使用水平定向鉆機進行邊坡錨固

在過去的十幾年中,人們經(jīng)常使用一種獲得驗證的錨固鉆進技術(shù)來加固巖石邊坡和地下通道。但是,在一些山區(qū)地質(zhì)條件下,往往需要用定向鉆進的方法來安裝長錨桿(錨索或鋼質(zhì)錨桿)。一種理想的施工方法是水平定向鉆進技術(shù)(HDD),這種方法可以精確地監(jiān)測鉆孔的方向,因而可以精確地沿著計算的長錨桿鉆孔軌跡進行施工。

過去十幾年一直使用一種可靠的鉆進技術(shù)來安裝臨時或永久的巖石錨桿,以便有效地加固巖石邊坡或地下通道。這種技術(shù)通常使用巖石錨桿,采用沖擊或回轉(zhuǎn)的鉆進方法將它安裝在巖石中。鉆進軌跡一般是直線的,通常比較短,每個錨孔的位置是預先確定的。在某些邊坡條件(包括地形、巖石和構(gòu)造)下,需要用長錨桿來加固。

本文將介紹在這種條件下,可以用來安裝這些長錨桿的一種新的水平定向鉆機方法。

1 加固堤防的錨桿

為了防洪,通常使用水平定向鉆進技術(shù)來加固交通設施的堤壩。

作為堤壩防洪的權(quán)宜方法,通常在堤壩的兩邊設置兩塊大的支撐面板,中間用長錨索連接(圖1)。這是一種正確的方法,尤其是當在剩余的時間內(nèi),不能在堤壩防洪的一面全面布置防洪袋時。鉆穿堤壩后,可以在堤壩兩面很快地設置錨固面板。防洪一面的錨固面板可以是塑料板或者是土工織物加強的面板,以防止洪水滲入堤壩。

圖1 加固堤壩

用錨固面板加固時,面板之間可以是重疊的,也可以是互鎖的,這兩種情況下形成的保護面不可能有水滲入堤壩。

當大壩上面有交通通道,如道路或鐵路,邊坡加固也是有可能的,尤其是當這些通道交叉時。加固可以是用木梁或混凝土板連接的鋼板樁、支撐柱。在任何一種情況下,重要的是防止交通通道隨時間的推移而崩塌或垮塌。

這里,通過大壩進行水平定向鉆進也是一種極為有效的,用錨桿加固邊坡的方法。在道路或鐵路施工期間,臨時的邊坡加固尤為重要。用水平定向鉆進技術(shù)從預定的地點鉆入大壩,并且可以對整個鉆進過程進行監(jiān)控,必要時還可以進行修正。結(jié)果,可以按照預先的精確設計,獲得并保持精確的力傳遞加固設計。

這個例子說明的是具有幾條軌道的鐵路路基臨時加固方法。路基的一側(cè)用臨時的鋼板樁墻加固,以便進行道路施工,然后再將鋼板樁拆去(圖2和圖3)。在這里,鐵路路基必須用錨固面板加固,面板設置在路基的另一側(cè),面板和鋼板樁之間用長錨桿連接。路基的整個寬度要用幾層加固。

圖2 用長錨桿加固鐵路

上面一層的加固孔使用 Grundodrill 10X鉆機鉆進,而 Grundodrill 20S鉆機則用于鉆進最底的一層錨固孔。這兩臺鉆機保證錨固孔在復雜的回填材料和天然地層沿著預定的軌跡鉆進。

加固的路基斷面寬30m,用四層長錨桿加固。路基的另一側(cè)設置了1.6m×1.8m的加固面板,以加固鋼板樁墻。

盡管路面交通繁忙,整個加固過程沒有受到影響。只是在導向孔鉆進期間,才需要確定鉆頭內(nèi)發(fā)射探頭距離軌道的位置。監(jiān)測鐵路系統(tǒng)是為了保證導向鉆機鉆頭的軌跡,使鉆孔能夠盡快地通過路基。導向孔的鉆進選在交通量小的時候,而將鋼錨桿回拖入錨固孔則不需要考慮火車時刻表。

圖3 加固大壩的錨固板

只有在最底層的錨桿施工時出現(xiàn)了一點問題。由于要穿過礫石層施工,因此鉆進出現(xiàn)了困難。通過修正鉆孔方向而繞過了0.5m長的粗卵石。在部分路段,當鉆頭碰到非膠結(jié)的巖石時,就不能完成鉆孔作業(yè)。

這時,路基就必須采用一種完全不同的施工方法來加固(圖4)。

圖4 用錨桿加固基坑

2 巖石破碎帶附近的長錨桿

在某些地區(qū),巖石具有許多長的裂縫。在一個陡峭邊坡的一側(cè),這些裂縫不可能用常規(guī)的錨固方法和錨桿長度來加固,尤其是從周圍凸出的部分,通常需要鉆穿巖石層,因此從兩側(cè)用錨固板加固。

特別是巖石陡坡,通常需要用錨桿整體加固。先進的錨固技術(shù)可以阻止由于風化或重力作用下產(chǎn)生的裂縫繼續(xù)惡化。安裝完全貫通的長錨桿從技術(shù)上講是加固這些具有裂縫的凸出巖石的最佳方法,與傳統(tǒng)的加固錨桿相比,它可以大大減少錨桿的數(shù)量以及錨桿的總長度(圖5)。

圖5 加固上部不穩(wěn)定的巖體

3 深入基巖的長錨桿

在某些巖土條件下,需要安裝深入基巖的長錨桿。在這種情況下,需要構(gòu)造一個大斷面的巖石邊坡,例如獨立的平面紋理或移動的夾塊。

如果這種邊坡發(fā)生松動,則對交通要道或河流是危險的。他們可能受到破壞、毀滅或關(guān)閉。常規(guī)的巖石錨桿不可能加固這類邊坡。也許需要用長度超過100m的錨桿來阻止巖石發(fā)生松動。

使用水平定向鉆機技術(shù)安裝這類錨桿具有兩個優(yōu)點:在鉆進時可以控制錨桿的軌跡,并且可以根據(jù)要求有意地形成一條曲線軌跡。水平定向鉆進技術(shù)可以按照給定的角度鉆穿已知的脆性地層,例如剝落的巖石地層,以避免在不穩(wěn)定地區(qū)錨桿產(chǎn)生意外的偏離。使用水平定向鉆進技術(shù)還可以通過轉(zhuǎn)向而繞過不沒有足夠穩(wěn)定性的地區(qū)、某些巖石地層或者已知的障礙物,以便在理想的堅固和穩(wěn)定巖石中安裝錨桿。

4 小坡度的長錨桿

具有相對比較平坦曲線軌跡的長錨桿可以有效地加固巖石地層、地下建筑,例如隧道、洞穴或廊道,以及具有不穩(wěn)定因素的巖石陡坡。根據(jù)地質(zhì)條件和巖體背景的不同,最好是安裝錨桿以阻止表面地層的開裂,因此提供一個永久的應變保護,防止任何可能的釋放效應。水平定向鉆進的優(yōu)點是不僅能在整個錨桿軌跡控制鉆進的方向,而且為了保持一定的坡度還具有校正的能力。

因此,錨桿可以按照需要的坡度精確地安裝在的適當位置,以達到最優(yōu)的巖石加固效果。在這些工程中,長錨桿也可以與從其它的傳統(tǒng)錨桿一起發(fā)揮作用,這樣可以改進以前的巖石加固效果。

5 加固建筑物的長錨桿

在山區(qū)中,進行橋樁、拱壩、橋臺和其它大型建筑工程施工,必須與支撐它們的巖石緊密接觸。某些工程是在當時的錨固技術(shù)不如現(xiàn)在好的條件下施工的。隨著時間的推移,工程位移測量表明,這些加固并不是始終與開始所期望或計算的那樣好?，F(xiàn)在,水平定向鉆進提供了一種用長錨桿來加固建筑物與巖層之間可靠連接的極佳方法。而新的建筑是目前施工時,即使是在基礎施工之前,則可以在巖體內(nèi)施工長的、經(jīng)過精確計算的,并且按照所期望的方式施工的錨固孔,最終形成最佳的加固效果。

6 結(jié)論

對那些需要從山坡、山底、山溝或巖洞安裝長錨桿,或者需要精確地鉆進錨固孔軌跡或坡度的工程,可以采用水平定向鉆機來安轉(zhuǎn)長錨桿。

水平定向鉆進的特殊優(yōu)點在于可以連續(xù)的監(jiān)測和控制鉆進軌跡,因此可以獲得更為精確的錨固孔。水平定向鉆進技術(shù)也可用于較大長度的錨固孔施工,并且可以按照預先計算好的曲線型錨固孔軌跡施工。對短的、直的錨固孔可以采用傳統(tǒng)的錨固加固方法進行施工,而對長的、復雜的、位置和方向要求嚴格的錨固孔采用水平定向鉆機技術(shù)施工則更為容易。

顏純文 譯自《GeoDrilling International》2008(7/8)