长钻孔中的应用[J].煤矿安全，2017，48（3）：67-70，75.

[2]张文辉，赵晓，张宜虎，等.岩石工程长尺寸钻孔偏斜控制技术的研究及应用[J].长江科学院院报，2014，31（8）：122-126.

[3]聂新明.水平定向分支注浆钻孔洗井工艺探讨与研究[J].科学技术创新，2019，（1）：12-13.