在過(guò)去的十幾年中,人們經(jīng)常使用一種獲得驗(yàn)證的錨固鉆進(jìn)技術(shù)來(lái)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(jìn)的方法來(lái)安裝長(zhǎng)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(jìn)技術(shù)(HDD),這種方法可以精確地監(jiān)測(cè)鉆孔的方向,因而可以精確地沿著計(jì)算的長(zhǎng)錨桿鉆孔軌跡進(jìn)行施工。

過(guò)去十幾年一直使用一種可靠的鉆進(jìn)技術(shù)來(lái)安裝臨時(shí)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(jìn)方法將它安裝在巖石中。鉆進(jìn)軌跡一般是直線的,通常比較短,每個(gè)錨孔的位置是預(yù)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(zhǎng)錨桿來(lái)加固。

本文將介紹在這種條件下,可以用來(lái)安裝這些長(zhǎng)錨桿的一種新的水平定向鉆機(jī)方法。

1 加固堤防的錨桿

為了防洪,通常使用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)來(lái)加固交通設(shè)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(shè)置兩塊大的支撐面板,中間用長(zhǎng)錨索連接(圖1)。這是一種正確的方法,尤其是當(dāng)在剩余的時(shí)間內(nèi),不能在堤壩防洪的一面全面布置防洪袋時(shí)。鉆穿堤壩后,可以在堤壩兩面很快地設(shè)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(qiáng)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(shí),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(hù)面不可能有水滲入堤壩。

當(dāng)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(dāng)這些通道交叉時(shí)。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(shí)間的推移而崩塌或垮塌。

這里,通過(guò)大壩進(jìn)行水平定向鉆進(jìn)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(shí)的邊坡加固尤為重要。用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)從預(yù)定的地點(diǎn)鉆入大壩,并且可以對(duì)整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,必要時(shí)還可以進(jìn)行修正。結(jié)果,可以按照預(yù)先的精確設(shè)計(jì),獲得并保持精確的力傳遞加固設(shè)計(jì)。

這個(gè)例子說(shuō)明的是具有幾條軌道的鐵路路基臨時(shí)加固方法。路基的一側(cè)用臨時(shí)的鋼板樁墻加固,以便進(jìn)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(shè)置在路基的另一側(cè),面板和鋼板樁之間用長(zhǎng)錨桿連接。路基的整個(gè)寬度要用幾層加固。

圖2 用長(zhǎng)錨桿加固鐵路

上面一層的加固孔使用 Grundodrill 10X鉆機(jī)鉆進(jìn),而 Grundodrill 20S鉆機(jī)則用于鉆進(jìn)最底的一層錨固孔。這兩臺(tái)鉆機(jī)保證錨固孔在復(fù)雜的回填材料和天然地層沿著預(yù)定的軌跡鉆進(jìn)。

加固的路基斷面寬30m,用四層長(zhǎng)錨桿加固。路基的另一側(cè)設(shè)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(gè)加固過(guò)程沒(méi)有受到影響。只是在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)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(cè)鐵路系統(tǒng)是為了保證導(dǎo)向鉆機(jī)鉆頭的軌跡,使鉆孔能夠盡快地通過(guò)路基。導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)選在交通量小的時(shí)候,而將鋼錨桿回拖入錨固孔則不需要考慮火車時(shí)刻表。

圖3 加固大壩的錨固板

只有在最底層的錨桿施工時(shí)出現(xiàn)了一點(diǎn)問(wèn)題。由于要穿過(guò)礫石層施工,因此鉆進(jìn)出現(xiàn)了困難。通過(guò)修正鉆孔方向而繞過(guò)了0.5m長(zhǎng)的粗卵石。在部分路段,當(dāng)鉆頭碰到非膠結(jié)的巖石時(shí),就不能完成鉆孔作業(yè)。

這時(shí),路基就必須采用一種完全不同的施工方法來(lái)加固(圖4)。

圖4 用錨桿加固基坑

2 巖石破碎帶附近的長(zhǎng)錨桿

在某些地區(qū),巖石具有許多長(zhǎng)的裂縫。在一個(gè)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(zhǎng)度來(lái)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(jìn)的錨固技術(shù)可以阻止由于風(fēng)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(zhǎng)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(zhǎng)度(圖5)。

圖5 加固上部不穩(wěn)定的巖體

3 深入基巖的長(zhǎng)錨桿

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

如果這種邊坡發(fā)生松動(dòng),則對(duì)交通要道或河流是危險(xiǎn)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(zhǎng)度超過(guò)100m的錨桿來(lái)阻止巖石發(fā)生松動(dòng)。

使用水平定向鉆機(jī)技術(shù)安裝這類錨桿具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):在鉆進(jìn)時(shí)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(jìn)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(jìn)技術(shù)還可以通過(guò)轉(zhuǎn)向而繞過(guò)不沒(méi)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(jiān)固和穩(wěn)定巖石中安裝錨桿。

4 小坡度的長(zhǎng)錨桿

具有相對(duì)比較平坦曲線軌跡的長(zhǎng)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(gè)永久的應(yīng)變保護(hù),防止任何可能的釋放效應(yīng)。水平定向鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是不僅能在整個(gè)錨桿軌跡控制鉆進(jìn)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(dāng)位置,以達(dá)到最優(yōu)的巖石加固效果。在這些工程中,長(zhǎng)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(jìn)以前的巖石加固效果。

5 加固建筑物的長(zhǎng)錨桿

在山區(qū)中,進(jìn)行橋樁、拱壩、橋臺(tái)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(dāng)時(shí)的錨固技術(shù)不如現(xiàn)在好的條件下施工的。隨著時(shí)間的推移,工程位移測(cè)量表明,這些加固并不是始終與開始所期望或計(jì)算的那樣好?，F(xiàn)在,水平定向鉆進(jìn)提供了一種用長(zhǎng)錨桿來(lái)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(shí),即使是在基礎(chǔ)施工之前,則可以在巖體內(nèi)施工長(zhǎng)的、經(jīng)過(guò)精確計(jì)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(duì)那些需要從山坡、山底、山溝或巖洞安裝長(zhǎng)錨桿,或者需要精確地鉆進(jìn)錨固孔軌跡或坡度的工程,可以采用水平定向鉆機(jī)來(lái)安轉(zhuǎn)長(zhǎng)錨桿。

水平定向鉆進(jìn)的特殊優(yōu)點(diǎn)在于可以連續(xù)的監(jiān)測(cè)和控制鉆進(jìn)軌跡,因此可以獲得更為精確的錨固孔。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)也可用于較大長(zhǎng)度的錨固孔施工,并且可以按照預(yù)先計(jì)算好的曲線型錨固孔軌跡施工。對(duì)短的、直的錨固孔可以采用傳統(tǒng)的錨固加固方法進(jìn)行施工,而對(duì)長(zhǎng)的、復(fù)雜的、位置和方向要求嚴(yán)格的錨固孔采用水平定向鉆機(jī)技術(shù)施工則更為容易。

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