1 引 言
隨著城市化進程的加快，城市規模不斷擴大，城市人口急劇膨脹，世界許多城市都出現了不同程度交通擁堵以及污染嚴重等問題。城市軌道交通因其安全、高效、快捷等特點，已成為解決日益嚴重交通問題的首選方案，被提到了城市持續發展的重要地位[1 ~2].目前，我國北京、上海、廣州、天津、成都等城市已有多條地鐵線路投入營運，青島、石家莊、蘭州等城市的地鐵也正在緊張建設中[3].
城市地下軌道交通建設是在巖土體內部進行的，無論采用何種開挖方法以及選取不同埋深，施工建設不可避免地將擾動地下巖土體，使其失去原有的平衡，導致地面沉降甚至地下已有管道破壞、地面建筑物的損壞[4].為此，必須通過科學嚴謹的巖土工程勘察工作，查明控制軌道交通線路安全特殊地質的性質、特征、范圍、影響程度及其發展趨勢，為線路方案選取、隧洞支護設計提供依據[5 ~7].本文介紹GXY-2BT 型地質勘探鉆機與雙層巖芯管取芯技術在青島地鐵 M1 號線“永年路站 ~ 興國路站”地段巖土工程勘察中的應用情況，并對其技術性、經濟性、工效指標進行評價分析。
2 青島地鐵 M1 號線“永年路站 ~ 興國路站”地段勘察工程概況
青島地鐵 M1 號線是青島市軌道交通規劃中的一條地鐵線路，該線是主城區連接黃島區和城陽區的南北的骨干線路。線路自峨眉山路起，經薛家島過海抵達臺西，再經中山路、伏龍山、十五中抵臺東，后沿威海路、人民路、四流南路，經青島北站轉向重慶路，向北經汽車北站、流亭機場至城陽東郭莊，全長約 60. 10 km,共設車站 40 座，平均站間距 1 564 m.工程計劃于2015 年開工，2019 年建成并投入運營[8].
M1 號線“永年路站 ~ 興國路站”地段包括永年路站、永年路站 ~ 興國路站區間、興國路站三個工點，里程為 K51 +384. 800 ~ K52 +769. 300 （ m） ,線路長度1 384. 5 m.線路及車站隧道頂板埋置于基巖范圍內，最大埋深達到 57. 5 m.根據巖土工程初步勘察階段報告以及詳細勘察作業鉆孔揭露統計情況[9],該線路段主要地層的劃分情況如表 1 所示。
分析表 1 中“永年路站 ~ 興國路站”線路段內主要地層的情況可知，由于線路穿越牛毛山主體（ 如圖 1所示） ,一般距地表 0. 3 m ~ 2. 0 m處即揭露中等 ~ 微風化花崗巖。根據勘察工作大綱及技術要求，共布設勘探鉆孔 101 個，牛毛山主體區域勘探鉆孔平均設計深度達 54. 6 m,約 90%的勘探工作量為中等 ~ 微風化硬質巖層的勘探。目前在工民建勘察項目中廣泛應用的 XY-1 型鉆機由于存在動力配置較差、單層巖芯管巖石采取率低等問題，難以滿足工期及技術要求，在現場中的應用效果不理想。如何配置高效的鉆探設備并選用滿足采芯率要求的取芯技術，已成為現場工程技術人員亟須解決的問題。
3 GXY-2BT 型地質勘探鉆機及雙層巖芯管取芯技術
依據“永年路站 ~ 興國路站”地段勘察工程特點以及工期、技術要求，項目組調配了 6 臺 GXY-2BT 型地質勘探鉆機進場實施勘探作業。GXY-2BT 型鉆機的基本性能參數及技術規格如表 2 所示，XY-1 型鉆機的相關參數也一并列于表中。由表 2 可知，GXY-2BT 型鉆機的最大鉆進深度、提升能力、動力配置等技術指標皆優于 XY-1 型鉆機，更適于在丘陵或山區實施硬質巖層的鉆探作業。
單層巖芯管取芯技術是目前應用較為廣泛的一種勘探作業取芯方法。取芯時需將巖芯管連同鉆桿提升至地表進行拆卸，取得第四系土樣或巖石取芯后，再將巖芯管與鉆桿組裝后輸送至下一回次取芯回次位置。
對于設計孔深超過50 m的勘探鉆孔，當勘探作業進行至深部位置時，每回次的巖芯管提升、拆裝與下鉆，既費時又費工，工作效率低。此外，單層巖芯管對于受構造影響、節理裂隙發育巖層的采芯率普遍較低，常常難以滿足最低采芯率要求。為解決上述難題，本次選用雙層巖芯管取芯技術實施勘探作業。
如圖 2 所示，與傳統的單層巖芯管相比，雙層巖芯管包括外管、內管兩部分。巖芯管頭部內管、外管緊密貼合，尾部則通過軸承傳動機構連接?，F場鉆探中，外管連同鉆頭由鉆機帶動鉆進取得巖芯，巖芯由內管收納； 尾部的軸承傳動機構確保內管以及管內取芯不隨外管的回轉而旋轉； 冷卻水循環為巖芯管內小循環模式，這使采芯不受巖芯筒旋轉、冷卻水沖刷等擾動因素的影響，大幅提升了采芯率。
除采用雙層巖芯管外，現場還將原直徑 42 mm鉆桿更換為 75 mm鉆桿，借助 GXY-2BT 型鉆機卷揚機的提升能力，可將巖芯內管通過 75 mm鉆桿內直接提升至地表。與繁瑣的傳統單層巖芯筒提鉆工作相比，該方法可顯著提高工作效率。
4 工程應用情況及經濟技術指標分析
“永年路站 ~ 興國路站”一期勘探工作于 2014 年12 月開始，至 2015 年 2 月完成野外鉆探，歷時共 41天，實際完成共53 孔、2 896 m的勘探工作量。為了分析 GXY-2BT 型鉆機的在該本次工程中的適用性與經濟性，統計其在勘探作業過程中不同地層的日均進尺、采芯率、能耗等指標，并與 XY-1 型鉆機進行對比，統計結果如表 3 所示。
分析表 3 中的數據可知，GXY-2BT 型鉆機雖然在日均能耗上較 XY-1 型鉆機高 45%,但借助雙層巖芯管取芯技術，其工效與采芯率指標要明顯優于 XY-1型鉆機。此外，雙層巖芯管取芯技術在保證采芯率的同時（ 如圖 3 所示） ,還能為鉆探定向取芯、通過鉛垂勘探鉆孔量測巖石節理裂隙面發育特征等技術研究工作的實施創造條件，提高勘察工作的準確性與可靠性。
由此可見，GXY-2BT 型鉆機與取芯技術，不僅具有良好的工程適用性，還可為相關技術研究工作的開展創造有利條件，在硬質巖石揭露層厚地段勘察項目中具有廣泛的推廣與應用前景。
5 結 語
GXY-2BT 型地質勘探鉆機及雙層巖芯管取芯技術在青島地鐵 M1 號線“永年路站 ~ 興國路站”地段的巖土工程勘察項目中取得了良好的應用效果： 與 XY-1 型鉆機相比更適應勘察地段內硬質巖石揭露層厚的工程特點； 工效、巖芯采取率分別滿足工期與技術要求，在類似工程地質條件地段的勘察項目中具有廣泛的推廣與應用前景。在現場應用時，工程技術人員還應考慮其配套裝置較多、占用場地面積大、鉆機進出場需要起重設備配合等因素，在地面車輛與人員流動密集、各類管網和線路情況復雜的區域進行鉆探施工時應強化安全與文明施工管理，使其更好地為地鐵等大型建設項目的巖土工程勘察服務。（圖表略）
參考文獻
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