复杂地质结构（精选11篇）
复杂地质结构 篇1
1 复杂地质条件下的钻井的复杂性与不确定性分析
复杂地质地质条件突出的特点就是不确定性, 尤其是在对复杂结构井的施工中其不确定性更加的明显, 复杂的结构井也即是指出了常规的直井外的所有的较为复杂的井结构, 如水平向井、定向井、移位较大的井、分支井等。其不确定性由以下几个方面决定:
1.1 地质条件的影响
复杂的地质条件对复杂结构井的影响是最大的, 因为复杂结构井与特殊工艺井成井都需要以地质结构为基础, 如果在地层厚度、油气结构、底界面位置、地层缺失、地层分层深度位置等方面都会影响复杂结构井的施工, 着不确定因素可以导致某个层不能进行探测确定其地质情况, 只能依靠液体套管维持待定井段的施工。如果情况严重还会因为目的层、标志层的深度不能明确探知而影响预先设计井的深度、靶位等带来困难, 更严重的还会因为施工位置的地质结构而影响井壁稳定性。
1.2 井下设备控制的不确定性
在钻井的过程中, 导向钻井工程控制与优化目标会在实际的施工中产生不确定性, 而导致其难以实现。主要的因素是钻头的动力学与钻柱的动力学研究与控制还不够完善, 在实际的应用中不能代表普遍性, 尤其是旋转导向工具和BHA都有不确定性, 所以在实际的成孔中运行很难兼顾井孔的轨迹、速度、安全、效率等多方面问题。
1.3 结构井刨面与轨迹之间的不确定
在是实际的施工中还会出现漂移问题, 或者不容易改变井孔位置的复杂地质结构, 但是因为不能在事前定向出现倾斜的位置和井孔的位置而增加了施工的难度。在施工经常出现多次调整井身轨迹的情况, 给结构井与施工都带来了安全隐患。
1.4 井下复杂的情况对给施工带来不确定性
常规直井利用的是传统的诊断与预测方式可以通过地面录井或者泥浆的情况对施工进展进行分析, 但是因为地面采集的数据不能及时反映井下的情况, 在实际的使用中往往会出现滞后或者错误判断, 面对复杂结构井这种方法显然不能完全适应其施工。
2 复杂地质条件下复杂结构井与特殊工艺井施工技术
2.1 裸眼施工技术
这是一种简单的水平向井的施工方式。利用技术套管放置到预计的水平位置顶部, 向其注入水泥固井封隔。随后利用小一级的钻头进行水平钻进, 直至设计长度, 施工完毕。裸眼成井的主要应用地质形态为碳酸岩等坚硬不易坍塌地质条件下, 特别是存在垂直裂缝的地层。
2.2 割缝衬管施工技术
此种措施先利用割缝的衬管悬挂在技术套管上, 用悬挂封隔器对其进行外部封隔。割缝衬管需要扶正, 保证其在井眼的中心。割缝衬管技术主要适用在不能用套管射孔的工程中, 同时裸眼施工还会引起塌方。此种施工技术方式简单, 有效的抑制塌方, 同时将水平井端进行分割形成使之容易施工, 此技术多用与水平井。
2.3 射孔施工技术
固井射孔技术是一种被认可的施工技术, 包括套管固井射孔技术与尾管固井射孔施工。套管射孔是技术可以避开夹层水、顶层水、气顶等, 可以支持分段射孔、试油、注采等进行增产措施。在一些油田中热采水平井和先期防砂的水平井多采用此类技术完成施工, 通常全井采用的是直径为177.8m m的套管, 热采水平井采用提拉预应力的方式固井, 水泥材料返到井口的尾管固井射孔, 以此完成施工有利于提高固井质量与保护生产层, 在水平段施工中采用与油气层相互配伍的钻井液, 利用近似平衡钻井或者欠平衡钻井技术降低对油层的污染, 保证其生产稳定。
另外, 此项技术可以降低施工成井的成本, 提高项目进行的经济效益, 因此水平井中采用此方法的居多, 此时利用直径为244.5mm套管与139.7mm尾管施工成井, 在水平井固井射孔的施工中, 应保证固井的质量才能达到技术目标。为了提高固井的效果, 可以利用一些措施进行质量提高, 如:使用添加剂对水泥浆的性质进行改变, 分级注入水泥, 紊流与塞流代替, 采用封隔器, 活动管柱, 加装套管扶正装置提高其位置稳定性, 利用尾管固井等技术。
通常的水平井多利用负压射孔, 对地质松散胶结差的地质结构通常采用近似平衡压力射孔, 高压地层和地层压力不确定的时候则采用正压射孔, 向水平井射孔方向利用油管传送射孔枪和液压引爆。这样就实现了油管内憋压射孔、可以将一筛管接到射孔枪上, 全井憋压射孔完成后不需要移动管柱测压或者生产。
2.4 管外封隔器技术
此项技术施工是依靠管外的封隔器对成井进行分割, 投产后按照层段进行后期施工或者生产控制。对注水开发的油田而言是十分重要的技术措施, 我国西北的油田在水平井施工中多采用此类技术。
2.5 填充成井设计
在总结实践经验的基础上, 水平井内不论是利用裸眼井下砾石填充或者套管井下砾石填充, 其工艺都比较复杂, 目前还有一种在矿场上进行时间的技术, 裸眼水平井预先填充砾石绕丝筛管施工技术, 其筛管结构和性能与垂直井相似, 但是使用中应采用扶正器进行辅助, 以方便让筛管在水平位置居中, 在某些油田中的复杂结构井施工中获得了较好的效果。
3 结束语
复杂地质条件下进行复杂结构井和特殊工艺井施工时, 其不确定的因素来自与多个方面, 这些因素决定了在成井的过程中对其产生负面影响。所以在实际的施工中, 应利用相应的技术措施在施工中尽量克服负面影响, 并利用技术优化来提高施工的效果。
摘要：在常规的钻井技术之外, 都统称为复杂结构井。其应用主要是为了适应油田的采收率。但是在结构复杂的地质条件下, 地质结构的不确定、设备操控不确定性、结构不确定性、意外情况等, 使得复杂结构井与特殊工艺井完井工艺越发复杂与困难。所以在实际的施工中利用多种技术组合和创新才能提高完井的质量, 并提高其对提高采收率的帮助。
关键词：复杂地质,不确定因素,复杂结构井,完井技术
参考文献
[1]温克珩, 赵总彦.复杂地质条件下复杂结构井成井的关键技术及管理对策[J].石油技术, 2008, (02) .[1]温克珩, 赵总彦.复杂地质条件下复杂结构井成井的关键技术及管理对策[J].石油技术, 2008, (02) .
[2]曹佩浩.复杂地质条件下穿层钻井与成井技术研究[J].科技传播, 2011, (02) .[2]曹佩浩.复杂地质条件下穿层钻井与成井技术研究[J].科技传播, 2011, (02) .
[3]李文峰, 郭忠平.复杂地质条件下复杂结构井的优化技术[J].矿业工程研究, 2011, (01) .[3]李文峰, 郭忠平.复杂地质条件下复杂结构井的优化技术[J].矿业工程研究, 2011, (01) .
复杂地质结构 篇2
低地应力是地下工程中经常被忽视的.一种应力状态,低地应力对地下工程稳定性有重要影响.结合白鹤隧道复杂地质段施工,本文详细分析了其工程地质特征,并结合低地应力的地质标志,得出了低地应力为该复杂地质段主控制因素的结论,为进一步设计施工提供参考.
作 者：王坛华 陈剑平李杨 李燕俊 作者单位：王坛华,陈剑平,李杨(吉林大学建设工程学院)
李燕俊(云南路桥股份有限公司)
复杂地质结构 篇3
【关键词】地质；桥梁基础；施工；地质勘探
我国幅员辽阔，工程、水文地质情况复杂多变，尤其灰岩地区地质极其复杂，如溶洞、断层、裂隙、地下水等。如对其认识不足可能严重影响设计阶段桥梁基础形式选型，施工阶段桥梁基础安全隐患以及施工质量，乃至通车后的运营安全，造成严重的质量、安全、隐患和经济损失。对于地质条件复杂区域，桥梁基础施工阶段很难全面、深入的进行地质勘探，所以施工阶段对桥址区的补充勘探，甚至逐桩钻探是很有必要的。
一、工程概况
山西省太原至古交高速公路全长23.404km，主线双向四车道，设计速度采用80km/h，整体路基宽24.5m，分离式路基宽2×12.25m，建有目前全国第二长的公路隧道西山隧道一座（13.63km）。太古高速公路全线地质复杂多变，安全风险大。路线东端位于汾河冲积平原，中部属吕梁山余脉石千峰山中低山区，西端为汾河河谷。最大相对高差达546米，路线自东向西均位于吕梁～太行断块之次级地质构造单元，五台山块隆中的古交倾斜地块。
桥址区位于五台山块隆古交倾斜地块的中部，出露岩性以奥陶系峰峰组（O2f）地层为主，主要为强～中风化灰岩。物探解释、钻孔揭露及地质调查得知，奥陶系峰峰组（O2f）岩溶发育，陷落体较多，断裂构造发育较多，对该桥的桥梁基础施工影响很大。
三岔口汾河大桥是太古高速公路古交连接线为跨越汾河而设，上部结构采用13-30米装配式预应力混凝土连续箱梁，下部结构桥台采用U型台、柱式台；桥墩采用等截面柱式墩，基础采用扩大基础和钻孔灌注桩基础。
二、存在问题
在三岔口汾河大桥桩基础施工初期，通过钻渣的取样分析，发现与设计文件中的地质说明差别较大，7-1#桩孔在钻至桩顶标高下5米时入岩，岩质为弱风化灰岩，该桩在施工过程中出现泥浆流失现象，而原设计该桩为摩擦桩，应在13米左右入岩，就此情况设计单位又在该桥2#、4#、7#、8#墩进行了补充钻探，在钻探过程中多次出现漏浆现象，各孔相同深度的芯样差别很大，且均为泥灰岩、灰岩互层交错。根据补充钻探结果分析，该桥桥址区可能存在多次溶洞与裂隙、甚至断层。为了探明桥梁基础地质情况，准确确定桩基长度，嵌岩深度，决定对该桥进行逐桩钻探。
三、勘察方法与工作量
1、勘察工作布置原则
a、本次勘探钻孔为逐桩钻孔
b、在地层岩性、地质构造复杂、不良地质现象发育地段延伸勘探范围，加布原位测试点
2、勘察方法
本次勘探采用工程地质调绘，钻探现场原位测试和室内试验相结合的综合方法。勘探手段以钻探为主，原位测试手段主要为动力触探试验。
勘探点坐标由设计文件提供，使用索佳SET510全站仪进行放样，使用黄海高程系统。钻孔定位测差，陆地小于0.1m，地面孔口高程陆地不超过0.01m。
3、室内试验
a、室内土工试验按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）
b、岩芯代表性试样进行天然饱和单轴抗压强度试验
c、采取地下水进行对建筑材料的腐蚀性试验
按照设计桥位图并结合国家现行有关规范、规程及场地地形地貌特点，勘探共完成了勘探点29个，其中：取土试样钻孔8个，深度均为33.0m，取土标贯钻孔21个，深度为33.0～35.0m。
四、勘探结果
1、桥基岩土体工程地质分层
桥址区地层在这次勘探深度范围内，根据岩土体的分布特征、成因类型及区域地质资料，这次勘探深度内所揭露的地层有如下几个工程地质层：
第一层：填土（Q42ml），第二层：卵石（Q4al+pl），第三层：卵石（Q3al+pl）
冲洪积层下为本区域奥陶系中统峰峰组（O2f）地层
该组地层为勘察深度范围内主要地层（角砾状白云质泥灰岩、泥灰岩灰岩互层）
2、不良地质现象
根据勘察，揭露地层情况结合区域地质资料，桥址区钻孔5#-1（18.0～21.0m）、6#-1（15.5～22.0m）、8#-1北侧5米（10.5～13m）、8#-1南侧5米（19.0～22.2m）、12#-1（27.0m～）、13#-2（30.0m～）、2#-0（24.0～29.0m）、9#-0（15.5～19.0m）（22.5～25.0m）、10#-0（11.8～13.00m）、11#-0（19.0～23.5m）、12#-0（29.0m～）处均揭露溶洞，岩芯破碎，局部溶洞填充物为粗砂砾，大部分溶洞区存在漏浆及掉钻现象。
3、分析评价
本次桥梁桩基逐桩钻探，基本探明了该桥桥址区地质情况，准确判定了桥梁基础持力层的岩性状况和不良地质现象，对原设计桥梁基础中不符合持力层承载力要求的桩基长度进行了调整，确保桥梁基础的承载力，同时也为桥梁基础施工方案的确定，提供了宝贵地质资料。
五、结论
太古高速公路在工程施工阶段进行桥梁桩基础的逐桩钻探，详细、准确的探明了桥址区的地质情况尤其是不良地质情况，是对大型工程设计阶段地质勘探的有效补充，确保了桥梁桩基地基承载力满足桥梁荷载的要求，避免了施工过程中的重大方案变更，大大缩短了工期。太古高速公路施工阶段由项目业主组织、施工单位实施的桥梁桩基的逐桩钻探，改变了地质探察从来都是设计单位负责的常规。经过项目业主、设计单位、施工单位的互相配合、勘测、综合分析，全面细致的地质勘探、精心的设计与施工，确保地质复杂地区桥梁的安全，对同类高速公路建设具有一定参考价值。
参考文献
[1]JTGD63-2007.公路桥梁地基与基础设计规范
[2]JTJ064-98.公路工程地质勘察规范
[3]GB50021-2001.岩土工程勘察规范
复杂地质结构 篇4
1 深基坑围护结构
深基坑开挖工作有很大的风险, 在深度的不断加深, 其地下的土体结构很容易被破坏, 又由于地下水压力等各种情况的影响, 土体坍塌的出现很容易发生。因此, 对土体加固并采取有效措施加强稳定, 常用的办法就是设置围护结构。围护结构中, 其目的主要是使基坑稳定, 避免发生坍陷现象, 并且要使地下的管线保证其安全, 同时对于周围建筑要要相应地维护其安全。围护结构与深基坑开挖工作联系很多, 对于实际的施工中, 一般都可能遇到软土地基, 而软体地基的构造复杂且不稳, 对于深基坑工作带来诸多麻烦和困难。在施工中, 稍有疏忽, 就会造成土体沉降、甚至是变形和开裂等现象, 对工程的施工带来危害。所以, 要做好对开挖和深基坑围的围护工作。
2 工程实例
本文选取工程实例为某市1号地铁第3号站建设工程, 其车站的方向是南北向, 开挖深度标准设置为20m, 地下连续墙的结构主体作为主要工程, 其结构的墙厚1200mm, 墙深度是35.1m作为设计的标准深度。另外对于混凝土抗渗为S8, 其强度则依据C30等级进行设定。车站主体以及地下墙主要是利用钢筋接驳器来做为连接体, 运用了Φ609×16钢管来当做支撑, 同时在安装的过程中增加了支撑轴力。另外, 对于水文和有关地理的勘查, 其数据和工程的信息主要是:地下水位深度为1.3m上下, 地表径流以及大气降水是地下水的主要补给, 这种地下水系对混凝土的构造产生不了危害。在施工的现场中, 其土层分布非常固定, 土体中的具有杂填土和粘土以及一些淤泥质土等土体。
由于埋深比较大, 在开挖围护的过程中收到了许多困难。且客观原因是施工现场距离市中心比较近, 对于架空线路有一定的影响, 以及对埋设的各种管道也非常多, 在施工的现场中其北面的施工面非常小。对于布置一些施工和作业, 使用机械设备等都要精心的安排和处理。同时, 施工的场地旁边还有一些大型建筑物和民用建筑物。这些客观原因以及施工现场中各种环境和地质等原因非常复杂, 对于开挖的过程中, 容易挖到许多承压水, 从而使工程变得更加被动。
3 深基坑开挖施工与围护结构在复杂地质条件下的应用
3.1 坑内加固
在深基坑开挖的施工过程时, 上层土体在开挖中需要运送出来, 使得以往的结构出现了不利情况, 而土体的下部失去了上部的承压, 造成了应力释放, 于是很容易造成隆起和膨胀。所以, 需要对地基加固。地基的加固方式有很多, 本文主要选取高压旋喷桩的方式进行加固地基。主要设计为1500mm和1600mm的桩径。在本文的案例中对标准段桩径为1500mm, 并运用抽条布桩这种方式;南北段桩径为1600mm, 主要采用格构布桩。对于加固段剖面设其标高为:上段标高为-14m~-12m, 加固体具有大于1MPa的抗压强度;而下段就在底部向下设为2m, 加固体有大于等于1.5MPa的抗压强度。最后, 对于南北端头井以及标准段中连接处再进行安置16根桩。
要对本案例中的工程的深度加以重视, 由于工程中深度很大, 且桩体的最深处能够达到26.7m上下。同时, 对钻进垂直度也有很高的要求, 在施工中, 要提前把影响垂直度的有关障碍物及时地移走并清除。还要对环境做出一定的保护措施, 在废浆的处理过程中, 可先在施工的现场停顿一段时间, 待其凝固, 再清理现场。
3.2 基坑开挖
如果出现下部土体隆起等不良现象, 首先要随挖随撑, 把基坑位移控制到相对安全的地带, 保护施工现场和施工作业的安全, 尤其是不能对其周边环境和建筑物造成影响。在开挖的过程中, 把挖土远离现场, 做到离基坑顶边线达到30m;还要对边坡进行稳定维护, 控制坡度, 要按照严格的规定进行防护工作;对于机械设备中挖土机不应快速运行, 严禁和和地下墙以及桩体有直接接触;对于坑底要留出一定的空间20cm~30cm。然后在分块挖土之后后, 再浇筑混凝土垫层, 控制好时间在24h之内;基坑底部必须保持干燥, 不能贮存积水, 还要设置集水井和排水沟;挖掘工作可以分层进行开展, 第1层时, 将每小段的开挖长度控制在12m之内;第2至4道支撑的土层开挖时, 开挖长度控制在5m内, 挖完后安装支撑, 并施加预应力, 这一整个过程必须在16h内完成;在第5-7道支撑开挖时, 将每小段的长度控制在3m内, 开挖、支撑安装、施加预应力整个过程在12h内完成。
3.3 支撑结构的安装与拆除
首先是安装工作, 在第一层工作面被挖出后立即安装支撑, 同时施加预应力, 钢支撑质量务必要符合要求。第2层土方开挖后则随挖随撑。挖出工作面后, 凿出地下墙, 并预埋钢板, 然后测放出支撑与地下墙的接触点, 以确保支撑和墙面的垂直。
其次, 该工程用托架将4台千斤顶进行整体固定, 使其顶伸力保持一致, 并放在活络头子上, 当油管一接通, 便可开泵施加预应力。达到设计值时, 应以钢板垫块将活络头子中间的空隙进行填补, 确保没有预应力损失。接下来可松开千斤顶, 进行下一根支撑的安装。就车站主体而言, 1—6道的支撑预加轴力依次为500KN、1000KN、1250KN、1500KN、2500KN、1500N。轴力不同, 应试着更换千斤顶, 施工中对支撑安装及预应力施加进行严格监督, 确保其按照要求操作。下一道支撑的预应力完成后, 上一道的应力会有所减少, 此时应适当地予以补给。
在拆除钢支撑时, 同样有一定的程序和规范。主体段的底板混凝土强度达到设计值时, 便可将第6道支撑拆除;设备层达到强度后, 可拆除第4道支撑;当主体的整体结构强度满足要求后, 才能将剩余支撑拆除。
4 结束语
深基坑是现代化工程的基础部分, 多数工程都要用到深基坑开挖技术。我国地域广阔, 地质多变, 若遇到地质较为复杂的施工, 在基坑开挖和支撑围护方面必须有极高的安全性。严格按照要求进行操作, 以方便后续工作。
参考文献
[1]顾勍.复杂地质条件下深基坑围护多形式结合的应用[J].建筑施工, 2009, 28 (3) :109-110.
复杂地质条件下岩土工程勘察分析 篇5
摘 要：在幅员辽阔的中国大地上，地形复杂，存在地质条件良莠不齐的现象，在一些区域的地质条件良好，而在另一些区域却存在不良的地质条件，诸如：湿陷地质、松软地质等，这些复杂的地质条件给岩土工程勘察作业增加了难度。为此，我们关注复杂地质条件下的岩土工程勘察作业及实施技术，要引入新技术和新知识，对原有的不良地质条件加以改善和优化，从而解决岩土工程勘察作业中的瓶颈问题，提升岩土工程勘察的准确性和质量。
关键词：复杂地质条件；岩土工程；勘察；技术
中图分类号：TU412 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0066-02
随着我国工程建设领域的不断扩张，岩土工程勘察也日益突显出其重要意义和价值，在工程建设的施工过程中，必须以岩土工程勘察为前提和基础，要重视岩土工程勘察作业，综合分析复杂地质条件下的影响因素，运用先进而成熟的岩土工程勘察技术和手段，保质保量地完成岩土工程勘察任务，为工程建设施工提供详尽、完整的地质资料，确保工程建设的顺利进行。
1 复杂地质条件概念综述
根据我国现有的岩土工程勘察规范和标准，我国的复杂地质条件类型和等级可以划分为一级、二级和三级。这三个等级各有其特征和属性，其中：三级地质条件较为简单，容易辨识，它主要是指区域内的岩土种类的单一性、无变化的性质，在工程施工的过程中也不会受到地下水的干扰。二级地质条件较为常见和普通，它是指在区域内的岩土表现为较多的种类和性质变化，然而基本处于可控、可测的阶段，而且在工程建设施工的过程中可以规避地下水对施工的影响。一级地质条件则是最为复杂的地质条件，它处于地质灾害高发区，地形地貌复杂难辨，地质纹理也极为复杂，岩相和岩性都处于动态的未知状态之中，显现出不良的岩土地质条件和水文地质条件。如：多年冻土、湿陷性地质、膨胀性地质、盐渍性地质等，这些不良地质条件都需要加以特殊的处理和整治。
2 复杂地质条件下岩土工程勘察要把握的注意要点
2.1 野外踏勘作业中的踏勘注意要点
在岩土工程的勘察工作之中，首先要做好野外的踏勘作业，它是前提和基础，要依据相关的规范和标准，以实际现场为基准，布设好相关的踏勘点，在地质条件复杂的状况下，还要采用加密踏勘点的方法，以实现对野外踏勘的准确、完整踏勘作业，获得准确的相关参数和数据。同时，还要注意地层条件相差较大的问题，要进行野外踏勘作业时的灵活变通，还要注意特殊性岩土，在了解不同岩土特性的前提下，防止不合理踏勘点的间距问题，杜绝随意踏勘。
2.2 地下水位勘察作业中的注意要点
在岩土工程勘察之中，对于地下水位的勘察作业也是不可忽略的重点，在进行钻孔水位测量的时候，不可以忽略抽水井以及地下水陡壁的实际状态，要关注这些相关因素，实现对地下水位的准确测量。并且，在地下水位的勘察作业过程中，还要根据规范的要求，进行科学合理的试样采集，要注意在采集试样的作业中的问题，诸如：试样高度不足、密封状况不良、试样采集数量不足等，要在地下水位的勘察作业中，进行科学化、标准化、规范化的操作，避免出现含水量流失的现象。
2.3 岩土工程勘察作业中的原位测试要点
在岩土工程勘察作业的过程中，要依照严格的规范要求，实施原位测试作业，绝不能抱有侥幸心理，一些岩土工程勘察人员为了省事而没有依照规范要求进行测试，就会导致测试的不准确。例如：在岩土工程勘察作业中的静力触探作业中，需要定深、调零，然而一些勘察工作人员却没有依照规范和要求，没有将其按照规范要求调零，致使其采集的数据不够规范和标准，极大地影响了岩土工程建设施工。
2.4 岩土工程勘察评价问题的注意要点
在岩土工程勘察评价的过程之中，需要密切关注施工场地的类别、不同地质条件下的地基类别，要根据这些不同的地质条件，进行评价和分析。同时，还要重视地基的剪切波速，在对地基的剪切波速测试的过程中，也要给予密切的重视和关注，以确保其准确性。
3 复杂地质条件下的岩土工程勘察技术应用分析
3.1 原位测试岩土工程勘察技术
这个勘察技术主要是运用静力触探的方式，借助于液压静力的触探探头装置，采集相关的复杂地质条件的岩土信息，然后将采集的岩土信息传输进入计算机系统之中，加以自动分析、辨识和整理，从而获得最终的测试结果。在实施标准贯入试验的作业过程中，可以选取标准落锤，当其处于自由落体的状态时，以20次/min的锤击速率，可以实施有效的作业，但是值得一提的，在这种方法实施之前要注意清理好钻孔。还可以采用动力触探的测试方法，针对复杂地质条件，进行测试，从而获得准确的风化基岩物理指标。
3.2 地质测绘勘察技术
这项技术应用的主要作用在于对工程施工区域的地形，进行详尽的调查和分析，要利用这种技术全面把握工程区域的地形地貌特征、地质构造等内容，并针对不良的地质状况进行调查和分析，从而全面了解复杂地质条件下的岩土特性、纹理分布等状况，同时，还要注意做好岩土的风化鉴定工作，确保勘察测绘作业的准确度。
3.3 岩层钻探勘察技术
这种技术主要选用大功率的100A-D型钻机、KY-250型钻机，这种装置可以支持不同类型的岩层钻探方式，诸如：回转钻进方式、采芯方式、泥浆护壁方式等。就采芯技术应用而言，它对砂土层和粘性土层的岩芯采取率不尽相同，对于砂土层的岩芯采取率应当>75%； 而对于粘性土层的岩芯采取率则要>90%。同时，还要详细观察复杂地质条件下的不同土层，要对不同深度的底层进行采样，从水平方向和垂直方向两个角度，分析土层底层的变化状态，并加以全面的、完整的记录。
3.4 室内测试勘察技术
这种技术的应用主要是针对场地环境中可能出现的岩土问题，进行模拟，在室内对其进行试验、分析、判断等，通常而言，室内测试的试验主要包括对土层物理性质的试验、对水质的分析试验、土层的颗粒分析试验、土质压缩试验分析等，从而获知相关的物理力学性质指标，并加以详细而准确的判定，使其成为岩土工程建设施工的评价和分级依据。
4 复杂地质条件下岩土工程勘察案例分析
4.1 工程综述
某工程是框架结构。工程的岩土工程勘察重点在于了解场地区域的地基稳定性、地层结构、地下水状况、不良地质等，从而提出相应的设计和施工方案。
4.2 岩土工程勘察技术及设备状况分析
①钻探。在勘察过程中，主要采用DPP100-4型钻机，
Φ146 mm螺纹钻头，运用高速回转的钻进方式，在地下水位以下的砂土土层中则选择泥浆护壁钻进方式。
②取土试样。在地下水位之上时，采用Φ120 mm的黄土无衬薄壁取土器；在地下水位之下时，则选用Φ100 mm的普通活阀式取土器，在不扰动土层的条件下，进行试样。经测试，土层的试样质量等级为Ⅰ～Ⅱ级。在探井之中，采用人工井壁刻槽的方式，采取土层试样，测试土层的试样质量等级为Ⅰ级。
③原位测试。依照标准贯入试验的相关规定，进行原位测试试验。波速测试则采用人工激振的单孔速度检层方法，其测试设备为FDP204PDA型工程测试仪。
4.3 地形地貌及地质构造特征
施工场地位于大陆地质构造—浸蚀而成的黄土塬，地势相对平坦，没有断裂带。
4.4 地下水位状况
经勘察显示，在部分勘探孔内可以看见地下水，其含水层主要是粉质粘土，水位的深度为16.7 ～19.4 m，地下水位不深，由于自然降水以及生活用水的下渗，使之逐渐形成上层滞水。
4.5 施工场地不良地质条件
根据岩土工程勘察分析以及钻探、原位测试技术分析，在施工场地内的区域没有不良地质条件，适合于进行建筑施工。
4.6 施工场地地震效应
通过对该区域的钻孔波速测试分析得知，施工区域场地的覆盖层厚度以及其性质，可以由此判定：施工场地的类别应当归属于Ⅱ类，抗震设防烈度为Ⅷ度，可以实施建筑施工。并且按照地下水的埋藏条件分析，施工区域场地的土质为不液化土质，无须担心地震液化的干扰影响和效应。
4.7 施工场地黄土湿陷性评价
采用岩土工程室内试验技术分析可知，该施工区域场地的湿陷性黄土厚度为6.5～13.7 m，自重湿陷量为18～49 cm，依据相关的规范要求，可以将该施工区域场地的湿陷类型归属于较为严重的Ⅲ级。
4.8 岩土工程评价及地基施工方案设计
通过对该施工区域场地的岩土工程勘察分析可得，该区域场地的地基处于均匀稳定的状态，可以实施工程建设施工作业，其相关的量值，见表1。
该岩土工程施工的地基基础方案可以采用浅基础的方案，依照相关技术规范，使用灰土挤密桩法，进行地基的处理。在这个方案实施的过程中，要注意施工场地是自重湿陷性黄土场地，要扣除桩侧的负摩擦力。而且场地有部分粉细砂层，需要在施工时予以贯穿，使桩端伸入卵石层1 m以上。还有，在实施人工挖孔灌注桩时，要采用明排的方式降水，并注意安全防护。
5 结 语
综上所述，复杂地质条件是岩土工程勘察分析中的重要内容，要依照相关的技术规范和标准，对不同状况的岩土进行勘察和检测，要对施工区域场地进行全面、完整而详尽的了解，选用合适的勘察技术和相关设备，以实现对复杂地质条件下的勘察作业，并累积实践经验，在在各种技术应用之下获取完整、全面、精准的勘察数据信息，从而提升我国岩土工程勘察的整体水平，为建筑工程施工提供准确的参考和依据。
参考文献：
[1] 刘杨晋.岩土工程勘察有关问题探讨[J].四川水泥，2016（09）.
[2] 肖文凯.岩土工程勘察中存在的问题及优化措施分析[J].中国高新技 术企业，2016（29）
[3] 马宝强.岩土工程勘察问题及技术应用[J].交通世界，2016（27）.
[4] 林强.综合勘察技术在岩土工程勘察中的应用分析[J].建材与装饰，
复杂地质结构 篇6
关键词：龙围隧道,综合超前地质预报,施工安全
随着国家交通基础建设的推进, 隧道工程建设的工程规模越来越大。在高速铁路建设中, 隧道工程普遍具有洞径大、埋藏深、洞线长、地质条件复杂的特点。大量铁路和公路隧道工程建设的实践表明[1], 由于受地质勘察精度、勘察手段等诸多条件的限制, 根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生。由此而来塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆等灾害时有发生, 给施工造成极大的危害。据统计[2], 施工过程中由于塌方、涌水、涌泥、岩爆等地质灾害造成的停工时间要占总工期的30%左右。因此, 在地质条件复杂的地区进行隧道工程施工时, 做好超前地质预报, 对降低施工风险和减少施工安全事故具有极大的工程意义。
1 工程背景
龙围隧道位于桂林恭城县内, 是贵阳至广州高速客运专线上的高铁隧道之一, 起讫里程DK523+467~DK526+475, 隧道全长3008m, 最大埋深300m。隧道所在区域属剥蚀性低山地貌, 两翼基岩为砂岩夹页岩, 地质条件复杂。隧道工区所在地下水以土层空隙水、基岩裂隙水为主, 其中基岩裂隙水富集, 水量丰富, 地表降水丰沛, 正常涌水量达41250m3/d, 最大涌水量可达61875m3/d。
龙围隧道围岩多为角岩化砂岩, 弱风化, 岩体较破碎, 节理裂隙发育, 页岩局部夹软弱夹层, 裂隙充填软、流塑状粘土, 遇水易软化, 岩体整体性差, 局部呈碎块、砂砾状。隧道围岩整体完整性较差, 强度较低, 自稳能力弱, 其中隧道IV、V类围岩占总长的68.3%, 且在隧道中部区域, 有两断层通过。在隧道开挖施工过程中围岩易发生坍塌、涌水、突水等工程事故。
龙围隧道处于喀斯特地貌显著的桂林地区, 地下岩溶发育且极具规模和隐秘, 前期地质勘探和地质调查无法保证获取的地质资料的完整性, 加之如前所述的围岩、水文地质条件, 这些复杂因素给隧道的施工带来很大的安全隐患。为保障工程的安全施工, 保证工程的顺利开展和推进, 在隧道施工过程中, 就必须对复杂地质情况足够重视, 切实做好了地质超前预测、预报工作, 以便及时采取相应的工程措施, 降低施工风险, 避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失, 为快速、安全施工和优化支护参数提供有益的信息, 确保工程的安全和效益。
2 超前地质预报的基本原理
在地质预报技术上, 国内外前沿的技术主要有如下几种[3,4], 一是地震波探测法, 一是地质雷达探测法, 还有红外探水法和超前钻孔探测法等。
2.1 地震波探测法原理
地震波探测法简称TSP法, 其基本理论是基于通过测量弹性波在介质中的传播特性的变化来获得介质的物理力学等性质的变化, 进而获得介质结构的变化规律。TSP (Tunnel Seismic Prediction) 技术由AMT公司研制, 是一种用于超前预报隧道前方地质变化的地下反射技术, 利用地震波的反射原理进行地质探测。TSP得探测原理可由图1来说明。在隧道掌子面的前方边墙一定区域设置一系列炮孔, 并在隧道两侧壁各设置一个传感器孔, 将传感器置入套管中, 使用环氧树脂将套管与围岩紧密耦合。依次微差激发各炮孔炸药, 炸药爆炸产生的震动波信号沿隧道方向以球面波的形式传播, 在不同的岩层中地震波以不同的速度传播, 震动波会在围岩介质的结构面或前方任意波阻抗差异界面反射回震动信号, 界面两侧岩石差别越大, 反射回来的信号发生变化越大, 这些反射信号及直达波信号将被高灵敏的三轴传感器接受下来。通过计算机软件对传感器捕获的信号进行分析, 就可以判断围岩的变化及洞穴位置, 分析出前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等, 最终获得各种围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度及距掌子面的距离, 并可初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。该法适用于划分地层界线, 查找地质构造, 探测不良地质体的厚度和范围。但仪器在作业过程中对环境的要求较高, 若噪声过大则会影响采集数据的准确性。TSP的有效预报距离可达120m, 在围岩质量好的地段可达300m。
该技术特别适用于高分辨率的折射微地震探测, 以及对断裂带和岩体强度降低的软弱破碎带的探测, 对于掌子面前方及其周围的地质界面情况的位置, 均用数据处理后的图像来直接反映, 对剪切横波 (S波) 的数据处理能籍以提高含水断裂带和地质构造走向的辨识率, 并能自动进行数据分析。对不同岩体及断层带等界面、富水地段的预报效果最好, 同时预报距离长。节省时间, 对施工干扰少, 每次爆破记录时间仅需45 min, 整个量测循环 (包括仪器清理) 共需2h。
2.2 地质雷达探测法原理
地质雷达是基于地下介质的电性差异, 向地下发射高频电磁波, 并接收地下介质反射的电磁波进行处理、分析、解释的一项工程物探技术。其工作原理如图2所示。
由发射天线送入地下高频电磁脉冲波, 当其在地下传播过程中遇到不同的目标体 (岩土体、空洞等) 的电性介面时, 有部分电磁能量被反射回来, 被接收天线所接收, 并由主机记录, 得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。地质雷达方法是由已知条件推断未知情况的方法, 当地下介质的波速已知时, 可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。
2.3 红外探水法
红外探水的原理为用红外测温原理探测局部地温异常现象, 并以此判断地下脉状流、脉状含水带和隐伏含水体等所在的位置。地下水的活动会引起岩体红外辐射场强度的变化, 红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度, 根据围岩红外辐射场强度的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周隐伏的含水体。根据构造探测结果, 趋近不良地质体和地质异常体时, 利用便携式红外线探水仪每隔20~30 m对掌子面进行一次含水构造探测。当洞内个别区段渗水量较大时, 亦用红外探水仪探测预报, 探明隧道周边隐伏的含水体, 保证施工安全。
红外探测属非接触探测。探测时在隧道边墙或断面上定好探测位置, 用仪器的激光器在确定好的探测位置上打出一个红色斑点, 扣动扳机, 就可在仪器屏幕上读取围岩场强探测值, 并做好记录。然后转入下一序号点, 直至全部探完。探测完毕, 根据所测场强值绘出一系列的曲线。当隧道掌子面前方围岩的介质相对正常时, 所获得的红外探测曲线近似为直线, 离散度较小, 即为正常场。反之, 当掌子面前方或隧道外围存在含水构造时, 曲线上的数据产生突变, 含水构造产生的红外辐射场叠加到围岩的正常辐射场上使探测曲线发生弯曲, 形成异常场。红外探水的有效预报距离可达20~30m。
2.4 水平超前钻孔法
在隧道施工掌子面或掌子面一侧的耳室进行超前水平钻孔, 通过钻进速度测试预测前方岩溶水量, 同时分析地层岩石的软硬程度、岩体完整性及可能存在的断层、溶洞的分布位置, 从而进行掌子面前方的地质预报。一般情况下, 在坚硬岩石中, 钻进速度低;在软弱岩石中, 钻进速度高。在节理裂隙发育岩体和断层两侧破碎带岩体中施钻, 容易发生卡钻现象, 钻进速度相对较低。遇到空洞时, 钻速突然急剧加快。
水平超前钻孔直观明了, 可以验证超前地质预报的精度, 同时对于含水、含瓦斯地段可以直接探明涌水压力、瓦斯突出压力及其含量。施工中将超前钻孔作为主要的探测手段。
3 龙围隧道地质预报方案
根据上述常用地质预报的原理结合龙围隧道本身的地质条件和本项目的施工条件来制定龙围隧道的地质预报探测方案。在日常正常施工中, 做好地质调查及监控量测, 对重点区域进行综合探测, 将TSP、地质雷达、红外探测以及超前钻孔综合运用, 相互验证。龙围隧道地质预报的方案安排详见表1。
根据表1的预报方案安排地质预报工作, 其中地质调查主要是采用地质素描的办法, 在掌子面开挖后立即进行, 对开挖围岩类型、岩性、风化变质情况、节理裂隙、岩层产状、地下水等方面进行观察和测定。
在综合地质探测区域, TSP预报距离应达到120m。需要预报区段大于有效预报距离时应多次预报, 两次预报重复搭接长度不小于10m。地质雷达的有效探测距离在完整性较好地段应达到30m, 具体根据雷达波形判定。两次预报的搭接重复长度5m左右。红外探测一般安排每30m进行探测一次。水平超前钻孔探测每次钻孔深度应大于50m以上, 必要时需达200m以及进行取芯分析。
4 典型预报案例
在隧道D3K525+240处, 地质调查发现掌子面围岩为蚀变砂岩, 带节理裂隙并充填软塑性粘土, 层厚约为20cm左右, 节理裂隙发育, 节理间距10~30cm, 微张型。地质综合预报发现前方施工围岩有一近直立状、宽约1.2m的软弱花岗岩脉带。红外探水发现前方裂隙水发育, 围岩含水量大, 水压力大。超前钻孔预报发现, 当水平超前孔钻探至掌指面前方12m时, 钻孔出现大量涌水, 水流射程4~5m, 经测算流量达600m3/h。进一步探测发现, 前方50m范围内, 水压力大。由预报的结果, 决定暂停该掌子面的施工, 封闭掌子面, 采取措施减压排水。在经过14天的固结注浆、减压排水后, 重新掘进施工, 施工纪录发现, 掌子面出水量已大大降低, 在第一天的重新施工中, 出水量约为1200m3/d。同时发现, 该段围岩呈软塑性土状, 遇水易软化, 花岗岩已处于全风化状态, 承压强度低, 与预报情况大致一致。
在里程D3K524+856.8处, 地质调查发现, 掌子面岩体破碎, 节理裂隙发育, 软弱夹层规模增大。地质雷达和TSP联合探测发现掌子面前方岩体节理裂隙发育, 节理面夹泥, 有断层通过, 岩体较破碎且稳定性差, 红外探水和超前钻孔预测含水量大, 预计总出水量可达31200m3/d。由预报结果, 决定降低掘进进尺和速度, 减少循环炸药量并优化爆破施工参数, 减少爆破施工对围岩的扰动, 加强施工管理, 采用超前管棚、锚杆、固结注浆等方式加固围岩。经采用以上方式后, 该段隧道施工获得顺利安全推进。
结束语
综合地质超前预报的应用表明, 在复杂地质条件下的隧道施工中, 做好超前预报是降低施工风险的非常有效手段, 积极恰当的预报结果能指导开展合理有效的隧道施工。
在龙围隧道的施工过程中, 结合各种地质超前预报大综合运用, 获得如下经验:
一是隧道通过砂砾状蚀变风化带时, 钻孔揭示地下水具有承压性, 且水位与蚀变风化带界面相近, 可以认为蚀变风化呈一富水囊状。隧道开挖将使相对静水条件改变为动水, 由于巨大的静储量, 容易导致砂砾状物质在高势能动水作用下产生大能量及大范围突水、突砂。
二是如果隧道断面大、围岩软弱、抗水能力弱, 采用全封闭抗水压衬砌的结构安全性就较低, 不得不采用限制排放的方法, 但排放可能使隧道周边固体物质流失而导致隧道结构工作环境恶化。因此有必要对隧道周边围岩进行固结性注浆, 限制流量, 防止固体物质流失。
三是在危险区域, 根据预报的结果应采用恰当的措施开展施工。一般可采用采用短循环进尺, 小药量微差爆破, 超前支护、固结注浆、强支护、快封闭, 加强监控和预报等的基本方法。
四是在施工中应结合预报情况及时制定和完善应急方案, 配备必要的报警、应急设施, 设置逃生通道和装置, 设置应急排水系统等。
参考文献
[1]龙浪波, 王鹰.多种超前地质预报方法在某隧道施工的应用[J].施工技术, 2008, Vol.37.No.11:100-103.[1]龙浪波, 王鹰.多种超前地质预报方法在某隧道施工的应用[J].施工技术, 2008, Vol.37.No.11:100-103.
[2]谭天元, 张伟, 陈友辉.深埋特长隧道超前地质预报体系综合技术研究[J].水力发电, 2008, Vol.34.NO.7:35-39.[2]谭天元, 张伟, 陈友辉.深埋特长隧道超前地质预报体系综合技术研究[J].水力发电, 2008, Vol.34.NO.7:35-39.
[3]司建涛, 贾留杰.综合超前地质预报方法在宜万铁路云雾山隧道施工中的应用[J].地质灾害与环境保护, 2008, Vol.19.No.1:102-104.[3]司建涛, 贾留杰.综合超前地质预报方法在宜万铁路云雾山隧道施工中的应用[J].地质灾害与环境保护, 2008, Vol.19.No.1:102-104.
复杂地质层段扩孔技术研究 篇7
1 复杂地质层段石油钻井扩眼技术的工程意义
所谓井下扩眼钻井技术，是采用独特的扩眼工具，采取常规的钻头程序，而获得比常规井眼更大的井眼。有钻后扩眼和随钻扩眼两种形式，钻后扩眼是在钻完井眼后，专门下入扩眼工具扩大已钻井眼；井下随钻扩眼是下入随钻扩眼工具边打边扩，在全面钻进的同时形成扩大井眼，此项技术被西方的钻井技术专家称为继随钻测量和随钻测井之后的又一重大技术突破。
1.1 可采用小间隙套管程序，降低钻井成本
钻井扩眼可以实现减小套管柱之间的间隙，能够有效降低钻井成本，这在国外的许多钻井实践中已得到证实。在深井钻井作业中，为维持表层套管和防喷器足够的额定压力，使生产套管直径有较大改变，需要使用小间隙套管程序，国外称RCCPs即Reduced Clearance Casing Programs。实现RCCPs所采用的井下工具主要包括随钻扩眼器和可膨胀稳定器。随钻扩眼器用于在钻完套管内的水泥塞之后，继续向下钻进，以获得所需要的大尺寸井眼，可膨胀稳定器则用于稳定大尺寸井眼中的底部钻具组合。据国外资料报道，对于井深为4878m的井，采用RCCPs比用普通套管程序节约钻井成本27%。调查98口小间隙套管井和常规套管井的结果表明，仅有6%的RCCPs井在下套管过程中有部分或全部漏失，而常规间隙套管井为10%。目前国内该项技术还没有成功的经验，许多相关技术不太成熟。因而国内深井仍采用较复杂的套管程序，一开井眼大而生产套管直径小，给采油作业带来许多不便[1]。
1.2 可增加套管环空间隙，提高固井质量
通过井下扩眼技术，在套管尺寸不变的情况下，可增加套管环空间隙，从而提高了固井质量。塔河上亿吨油田的勘探开发规模在不断扩大和深入，其主力油层是古生界奥陶系碳酸岩地层，油层埋深5400m以上，属超深井，完井方式采用Ф149.2mm裸眼完井或Ф127.0mm套管射孔完井，为了满足分层测试和采油、修井的要求，必须下入Ф127.0mm套管封固油气层，然后分层射孔和测试。但Ф149.2mm井眼和Ф127.0mm套管间隙小，往往满足不了分层测试的要求，固井质量差，甚至造成油井报废。在采用井下扩眼技术后，增加了套管环空间隙，提高了固井质量，取得了明显的经济效益。
1.3 可以通过井下扩眼技术，扩大油层段井眼, 不仅提高了油层段的固井质量, 给后续的完井和采油作业提供有利条件
通过井下扩眼技术增加了环空间隙，可以给后期的分层测试和完井提供有利条件，并可给砾石填充完井提供更大空间。
1.4 可解决盐膏层、易缩井径地层所带来的勘探和钻井问题[2]
众所周知，盐膏层蠕变和挤压可造成缩径和卡钻，引发严重的钻井事故。与此同时，盐膏层蠕变和挤压也可造成下套管困难，固井质量差，容易挤毁套管，给后期的采油作业带来麻烦。采用井下扩眼技术，扩大盐膏层井段的井眼，来抵消盐膏层蠕变所造成的位移，从而增大了水泥环厚度，提高了固井质量和保护了套管，可防止由此带来的卡钻、缩径等技术难题，避免由此带来的钻井事故和后期完井难题。
1.5 井下扩眼配套技术是今后开展膨胀管技术、套管钻井的技术基础和准备，具有较好的技术延续性。
目前不断开展的套管钻井、膨胀管技术都需要井下扩眼的工艺技术，通过井下扩眼配套技术的研究工作，可以给今后开展套管钻井和膨胀管技术打下技术基础和准备。
2 复合层段使用的主要扩眼类型和特点
不同类型的扩眼作业具有不同的特点，因此，在工具选择、措施制定和具体操作实施上同样存在很大的差异。现将各类扩眼作业的主要特点罗列如下
2.1 随钻扩眼
边钻边扩，可减少起下钻、接单根等作业环节；底部钻具组合（BHA）相对复杂且扭矩高、波动大，容易引发断钻具、钻具倒扣等井下事故；对井眼轨迹将产生难以确定的影响；钻屑量大，携砂严峻。同心随钻扩眼能够提高钻速是由两个方面因素控制，一是扩眼台阶处岩石应力集中，容易破碎。二是领眼钻头较小，能获得足够的机械能量，因此在相同的井底面积下采用随钻扩眼技术比直接采用较大尺寸的钻头钻进效果好。采用随钻扩眼技术能够改变井底岩石应力状态，有利于提高钻井速度。通过分析得到以下认识[3]：通过同心随钻扩眼井底岩石的有限元模型和井底岩石的应力状态，揭示同心随钻扩眼提高钻速的机理；扩眼台阶处岩石在地应力和液柱压力的共同作用下会产生拉伸应力集中现象，岩石容易被破碎；领眼钻头到扩眼刀翼之间的井壁位移是向下指向井筒中心的，该段井壁岩石易向井筒内垮塌，有利于扩眼刀翼破岩。
2.2 钻后扩眼
先钻后扩，BHA相对简单，扭矩相对低且平稳，有利作业安全；对井眼轨迹几乎无影响；相对随钻扩眼，作业环节多，建井周期长；完钻井径电测可使扩眼作业更具针对性且易于判断。
2.3 扩眼方式的选择
对于深部地层，从下面几个方面对比随钻扩眼和钻后扩眼:钻井的复杂性：复合盐膏层钻进，在钻井过程中蹩钻现象比较频繁，如果使用随钻扩眼，钻进过程中的扭距变化比单单使用钻头要大，出现复杂情况的可能性大大增加，同时随钻扩眼的随钻扩眼器尺寸一般不小于钻头尺寸，如果出现钻具事故，处理的难度增加不少。水力学参数：随钻扩眼钻头和随钻扩眼器都需要水力冷却和水力携岩，要求钻进过程中的泵的排量比较大，井深在5000m以上时，钻井液的密度在2.20以上，钻具是复合钻具，钻具内部和环空的压耗系数比较大，如果加大泵的排量，造成泵压的增大，泥浆泵不能满足要求[4]。地层的不可预知性：地层的不可预知性比较强，可能出现井漏，井喷等复杂情况。综上所述，确定使用随钻扩眼还是钻后扩眼方案，要分析综合因素。
3 结束语
通过对于复杂地质层断扩孔技术进行研究得到以下结论：
现有的扩孔系列比较完整，能够满足复杂地质层断的扩孔的需求；通过文献调研结论揭示同心随钻扩眼提高钻速的机理；扩眼台阶处岩石在地应力和液柱压力的共同作用下会产生拉伸应力集中现象，岩石容易被破碎；领眼钻头到扩眼刀翼之间的井壁位移是向下指向井筒中心的，该段井壁岩石易向井筒内垮塌，有利于扩眼刀翼破岩。
参考文献
[1]李江, 唐世春, 崔龙兵.库1井钻井设计与施工[J], 石油钻探技术, 2004, 32 (4) :5-7
[2]曾义金.深部膏盐层蠕变关系研究[J], 石油钻探技术, 2004, 32 (3) :5-7.
[3]杨春和, 殷建华.盐岩应力松弛效应的研究[J]..岩石力学与工程学报, 1999, 18 (3) :262-265
复杂岩溶地质隧道综合施工技术 篇8
关键词：岩溶隧道,地质预报,掌子面施工
1 工程概况
1.1 设计概况
南地头隧道位于四川省宜宾市兴文县麒麟乡境内,隧道起讫里程为D4K242+990-D4K243+765,全长775m。本隧为客运专线单洞双线隧道,线间距4.6m,设计行车速度250km/h。隧道位于半径为7000m的曲线上,纵坡坡度5‰单面上坡。隧道围岩类别为:Ⅲ级围岩70m、Ⅳ级围岩80m、V级围岩670m,洞身最大埋深约79m。
1.2 不良地质
(1)岩溶,隧址D4K243+210-D4K243+765洞身段穿过二叠系下统茅口组和栖霞组的灰岩。据调查勘探统计:全隧道15个钻孔有10个钻孔揭穿17个溶洞,见溶洞率为66.7%,其中包括空溶洞、半填充溶洞,充填物质为粘土、碎石及圆砾。
(2)隧道浅埋,地形偏压,且位于土石界面附近,局部位于软塑状软土内。
2 超前地质预报
考虑到隧道地质的复杂性,在施工中将超前地质预报纳入施工工序进行管理实施,结合本隧的特点,超前地质预报以地质调查法为基础,采用超前钻探、物探相结合的综合超前地质预报方法,用宏观指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报、微观预报验证宏观预报、中短距离预报验证长距离预报的工作思路,开展本隧道的超前地质预报工作,以查明溶洞的分布范围、类型情况(大小、有无水、溶洞是否在发育中及有无充填物)、岩层的稳定程度和地下水流情况(有无长期补给来源,雨季水量有无增长)等,从而决定下一步的施工预防和技术措施。使用的主要预报方法为地质调查法、物探法和超前钻探法。
超前地质预报程序如下。
(1)在地质调查法的基础上,开展弹性波反射(TSP)法预报工作。利用人工激发的地震波在不均匀地质体中所产生的反射波特性来预报隧道开挖工作面前方100m左右范围内的不良地质体的位置、规模、性质,作较详细的预报,每100m施作一次,连续预报前后两次重叠10m以上。
(2)在弹性波反射法(TSP)预报的岩溶强烈发育异常段落进行地质雷达法预报工作。利用地质雷达电磁波在不均匀地质体中的传播及反射,根据传播速度和反射脉冲波走势进行隧道开挖工作面前方30m范围超前地质预报,每30m施作一次,连续预报前后两次重叠5m以上。
(3)在弹性波反射法(TSP)预报的极破碎岩体并富水异常段落进行红外探测法预报工作。通过接受和分析红外辐射信号,定性预报掌子面前方30m范围内有无地下水,每30m施作一次,连续预报前后两次重叠5m以上。
(4)在物探法预报工作结束后,对物探异常段落进行超前钻探(超前地质钻孔、加深炮孔)法预报和验证工作。利用钻机在开挖工作面钻Ø76探孔获取地质信息,超前钻孔25m一个循环,单孔长度30m,相邻探孔间搭接长度5m;利用风钻在开挖工作面钻Ø42浅孔获取地质信息,加深炮孔长度为5m。
进行超前地质预报工作时,遵循动态设计原则,当地质情况发生变化,根据具体的地质情况及时调整超前地质预报方法和技术(表1)。
注:①D4K243+025—D4K243+130段采用的超前钻探为加深炮孔5孔;②D4K243+130—D4K243+540段采用的超前钻探为5孔+加深炮孔18孔;③D4K243+540—D4K243+745段采用的超前钻探为1孔+加深炮孔15孔。
3 施工方法
根据超前地质预报资料制订施工方法,在施工中根据开挖后的实际情况不断调整施工方法和各类参数,确保施工安全。应本着“稳妥可靠、保证工期、经济合理、不留后患”的目标,坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、紧衬砌、勤测量”的原则通过岩溶地区。
3.1 拱顶半填充溶洞
根据TSP及超前钻孔预报D4K243+250—D4K243+290段洞身穿过半充填溶洞,揭示掌子面后,发现隧道拱顶处溶洞宽约7.8m、高约2.5m,纵向延伸,黄泥填充,开挖时有塌落。
为避免溶腔内填充物层层坍塌,保证施工安全,超前支护采用Ø108大管棚,环向间距40cm,外插角5°,管棚单根长度20m,纵向间距10m。前后2环Ø108大管棚间增设2环Ø42超前小导管进行超前加固,防止拱部局部土体坍塌造成地层失稳,Ø42小导管外插角35°,每根长3.5m。
根据动态施工原则,将原设计台阶法调整为CRD开挖工法,将客运专线隧道双线大断面分化成小断面,减小隧道临空面,改变其应力状态。加强系统支护及临时支护,及早闭合,每循环进尺0.5m。施工过程中应密切注意安全,并随时观测溶洞走向及规模、地质变化情况。
对于脱空的溶槽,先对溶洞坍壁及坍口周边进行喷锚支护,待坍面稳定后,架设环纵向钢架及网片并预埋Ø75钢管,加厚喷射混凝土层厚度以防继续坍塌砸坏拱架,待封闭成环后对溶槽注浆回填。
3.2 仰拱基底溶洞
根据既有的地质资料结合超前地质预报综合判断仰拱基底是否存在隐伏岩溶,仰拱开挖揭示后,在仰拱基底面上采用凿岩机施作Ø42隐伏岩溶探孔,探孔深度5m,纵向间距2m,环向每个断面设置5个探孔,分别位于隧道中心线、左、右线路中心线和两侧边墙处。准确定位溶洞位置、大小和走向后,按照溶洞的性质采用不同施工技术对仰拱基底进行加固处理。
(1) D4K243+732-D4K243+746段基底发育两个空溶洞,该段仰拱以下范围设置Ø108钻孔,钻孔3m×3m,梅花形布置,通过孔口管泵送C25混凝土回填空溶洞。
(2) D4K243+757-D4K243+764段基底发育两个全填充溶洞,该段仰拱以下范围设置钻孔,通过采用Ø75钢花管注水泥浆进行加固,钢管桩1m×1m梅花形布置,桩底嵌入基岩1m,注浆材料采用1:0.5的水泥砂浆,注浆压力为1 MPa。
3.3 软土掌子面
D4K243+640-D4K243+680段经过土石分界面,围岩级别为Ⅵ级,掌子面上台阶部分位于土层中,该土层呈软塑状,自稳能力差,施工风险高。
针对该段不良地质,除施作Ø108大管棚超前支护外,采用Ø25玻璃纤维锚杆进行预注浆固结掌子面土体,单根锚杆长5m,锚杆间距1m×1m梅花形布置。采用CRD工法开挖,且每进尺50cm立即喷射8cm厚C25混凝土封闭掌子面,施作加强支护和临时支护,使钢拱架能及时闭合承载。玻璃纤维锚杆不但杆体全段提供锚固力,且通过注浆固结周边土体,同时它易挖出,减少爆破扰动,有效解决掌子面易滑塌的难题(图1)。
3.4 系统支护动态调整
(1)隧道洞身右侧地形偏压,初期支护采用不对称支护,线路左侧(靠山侧)系统锚杆长度增长lm,线路右侧系统锚杆长度缩短1 m。
(2)穿越土石分界线段,位于土层中的拱部及右侧系统支护改用Ø42小导管注浆。
(3)大拱脚施工。当拱脚位于稳定岩层,可直接施作锁脚锚管;当拱脚位于土层时,采用套管钻进后退式注浆加固土体,以形成加固范围为上台阶拱脚1m以上至土石分界面,加固厚度为开挖轮廓线以外3m的加固体,注浆加固完成后再施作锁脚锚管;对位于土层的拱脚加强处理,增加“拱趾”及U形钢筋,形成“大拱脚”(图2)。
3.5 软弱围岩变形监测
3.5.1 预留足够变形量
隧道施工中根据监控信息及现场情况,在开挖时预留足够的变形量,避免围岩及支护结构变形侵限。根据围岩变形特点,在开挖时尤其在拱部开挖时预留10～15cm沉降量,并及时施工仰拱和拱墙衬砌。
3.5.2 加强监控量测,以信息指导施工
软弱围岩施工中加强监控量测频率,建立监测变形管理等级标准,通过对监测结果的比较和分析判定支护结构的稳定性和安全性,并指导施工,随时调整施工工法和支护措施。
4 施工评价
隧道揭露如此大规模的溶洞给施工和管理方面带来了极大的困难,但在溶洞施工同时也在不断积累经验,在施工过程中认识到隧道地质的复杂性,加强地质预报并将其纳入正常的施工工序管理,在施工中做到“物探先行,钻孔验证,先探后掘”。在有溶洞区域施工时,及时分析地质情况,本着“先固后挖,尽量不揭开溶洞”的原则,加强超前支护,采用岩溶处理及综合整治施工技术。现场根据地质条件随时调整采取合理的开挖工法,严格控制其开挖高度和长度,合理进行围岩支护,衬砌结构及早闭合确保安全施工及岩溶区安全顺利通过。
参考文献
[1]Q/CR9604—2015,高速铁路隧道工程施工技术规程[S].
[2]Q/CR9217—2015,铁路隧道超前地质预报技术规程[S].
[3]TB10304—2009,铁路隧道工程施工安全技术规程[S].
[4]薛玉柱.岩溶地区隧道施工方法和质量控制探讨[J].科技博览,2012(25):63-64.
[5]李治国.隧道岩溶处理技术[J].铁道工程学报,2003(s1):36-40.
[6]王志坚.大型岩溶隧道处理技术[J].交通工程,2016(2):60-61.
复杂地质条件下盾构姿态的控制 篇9
广州市轨道交通5号线西场站~草暖公园盾构区间起止里程为ZDK4+978.800—ZDK7+400.197, 区间隧道单线长2421.40m。盾构隧道主要穿越的地层为:〈5-1〉、〈5-2〉、〈6〉、〈7〉、〈8〉、〈9〉。西场至西村区间段位于海珠断裂以北, 广从断裂以西, 环市路断裂以南的构造区内, 清泉街断裂在区域构造图上从本区间通过, 主体构造为北东向。西村至广州火车站区间位于广从断裂以西、广三断裂及海珠断裂以北的构造区间, 区间地质条件复杂。
盾构隧道沿线建筑物较多。西场站~西村站穿越住宅区, 折向环市西路后, 沿线路两侧多民居、酒店、办公楼、商店。线路穿越克山铁路桥、人行天桥, 另有部分高架桥桩基础侵入隧道内。过广州火车站后, 下穿地中海商场和火车站东广场地下停车场, 对地表沉降控制要求高。
2 盾构姿态控制的一般方法
盾构姿态的控制就是指如何进行操作, 使盾构机沿着设计隧道轴线前进, 当盾构机偏离设计轴线时又如何操作使其尽快回到设计轴线上。盾构机的姿态控制具体内容包括机体滚转控制和前进方向的控制, 在掘进过程中, 盾构机操作人员根据激光自动导向系统在电脑屏幕上显示的数据, 通过合理选择各分区千斤顶及刀盘转向等来调整盾构机的姿态。为有效的对盾构姿态进行控制, 需要分析影响盾构姿态的各种因素。
2.1 影响盾构姿态的因素
1) 控制土压的设定值:土仓压力的设定值是根据覆土厚度, 土体内摩擦角, 土体容重来确定的。一般在纠偏时, 土仓压力的设定值比较大, 这样有利于土体对机头的反作用力将机头托起或横移;
2) 土质变化:盾构在粘土层掘进时, 姿态容易控制;在砂土层掘进时容易造成机头下栽;
3) 地下水含量的影响:地下水含量丰富时, 造成土体松软, 盾构机往往偏向松软的一侧;
4) 推进速度的大小:推进速度过快, 盾构姿态不容易控制。一般在调整盾构姿态的时候, 盾构掘进速度控制20mm/min;
5) 转弯环管片的合适使用:盾构机在曲线上掘进时, 随着盾构掘进, 通过楔形管片数量调整相邻管环之间的转角已拟合出一条光滑的曲线, 尽量使其与盾构掘进半径相同, 保证必要的盾尾间隙。同时如果管片拼装平整度欠缺, 管片与盾尾相互制约, 摩擦阻力增大, 极不利于盾构姿态的控制;
6) 施工的连续性:施工过程中途停止时, 一旦遇上土质松软由于盾构机自重达300多t, 会造成盾构机下沉, 因而影响盾构掘进姿态;
7) 测量误差:由于后视棱镜、全站仪都悬挂在管片上, 如果管片发生漂移和人的操作等问题, 易引起测量误差。操作时应根据前后环的测量数据进行推断判定。
2.2 盾构姿态控制的手段
1) 千斤顶编组:千斤顶编组适用于盾构掘进的各种情况, 是盾构机弯道掘进和姿态调整的主要控制方法。WIRTH/NFM土压平衡盾构机推力千斤顶的布置形式为10组全圆环等分。10组千斤顶编为上 (10号、1号千斤顶) 下 (4号、5号、6号、7号千斤顶) 左 (8号、9号千斤顶) 右 (2号、3号千斤顶) 四组。通过调整各分区千斤顶的压力调整盾构姿态。盾构机的前进方向水平向右偏, 则需要提高右侧千斤顶分区的推力;反之, 则需要提高左侧千斤顶分区的推力。如果盾构机机头向下偏, 则需要提高下部千斤顶分区的推力;反之亦然。如果单靠调整千斤顶的油压不能改变盾构姿态时, 可根据需要屏蔽部分千斤顶重新编组千斤顶等方法, 改变各分区的顶推力;
2) 控制掘进速度:盾构掘进速度对掘进姿态控制起重要作用, 速度越快, 姿态越不易控制;
3) 调整相邻管片的转角, 以及盾尾间隙量和管片端面平整度:使用楔形管片, 强制衬砌管片沿隧道设计轴线前进;
4) 更换注浆位置:同步注浆位置的改变能使已成型的隧道向相反方向移动;
5) 调整土仓压力:实际土仓压力越高, 所需推力越大, 越能调整各分区的压力差, 有利于盾构姿态的纠偏。但土仓压力太高, 容易造成地面隆起, 所以纠偏时要严格控制土仓压力在允许范围之内;
6) 使用超挖刀:超挖刀是盾构机纠偏的有力武器, 它能在盾构机刀盘的上下左右四个方向进行超挖, 减轻纠偏所需的土压, 已利于盾构机转弯时所需要的空间;
7) 使用盾构机的铰接装置:盾构机的铰接装置是盾构机本身在中部能产生一个2度左右的折角。使用铰接装置能方便的使盾构机向所需方向掘进。WIRTH/NFM土压平衡盾构机有四组铰接油缸, 铰接油缸的伸出长度直接影响盾构掘进的姿态, 掘进过程中尽量减小四组铰接油缸的长度差。铰接油缸的行程控制在50~100mm为宜。
2.3 盾构姿态控制的一般要求
一般情况下, 由于盾构隧道的限界允许偏差为±50mm, 因此盾构机的初始掘进方向纠偏应控制在±20mm以内, 在缓和曲线及圆曲线段, 盾构机的方向纠偏应控制在±30mm以内。尽量保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行。否则, 可能会因为姿态不好而造成盾尾间隙过小和管片错台破裂。
当开挖面土体较均匀时, 盾构机姿态控制比较容易, 一般情况下方向偏角控制在±5mm/m以内。当盾构机遇到上软下硬土层时, 为防止盾构机“抬头”, 要保持下俯姿态;反之, 则要保持上仰姿态。掘进时要注意上下两端和左右两侧的千斤顶行程差和铰接油缸的形成差不能相差太大, 一般控制在±20mm以内。
在曲线段掘进时, 一般情况下根据曲线半径的不同让盾构机向曲线内侧偏移一定量, 偏移量一般取10~30mm。偏移量用来平衡管片外移趋势。在管片易上浮的地段, 提前使盾构机姿态低于设计轴线, 使盾构管片上浮后拟合隧道轴线。
在盾构机姿态控制中, 推进油缸的行程控制是重点。任何姿态的调整都要靠推力千斤顶的不同行程差来调整。对于广州环宽1.5m宽的管片, 原则上行程控制在1780~1800mm, 行程差控制在0~40mm, 行程过大, 则盾尾刷容易露出, 影响盾尾的密封效果, 管片脱离盾尾较多, 变形较大;行程过小, 不利于管片的安装。行程差过大, 易使盾体与管片之间的夹角增大, 铰接油缸的行程差增大, 盾构机推力增大, 同时易造成管片的破损、错台等质量问题。
3 不同地质环境中盾构机掘进姿态的控制技术
3.1 软硬不均岩层中盾构机掘进姿态的控制
广州轨道交通5号线火车站至西村站盾构区间存在着较长的上软下硬, 左右软硬不均, 开挖范围内局部地层突变的地层。盾构机在这种地层中掘进, 其掘进扭矩时大时小, 波动范围大, 其盾构姿态控制难度大, 易产生盾构机竖直、水平方向上的过量蛇形, 严重时造成管片错台和开裂。
在这类地质条件下掘进, 盾构机刀盘受力不均, 掘进速度不均衡, 这就要求在掘进过程中, 必须时刻观察自动导向系统提供的盾构机姿态数据 (水平竖直偏差、滚角、俯仰角、姿态趋势) , 结合上下左右四组推进千斤顶和铰接千斤顶的行程差值, 不断地调整各分区千斤顶的推力及总推力, 以保持盾构机姿态的平稳。如果不注意调整推进千斤顶的行程差, 就会造成管片选型变化大, 甚至造成过小的盾尾间隙使管片不能顺利脱出盾尾。因此, 在推进过程中不能单一的只注意测量系统所提供的盾构机姿态来指导掘进, 还应兼顾各分区千斤顶的行程差。
3.2 全断面软岩盾构机掘进姿态的控制
广州轨道交通5号线西站至西场站盾构区间在ZDK5+090处穿越的地层为〈5-2〉、〈6〉全断面软岩。此处位于和平新村小区的密集楼房区。
盾构机在软岩密集楼房下掘进时, 由于地层自稳性能极差和控制沉降的要求, 掘进采用EPB模式掘进, 保持密封土仓压力以保持开挖面的稳定。为控制盾构机水平和垂直偏差在允许范围内, 避免盾构机蛇形量过大造成对地层的过量扰动, 宜将盾构机掘进速度控制在30~40mm/min, 刀盘转速控制在1.1r/min左右。为防止盾构机在软岩中“磕头”, 应将盾构机趋势调整为上俯姿态。该段地层中掘进时, 四组千斤顶推力应较为均衡, 避免掘进过程中千斤顶行程差过大, 否则, 可能会造成推力轴线与管片中心轴线不在同一直线上。在掘进过程中应根据实际情况加注一定量的添加剂, 以保持出土顺畅, 尽量保持盾构机的连续掘进, 同时, 要严格控制同步注浆量, 以保证管背间隙能被有效填充。
3.3 全断面硬岩盾构机掘进姿态的控制
广州轨道交通5号线火车站站至草暖公园盾构区间在ZDK7+550处穿越的地层为抗压强度为39.9MPa的全断面〈9〉地层。
断面硬岩地层中盾构机掘进姿态的控制全断面硬岩地层属于均一岩层, 盾构机在该类地层中掘进, 其轴线姿态能较好地控制, 在掘进时保持各分区千斤顶推力均匀, 总推力和掘进速度均匀, 即可保持盾构机较好的姿态。
在硬岩地段, 由于刀盘扭矩很大, 盾构机滚角变化幅度大, 需及时调整刀盘的正反转消除滚角的偏差。
4 结束语
探讨盾构机姿态控制的要求和一般方法, 并通过广州轨道交通5号线的工程实践, 具体分析各地质条件下盾构姿态控制的方法。盾构姿态控制是一项系统工程, 它贯穿施工过程的始终, 需要全体施工人员共同参与, 严格控制各个工序的施工过程。精心操作, 精心量测, 是控制好盾构姿态的重要保证。
摘要：随着城市轨道交通工程在国内蓬勃发展, 盾构法作为一种先进的施工工法被越来越多的城市所接收。国内盾构设备也呈几何倍数增长, 盾构机操作手控制盾构姿态能力引起人们的重视。以广州轨道交通5号线西草盾构区间为工程实践, 简要介绍盾构姿态的控制方法。
关键词：盾构法,姿态,控制
参考文献
复杂地质结构 篇10
关键词：越岭隧道；煤系地层；地表水体
近年来我国社会经济已经取得了突飞猛进的发展，轨道交通建设也随之得到了空前的发展，现在我国已经对将近30个城市进行了轨道建设。本文以工程实际为背景，针对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术展开了一系列的分析。
1.工程概况
某轨道交通一号线是我国现阶段轨道交通领域中最长，同时也是地质条件最复杂的一条长大越岭隧道，隧道全长为4.50km，隧道的最大埋深大约是270m，按照奥法原理进行设计，同时采用复合式衬砌结构，隧道沿线共穿越了侏罗系中的新田沟组、珍珠冲组以及飞仙关组等地层。隧址区岩层主体为碳酸盐岩石，在岩层中约占60%，砂岩与泥质岩其次，在隧道所遇岩层中占到了40%左右。
地层富水性受到岩性、地形地貌以及岩溶等因素的控制，须家河组与珍珠冲组地层中富含一定量的地下水，碳酸岩盐类岩石主要包括嘉陵江组、雷口坡组等，其地层岩溶发育中含有非常丰富的地下水，飞仙关组中发育着灰岩以及泥灰岩等内岩，含有非常丰富的岩溶水。
2.隧道穿越含瓦斯地层和煤层采空区应该如何应对
隧道的施工过程中极有可能会遇到一些有害气体或者有毒气体，同时也会遇到一些采空区和洞顶薄煤层失稳的现象。在隧道设计过程中，针对有关穿煤过程中最大瓦斯涌出量不能0.5m?/min以上的判断，结合隧道埋深实际情况，并经过仔细分析之后，才得出这样的结论：穿越煤层不能超过200m同时煤层应该露出地表以上，因为瓦斯露出地表时间一长变会受到溢出的作用，瓦斯溢出的可能性会比较小，但是对煤层受挤压过程中可能会出现的瓦斯聚集情况进行综合考虑，可能会出现高瓦斯段，这时应该充分重视对瓦斯的防治，尽量避免意外情况的发生。
站在节约投资以及工程安全的角度进行考虑，应对瓦斯监测体系进行提高，并严格按照高瓦斯隧道对其进行监测，在工程施工过程中采取相应的工程措施通过相关煤系地层。结合瓦斯监控结果可以看出，如果有高瓦斯再动态问题出现，应对工程措施进行调整，最终对工程施工安全进行保证。另外，因为充分考虑到隧道穿越煤层可能会碰到采空区，在设计过程中应该结合采空区的规模大小采取相应的解决办法。如果采空区的规模相对较大，可以通过超前预报、采空区积水排放、采空区的加固与揭开、采空区的加固与回填、施作隧道衬砌等相关方式进行处理；如果采空区的规模比较小，可以通过超前预报、对采空区进行超前的预注浆回填、开挖通过采空区以及施作隧道衬砌等相关方式进行处理。
因为隧道穿越煤系的岩层存在比较大的倾角，岩层的走向为92° 57°，与隧道相接近的方向为正西，掌子面穿越煤层之后，拱顶砂岩将会受到煤层切割的影响，进而形成一种楔形体，在开挖的过程中很容易会使拱顶出现垮塌等现象，进而对隧道的施工安全带来严重影响，这时应该使开挖进尺得到适当的减小，同时增加超前预支护、减小爆破扰动等因素带来的损失，最终对隧道围岩整体的稳定性进行保证。
3.隧道穿越岩溶富水区段应该如何应对
3.1岩溶富水区段的分布和主要特点
本工程隧道穿越地层之中的岩溶富水区在整个隧道中占到60%以上的比重，其总长度在2600m以上，隧道工程设计的难点与重点都集中在了本区段中，同时这也正是隧道建设成功与失败的关键。岩溶富水区的主要分布区域是背斜核部的嘉陵江组、雷口坡组等区段，尤其是不同地质分段的接触带发育的最好，经常可以遇到破碎带和岩溶等现象的出现。
本区段中的围岩主要是碳酸岩，在地下水的环境下，主要成分为岩溶裂隙水合岩溶管道水，岩溶发育具有压力高、水量大等一系列特点，最大地下水静水压力可以达到1.8MPa，在这种情况下，地表水和地下水之间的水力联系十分紧密。站在工程安全的角度来看，隧道设计应该对隧道掘进的安全性以及隧道投入运营之后衬砌结构的安全性與排水的可靠性等问题进行综合分析。此外，应与岩溶富水区段的具体工程特点相结合，同时应该从上述几个问题的角度对地下水进行控制与疏导。
3.2隧道穿越岩溶富水区段地下水治理
本隧道在穿越岩溶富水区段的时候需要对地下水进行综合治理，在这里应该围绕疏导和控制两个方向相结合，对隧道施工以及运营过程中出现的生态环境破坏和工程安全等方面问题进行综合考虑，并采用相应的技术措施对地下水进行处理，在治理的过程中应该对以下几方面因素进行分析：1）隧道的社会景象和隧道的地理位置；2）适应城市轨道交通功能以及实际运营期间的维护方式；3）使隧道建设过程中的地面建筑以及生态环境等方面需求得到满足；4）保证工程施工的顺利进行，同时不能出现突泥突水以及高压涌水等事故；5）隧道上作用的水压力不能超过衬砌的正常承受值。与相关工程经验相结合，主要将高水压隧道集中在铁路与公路等工程之中，现阶段我国隧道耐水压隧道衬砌的成功案例并不多见，从这些成功案例中可以看出，衬砌承受水压力不会在1.0MPa，这主要是因为受到防水材料、混凝土抗渗性能以及施工水平等方面因素的制约和影响；6）处理方案一定要保证经济合理与技术先进。
从以上阐述中可以看出，在对地下水进行处理的时候应该将以下工作做好：首先，将超前地质预报作为治理地下水的基础，在以超前堵水为主进行隧道施工，在施工过程中不能出现瞬间大量涌水以及地下水自由排放等现象；其次，将“堵”和“排”的问题处理好，同时对“控制”与“疏导”二者之间的关系进行理顺，尽量做到防排结合，在此基础上对地下水展开综合处理；第三，一定要选择稳定性高、耐久性好的水泥浆液作为注浆材料，使用这样的工程材料对地下水进行治理。
4. 结语
综上所述，本文中提到的隧道设计是一个十分成功的案例，由此工程施工案例中可以看出，在复杂地质条件下，轨道交通越岭隧道设计过程中关键应该对以下几点进行充分的认识：首先，应该对隧道穿越的不良地质条件进行充分的认识，并在此基础上与轨道交通功能、环境、工程安全等方面要求相结合，对应对措施进行有针对性的制定，其次，一定要引起对超前地质预报的重视，同时与信息化施工数据的反馈相结合，及时修正与调整设计的动态。笔者结合自己多年来的实际工作经验，从多个方面对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术进行了相应的分析，供大家参考。
参考文献：
[1]朱颖，蒋良文，屈科，李光辉，曹化平. 西南铁路地质灾害与勘察防治技术成就[J]. 中国工程科学，2008，（4）：29-37.
[2]王梦恕. 水下交通隧道发展现状与技术难题——兼论“台湾海峡海底铁路隧道建设方案”[J]. 岩石力学与工程学报，2008，（11）：2161-2172.
[3]曹文宏，刘千伟，杨志豪，郑晋丽，季倩倩，申伟强，陆明，陈正杰，沈蓉，蔡岳峰，戴清，贺春宁. 2012年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（二等奖）江海软基地区超大特长盾构法隧道设计关键技术[J]. 建设科技，2013，（1）：97-99.
复杂地质条件下综采技术探讨 篇11
鹤煤十矿地质条件复杂, 12采区煤层厚度变化严重不均, 1206综采工作面煤厚为0.4~10.0 m, 平均煤厚3.1 m, 顶底板起伏不平。伪顶为黑色泥岩, 直接顶为灰黑色薄层状泥岩及砂质泥岩, 质软易碎, 遇水膨胀, 极易冒落, 而且1206工作面随着回采的推移顶板起伏变化频繁。工作面平均倾角27°, 两巷落差变化大, 造成工作面回采期间倾斜长度会发生明显变化, 而且工作面回采中后期回风巷临近采空区压力大, 底板鼓起。断面缩小, 导致工作面回采难度增大, 不利于工作面实现稳产高产。
1206综采工作面现安装有ZFG3000/19/28型过渡液压支架6架, ZF2800/16/24型液压支架102架, 工作面选用SGZ-630/264型刮板输送机1部, 其运输能力为450 t/h;运输巷铺设SGW-40T型刮板输送机1部。1206工作面所在煤层倾角大, 顶板破碎、底板起伏不平, 回风巷压力大, 通过对地质特征分析, 加强回采技术管理, 并采取了一系列安全技术措施, 保证了工作面安全高效生产。
2 采煤工艺合理选择与确定
复杂地质条件下的综采工作面, 尤其是煤层倾角大, 顶底板变化明显, 倾斜长度经常性变化, 选择合理的采煤工艺参数, 是决定工作面能否实现安全生产的重要因素[1]。
2.1 采煤机割煤方式
由于1206工作面顶板破碎, 极易冒落, 煤层倾角达到27°, 采用自下而上的移架方式极易造成工作面输送机下滑, 这也是该工作面能否实现正常生产的重要因素。因此, 采取在下端头留三角煤斜切进刀上行重刀割煤, 自下而上移架放顶, 返向下行拾煤完成一个循环, 避免了大倾角综采工作面输送机的下滑[2]。
2.2 端头支护方式
工作面上、下端头各采用3组ZFG3000/19/28型液压支架进行支护, 最小控顶距为5.1 m, 最大控顶距为5.7 m。经过支护强度验算, 可以保证工作面的支护强度。由于工作面顶底板起伏变化, 造成工作面倾斜长度变化大, 受矿井地质条件影响, 在工作面倾斜长度发生变化时无法安设端头支架, 增加了顶板控制难度。综合考虑采用∏型钢梁进行支护, 前面可采用4.0 m∏型梁配DW25-250/100型液压单体柱架设“两梁八柱”对棚, 后面可采用2.4 m∏型梁配DW25-250/100型液压单体柱架设“两梁六柱”对棚进行支护, 棚距为0.6 m。经过支护强度验算, 上述措施可以保证工作面的支护强度[3], 降低由于倾斜长度的变化和受地质条件影响无法安设端头支架时造成端头支护的管理难度, 采用∏型钢梁支护实用性强, 便于端头支护管理。
3 回采过程中的问题与对策
3.1 煤质松软极易冒落
由于1206工作面煤质松软, 回采期间沿底回采, 顶板破碎, 极易造成工作面煤墙片帮、冒顶, 顶板控制难度大, 造成采煤机不能正常作业, 需经常性停机采取措施进行护帮护顶。综合分析考虑, 在工作面安装前, 通过对液压支架安装护帮板, 合理确定注水参数, 对工作面进行煤壁注水, 增加煤体的黏结力和可塑性, 减小煤壁压力, 提高煤壁的稳定性, 从而有效控制煤墙片帮。在移架过程中及时伸出护帮板, 使工作面片帮、冒顶得到有效控制, 从而保证了安全生产[4]。
3.2 回风巷严重变形
由于1206回风巷为沿空掘进巷道, 在工作面推采过程中, 超前支护段底鼓严重, 按20 m超前支护管理, 很难满足日常生产要求, 而且工作面回采中后期巷道外段断面很难满足相关规定要求[5]。综合考虑, 采用门式支护对回风巷加强支护, 把超前支护长度20 m延长为30~50 m, 全部打撑子棚, 减少由于采动影响造成的巷道变形底鼓、棚梁折断现象, 提高抗压强度, 从而确保正常生产。
3.3 工作面倾斜长度变化频繁
由于受到顶、底板起伏变化的影响, 回风巷和运输巷落差变化大, 工作面倾斜长度会发生变化, 在回采期间造成液压支架上窜下滑。为保证工作面回采能够正常生产, 采用伪斜布置工作面, 一方面通过对运输巷的标高变化进行观测, 另一方面观测支架的下滑量, 从而确定工作面倾斜长度的变化, 及时调整回采方向, 确保上、下端头能够完全使用端头支架进行支护, 避免了支架上窜下滑造成超前支护段的管理难度和上、下端头架设∏型梁支护造成支护强度不够带来的安全隐患。根据日常观测分析总结, 运输巷超前回风巷10~15 m可以避免大倾角综采工作面支架下滑[6]。
3.4 工作面支架稳定性差
由于工作面顶板破碎极易冒落, 煤层倾角大而且起伏变化, 容易出现支架前倾后仰和倒架、咬架现象。为保证工作面支架的稳定性, 在工作面上、下端头支架安设防倒千斤顶, 先移中间支架, 将其作为稳定点, 然后再移最下端的支架, 最后移最上端支架, 并保证千斤顶始终处于张紧状态, 防止了支架下滑。日常移架过程中, 根据顶底板特征, 及时对工作面液压支架进行调向, 确保了工作面支架的稳定性, 从而也保证了工作面的工程质量, 实现了工作面的安全生产。
4 结语
在分析总结复杂地质条件下综采工作面回采过程中所面临的各种难题的基础上, 对地质条件特征进行分析, 结合现场经验, 提出了相应措施, 实现了工作面的安全生产。研究复杂地质条件下综采技术, 对实现工作面的安全生产、保证工作面的稳产高产具有重要意义。
摘要：综合复杂地质下影响综采工作面正常安全生产的各种因素, 通过对各种因素的分析确定了合理的采煤工艺和参数, 针对复杂地质条件特征, 结合现场经验总结出了应对复杂地质条件所采取的各种应对措施。实践表明, 采取的各种措施有效解决了复杂地质特征影响工作面正常推进的问题。
关键词：顶底板起伏,综采技术,倾斜长度变化
参考文献
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2008.
[2]谢海应.综采工作面进刀方式的选择[J].科学之友, 2008 (24) .
[3]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.
[4]杨健.采煤工作面煤壁浅孔动压注水治理煤尘分析[J].煤炭技术, 2005 (9) :110-111.
[5]袁河津.《煤矿安全规程》专家解读[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2010.