本發(fā)明屬于城市軌道交通勘察,具體涉及一種城市軌道交通工程垂直和水平定向組合綜合地質(zhì)勘察方法。
背景技術(shù):
1、當(dāng)前,我國城市軌道交通快速發(fā)展,線網(wǎng)逐漸加密,特別是重大城市規(guī)劃多條線網(wǎng),為居民的日常出行提供了極大的便利。城市軌道交通沿線多位于城區(qū)已建成區(qū)內(nèi),地表主要表現(xiàn)為現(xiàn)狀街道、建筑物、地下管線復(fù)雜區(qū)域等。受場地條件限制,常規(guī)的勘察手段無法查明場地的地質(zhì)條件,從而形成地質(zhì)空白區(qū),為地鐵設(shè)計和施工帶來了極大的安全隱患。由于地質(zhì)條件不確定性引發(fā)的工程問題日益凸顯,因此,急需革新和豐富勘察手段,進一步查明復(fù)雜環(huán)境下場地的地質(zhì)條件,為地鐵設(shè)計提供翔實的地質(zhì)資料,為后續(xù)施工保駕護航。
2、目前常規(guī)的勘察手段主要以垂直鉆探為主,輔以地面或孔內(nèi)物探,受復(fù)雜的外部環(huán)境條件限制,往往存在大量的無法勘察的段落。再加上鉆孔本身的局限性,揭露的地質(zhì)情況僅為一孔之見,鉆孔之間的地質(zhì)情況為人為推測,往往存在一定的地質(zhì)偏差,進一步制約了地鐵設(shè)計方案的優(yōu)化空間和造價控制。針對城區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件,無法從地面進行垂直鉆探和物探的情況下,本專利提出了一種城市軌道交通工程垂直和水平定向組合綜合地質(zhì)勘察方法,可有效查明隧道范圍內(nèi)的地質(zhì)條件,降低因垂直鉆探和地面物探無法實施帶來的地質(zhì)風(fēng)險,為方案設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù),可大大降低城市軌道交通工程投資和施工風(fēng)險。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種城市軌道交通工程垂直和水平定向組合綜合地質(zhì)勘察方法,針對城區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件,無法從地面進行垂直鉆探和物探的情況下,提供一種場地適應(yīng)性強、可沿著隧道走向進行連續(xù)取芯鉆進的水平定向勘察方法,同時在水平孔中實施孔內(nèi)物探,可詳細查明隧道范圍內(nèi)的地質(zhì)條件,為方案設(shè)計提供翔實的地質(zhì)依據(jù)。
2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)該目的:
3、一種城市軌道交通工程垂直和水平定向組合綜合地質(zhì)勘察方法,包括以下步驟:
4、步驟一,搜集并研究擬建地鐵盾構(gòu)隧道場地區(qū)域地質(zhì)資料,對沿線周邊環(huán)境進行踏勘,確定垂直鉆探位置和水平定向鉆探地面實施場地位置;
5、步驟二,根據(jù)選定的垂直鉆探位置施工垂直鉆探,孔內(nèi)進行原位測試、波速測試,并取樣進行室內(nèi)土工試驗,形成垂直鉆探勘察成果資料;
6、步驟三,在隧道的一端根據(jù)選定的水平定向鉆探實施場地,設(shè)計由地面通過連續(xù)造斜至目標(biāo)深度后沿著隧道走向進行水平定向鉆探的軌跡參數(shù),在隧道結(jié)構(gòu)外圍布置6個與隧道同向的水平定向鉆孔;
7、步驟四,根據(jù)既定的軌跡參數(shù),進行水平定向鉆探,同時打開隨鉆參數(shù)記錄儀記錄鉆探軌跡,實時糾偏,實現(xiàn)既定軌跡鉆探,全孔段連續(xù)取芯,取樣進行室內(nèi)土工試驗,成孔后進行水平定向鉆孔綜合測井測試,進行隧道綜合圍巖級別的初步劃分,形成水平鉆探勘察成果資料;
8、步驟五,所有水平鉆孔實施完畢后,進行孔內(nèi)跨孔ct測試,測定各水平鉆孔之間的地質(zhì)條件,形成物探成果資料;
9、步驟六,根據(jù)物探成果資料中物探異常區(qū)域的分布范圍和大小,進行隧道綜合圍巖分級進行細化,對隧道綜合圍巖分級修正,并形成綜合勘察成果資料,為地鐵設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)。
10、進一步,在步驟一中,確定垂直鉆探位置具體為:復(fù)雜的城區(qū)環(huán)境下,將垂直鉆探無法實施造成的地質(zhì)空白段落劃分出來,所述地質(zhì)空白區(qū)是指隧道長度超過150m地質(zhì)資料缺失的段落;根據(jù)地質(zhì)空白區(qū)的地面條件,在地質(zhì)空白區(qū)兩側(cè)的隧道上方或接近隧道的位置布置可實施的垂直鉆孔。
11、進一步,在隧道的一側(cè)選擇合適的場地布置水平定向鉆孔,該場地的大小至少為15m×20m,水平定向鉆孔位于左右線隧道外側(cè),每側(cè)各有3孔,分別布置于隧道結(jié)構(gòu)頂部上方3m處、底部下方3m處及隧道結(jié)構(gòu)高度中線上。
12、進一步,在步驟三中,根據(jù)選定的定向鉆實施場地、目標(biāo)深度、鉆具和套管的造斜強度設(shè)定水平定向鉆探的空間軌跡線,建立空間坐標(biāo)系,x軸為南北方向、y軸為東西方向、z軸為豎向垂直方向,從而求出軌跡線上每點的空間坐標(biāo)。
13、進一步,軌跡線上任一點a點的坐標(biāo)(xa,ya,za)計算過程如下:xa=x0+la·sinθcosα;ya=y(tǒng)0+la·sinθcosα;za=z0+la·cosθ;a點的水平距=lasinθ;其中,(x0,y0,z0)為位于地面的孔口中心o點坐標(biāo),單位米;θ為oa兩點連線與z軸的夾角,α為oa兩點連線在xy平面的投影與x軸的夾角,單位度;la為a、o兩點間的直線距離,單位米。
14、進一步,鉆孔軌跡的彎曲強度計算:當(dāng)鉆孔軌跡只有夾角θ變化時,用頂角彎曲強度iθ表示:當(dāng)鉆孔軌跡只有夾角α變化時,用方位角彎曲強度iα表示:當(dāng)鉆孔軌跡夾角θ和夾角α同時變化時,用全彎曲強度i表示:cosγ=cosθacosθb+sinθasinθbcos(αb-αa);其中,θa為oa兩點連線與z軸的夾角,θb為ob兩點的連線與z軸的夾角,單位度;αa為oa兩點連線在xy平面的投影與x軸的夾角,αb為ob兩點連線在xy平面的投影與x軸的夾角,單位度;la為a、o兩點間的直線距離,lb為b、o兩點的直線距離,單位米。
15、進一步,在步驟四中,在實際鉆進過程中,每1m矯正鉆孔軌跡的彎曲強度,實現(xiàn)按照既定軌跡進行跟管鉆進。
16、進一步,在步驟四中,鉆探過程中全孔段取芯,每5m采取巖樣獲取巖石的飽和單軸抗壓強度和巖塊波速;鉆孔成孔后進行孔內(nèi)綜合測井試驗,綜合測井探頭通過水壓輸送的方式達到孔底,測試巖土體的橫波、縱波值,測試間距為1m。
17、進一步,在步驟五中,第1個水平定向鉆孔實施完畢后,其余多孔利用第1個水平定向鉆孔造斜前的共用主孔段,后進行連續(xù)造斜到既定水平定向鉆孔軌跡。
18、進一步,在步驟五中,所有鉆孔施工完畢后,進行孔內(nèi)跨孔ct測試,發(fā)射探頭和接收探頭分別通過水壓輸送的方式分別達到發(fā)射孔和接收孔的孔底,采用1孔激發(fā)多孔同時接收。
19、相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有的有益效果為:
20、1、通過采用“常規(guī)垂直鉆探+水平定向鉆探+孔內(nèi)物探”的組合手段,對地質(zhì)空白區(qū)進行精細勘察,探測成果相互驗證,具有效果直觀、工作效率高、探測精度高、勘察成果可靠等優(yōu)點;
21、2、提供了一種城市軌道交通沿線復(fù)雜環(huán)境條件下地質(zhì)勘察手段和方法,詳細查明盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件,為地鐵設(shè)計提供翔實的地質(zhì)依據(jù),大大降低了由于地質(zhì)不明帶來的施工風(fēng)險;
22、3、本發(fā)明采用的垂直鉆探、水平定向鉆探和物探綜合勘察布置方式,探測成果相互驗證,物探成果可以進一步修正隧道綜合圍巖級別劃分,為設(shè)計方案優(yōu)化提供依據(jù),降低了過度設(shè)計造成的投資浪費;
23、4、本發(fā)明的水平定向鉆探對場地的適應(yīng)性好,特別適用于復(fù)雜的城區(qū)環(huán)境,可解決地質(zhì)空白區(qū)勘察問題。
24、綜上所述,本發(fā)明提供的一種城市軌道交通工程垂直和水平定向組合綜合地質(zhì)勘察方法,適用于復(fù)雜的城區(qū)環(huán)境地鐵隧道的勘察設(shè)計,采用“垂直鉆探+水平定向鉆探+孔內(nèi)物探”的組合手段對地質(zhì)空白區(qū)進行精細勘察,探測成果相互驗證,為地鐵設(shè)計提供翔實的地質(zhì)資料,大大降低了由于地質(zhì)不明帶來的施工風(fēng)險,同時也降低了過度設(shè)計造成的投資浪費。