王維獻

(北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100048)

隨著城市發(fā)展，地鐵建設迅猛增長，多數(shù)地鐵要下穿城市中的河流、湖泊等地表水體。鉆探是巖土工程勘察的基礎工作，水域鉆探油桶筏作為此類地表水體的一種鉆探平臺被廣泛應用。本文對油桶筏鉆探平臺進行了介紹和總結(jié)，以供大家參考。

1 工程概況

北京地鐵6號線是一條貫穿中心城區(qū)東西方向的軌道交通大動脈，西起昆玉河西岸的五路站，東至東小營站，線路全長42.9 km。二期工程西起一期終點草房站，東至東小營站，長12.1 km，全部為地下線，線路下穿通惠河和北運河。

北運河是舉世聞名的京杭大運河上游段，海河流域的主要水系之一，地鐵在線路里程K38+200處下穿該河，此處河水流向為由西北向東南，河底高程15.43 m，水深3.0 m，流量500 m3/s，河底寬140 m，河面寬230 m。十年一遇設計洪水位19.26 m，五十年一遇設計洪水位22.03 m，一百年一遇設計洪水水位22.51 m，設計洪峰流量2030 m3/s。流量受季節(jié)影響較大，主要控制性工程是北關(guān)分洪樞紐。

地鐵下穿北運河水域共設計勘探孔8個，孔間距30 m，孔深36 m。此次水域鉆探采用油桶筏鉆探平臺，平臺由94個油桶搭建而成，滿足了T14－200型鉆機在水上施工的要求，平臺平穩(wěn)、移動靈活、搭建成本低，取得了較好的效果。

2 鉆探平臺的確定與設計

2．1 鉆探平臺的確定

水域勘察不同于陸地勘察，首先要根據(jù)場地環(huán)境條件選擇合適的鉆探平臺。適用于淺水水域的鉆探平臺有油桶筏、鉆探船、人工島、棧橋、桁架式構(gòu)架等，它們之間的最大區(qū)別在于對環(huán)境的適用性、搭建經(jīng)濟性和移動靈活性，油桶筏的應用最為廣泛。各類平臺的適用范圍及優(yōu)缺點比較見表1。

城市地鐵工程勘察水域鉆探具有多孔鉆探、移動頻繁、鉆機體積及質(zhì)量小等特點。油桶筏結(jié)構(gòu)簡單，容易搭建，不需要專業(yè)工人操作，移動靈活，可以重復使用;平臺材料容易獲得;平臺運輸容易，小貨車即可;平臺搭建成本低。根據(jù)以上分析，油桶筏是此類工程適用性較強的鉆探平臺。

2．2 鉆探平臺的參數(shù)設計

鉆探平臺的設計主要考慮平臺的運動和穩(wěn)定性。平臺工作中或錨定后，有6種運動，3種是直線運動，分別為前后進退的縱移、左右橫移、上下起伏升降;3種是搖轉(zhuǎn)運動，分別為左右搖晃的橫搖、前俯后仰的縱搖、左右轉(zhuǎn)動的搖動。水域環(huán)境引起油桶筏的這些運動，會隨著風速和流速變化的高低而加劇和減弱，即使是非常明朗的天氣，平臺運動仍然存在，因此，盡可能地增加平臺的穩(wěn)定性，減弱平臺運動是鉆探作業(yè)最基本的要求。鉆探作業(yè)的各種工序，應遵循平臺運動限制標準(見表2)，同時鉆探平臺設計必須全面考慮工作區(qū)域環(huán)境的復雜情況和人體所能承受的水平，才能保證作業(yè)的順利和安全。

表1 鉆探平臺比較

表2 平臺主要運動限制標準

油桶筏水域鉆探平臺設計時，宜驗算平臺所承受的水流阻力、水流沖擊力、風力以及鉆進時的振動力，必須驗算其豎向承載能力，平臺的豎向承載能力主要由油桶、方木和木板在水中所受的浮力提供，驗算公式如下:

式中:K——安全系數(shù)，K≥4.5;ρ——水的密度，取 1×103kg/m3;g——重力加速度，取 9.8 m/s2;n——綁扎的油桶總數(shù)，個;v1——單個油桶的體積，m3;v2——方木與木板的總體積，m3;m1——鉆探平臺的質(zhì)量，kg;m2——鉆機整套設備、工具的質(zhì)量，kg;m3——施工作業(yè)人員的質(zhì)量，kg。

北京地鐵6號線北運河水域工程勘察油桶筏鉆探平臺所采用單個油桶的體積為0.21 m3，所綁扎的油桶總數(shù)為94個，鉆探平臺的質(zhì)量為4252.2 kg(見表3)，鉆機整套設備、工具的質(zhì)量為1162.08 kg(見表4)，施工作業(yè)人員4人，其質(zhì)量取300 kg。結(jié)合上述公式和原理，進行本鉆探平臺豎向承載能力的驗算。

表3 鉆探平臺質(zhì)量組成分析

經(jīng)計算其安全系數(shù)K=4.56＞4.5，滿足油桶筏水域鉆探平臺豎向承載能力的要求，完全符合安全操作規(guī)程的規(guī)定。

2.3 鉆探平臺的結(jié)構(gòu)設計

經(jīng)計算，鉆探平臺縱向由16個油桶組成單縱排油桶和橫向6組油桶排綁扎固定搭建成長8 m、寬6 m、總面積為48 m2的油桶筏，符合鉆探場地的平面要求。油桶筏水域鉆探平臺的結(jié)構(gòu)見圖1，施工現(xiàn)場實物見圖2。

圖1 油桶筏水域鉆探平臺結(jié)構(gòu)圖

圖2 施工現(xiàn)場油桶筏水域鉆探平臺實物照片

3 鉆探平臺的搭建方案

3．1 搭建步驟

第一步:根據(jù)計算確定橫、縱向油桶數(shù)量，準備物資、材料。認真檢查油桶有無漏水現(xiàn)象，確保油桶下水后不滲漏，組裝時油桶口應朝上。

第二步:固定單縱排油桶，然后入水。將16個油桶用8號鐵絲擰在兩根10 cm×10 cm方木上，鐵絲要擰緊，方木位于油桶下方，間距0.6 m，形成單縱排油桶。共組建6組單縱排油桶，其中第3組和第4組在第6個油桶的位置留出1個油桶的空檔，此處作為預留鉆探口位置。將6組綁扎好的油桶放入水中，用繩索固定，以防被水沖走。

第三步:水中組合縱排油桶組。在水中排列固定好的單縱排油桶組，中間兩排為第6個油桶空缺的油桶組，然后綁扎固定在四周5 cm的固定鋼管上，鋼管間用扣件連接，鋼管與方木間用8號鐵絲綁扎。

第四步:綁扎上層方木。為增加平臺的牢固性和整體剛性，保證安全，在油桶上方橫向綁扎9根10 cm×10 cm的方木，并在鉆機作業(yè)區(qū)域適當加密方木。用8號鐵絲將上層方木、油桶下方的縱向方木和固定鋼管綁扎在一起，對鉆探平臺進一步加固。

第五步:鋪設上層木板。為保證作業(yè)面的平整和鉆探人員的安全，在上層方木上面鋪設10 cm厚的木板。接口交錯對接，用鐵釘與上層方木固定。

第六步:設置護欄及防護網(wǎng)。為保證鉆探安全，在平臺上部應設置護欄及防護網(wǎng)，護欄立柱間距≯2 m，上層橫桿的高度＞1.2 m，護欄與平臺應固定結(jié)實、牢靠，并在護欄的外側(cè)掛防護網(wǎng)。

3．2 安裝鉆機、擺放鉆具

選用T14－200型鉆機，搭建平臺后，進行安裝鉆機、擺放鉆具工作，首先讓油桶筏靠近岸邊，把鉆機拖拽至平臺上，將鉆機底梁與平臺的橫梁連接在一起，鉆機立軸應安裝在筏面中心處。鉆機安裝應做到牢固結(jié)實，不能晃動、移位。

鉆具及原位測試設備應均勻地擺放在平臺上，保持平臺承重均衡，救生衣放在方便易取之處。為保護環(huán)境及鉆孔護壁，泥漿池應采用泥漿循環(huán)槽，并放在靠近鉆孔的位置。

3．3 定位測量

采用GPS進行鉆孔的定位測量，由于水域鉆探孔位受水流的流動性及油桶筏定位的復雜性等因素的影響，一般測定一個，施工一個。陸上和油桶筏上的工作人員通過對講機溝通，然后調(diào)整油桶筏前后左右的纜繩，使鉆機的立軸對正鉆孔中心，接著下套管固定，并將套管砸入淤泥。水面標高的變化會導致套管口與平臺平面的相對高度隨之發(fā)生變化，因此孔口標高要經(jīng)常地進行校正。

3．4 錨泊定位

3．5 制作運輸筏

運輸筏同樣采用油桶搭建。將3個油桶用8號鐵絲擰在兩根10 cm×10 cm方木上，形成單縱排油桶，共組建3組單縱排油桶。在水中排列好單縱排油桶組，然后綁扎固定在四周5 cm的固定鋼管上，接著在運輸筏四周設置護欄和防護網(wǎng)。運輸筏通過纜繩與岸邊的樹或地錨相連，拖拽纜繩形成運輸筏的動力。運輸筏只能運輸鉆探相關(guān)人員、工具和樣品等較輕的物品。筏上人員應穿救生衣，并配備救生圈及救生繩。

4 安全保障措施

(1)施工前必須向河湖管理部門提出申請，說明施工占用河道的區(qū)域，施工周期，施工方案，安全措施等，按照要求辦理各種相關(guān)手續(xù)后才能開始作業(yè)。

(2)工作開始前，對作業(yè)人員進行安全教育，特別是水上安全知識及安全操作規(guī)程的教育，并簽訂安全生產(chǎn)協(xié)議。

(3)針對水域周邊環(huán)境條件，編寫行之有效的水域鉆探安全應急預案。

(4)測量水深與觀察急流的方向，在地形上先觀察較大面積的水深和急流方向，然后仔細核對，確定鉆孔區(qū)域內(nèi)是否有深坑或急流沖擊的地方;用浮標法測定水流的流速，同時了解歷年洪水情況，以便采取預防措施。

(5)與河道管理部門溝通，發(fā)布安全通航公告，在平臺上懸掛紅旗，晚上配備照明、警示燈標識。

(6)作業(yè)人員必須穿救生衣，平臺上應配備足夠的救生衣、救生圈、救生繩、通訊設備、滅火器等器材。

(7)不得強力起吊鉆具，不得將千斤頂直接放在平臺上處理鉆探事故。

(8)隨時檢查垂直錨撐、斜錨撐鋼管及纜繩的松緊情況，并根據(jù)水位的漲落調(diào)整其長度。

(9)隨時收聽天氣預報，監(jiān)測河流水位情況。遇到大雨、大風、大霧和發(fā)現(xiàn)水位變化幅度較大時，應迅速撤離，暫停工作。停鉆后，應監(jiān)測水情，及時清除套管上雜物。

(10)筏面應保持平整、平衡，不得留有縫隙和漏洞，不常用的器具和裝滿的巖心箱要及時搬運上岸。鉆具和測試設備應擺放整齊，用后歸位，禁止亂扔亂放。筏面四周應設置護欄和防護網(wǎng)，并懸掛警示彩旗。

(11)水域鉆探影響因素較多，應嚴格鉆探操作規(guī)程，斷開離合器后才能啟動動力機，不得強力起吊、提升鉆具。需將套管的絲扣全部擰緊，最上面一節(jié)的絲扣要裝上護圈，防止河水進入套管。必要時應采取措施，防止鉆孔受水流的影響而導致套管傾斜。嚴格控制回次進尺，保證鉆探質(zhì)量和巖心采取率。

5 結(jié)語

在我國內(nèi)陸、沿海地區(qū)，鐵路、公路、管道、城市地鐵、城市道路、隧道等線性工程建設中一般都需要進行跨越地表水體的巖土工程勘察工作。油桶筏水域鉆探平臺以其獨特的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、靈活性值得被廣泛地推廣應用于此類工程，水域鉆探影響因素較多，并應結(jié)合實際情況，從平臺設計、平臺搭建、安全保障措施等方面靈活應用。

［1］ 劉廣志，湯鳳林．特種鉆探工藝學［M］．上海:上?？茖W技術(shù)出版社，2005．

［2］ 王光輝，陳必超．淺水海域工程勘察鉆探方法和技術(shù)措施［J］．探礦工程，2003，(4):9 －11．

［3］ 周必清．水上鉆探的經(jīng)驗［J］．探礦工程，1958，(11):7 －8．

［4］ 高建波．淺談水上地質(zhì)鉆探方法選擇與應用［J］．鐵道勘察，2012，38(4):51 －54．

［5］ 邵景林，祁建忠，高杰．西氣東輸管道通過長江工程地質(zhì)勘察水上鉆探工藝合理性分析［J］．工程勘察，2002，(2):54 －56．

［6］ 任良治．汛期江上工程鉆探施工實踐［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(9):58 －60．

［7］ TB 10014—2012，鐵路工程地質(zhì)鉆探規(guī)程［S］．

［8］ JGJ/T 87—2012，建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程［S］．