地鐵旁通道水平凍結(jié)鉆孔軌跡分析及應(yīng)用

1、76施工技術(shù)CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2009年6月第38卷增刊地鐵旁通道水平凍結(jié)鉆孔軌跡分析及應(yīng)用王勝利(北京中煤礦山工程有限公司,北京100013)摘要進(jìn)行了分析,給出了鉆孔終孔間距理論公式。運(yùn)用,為后期凍結(jié)期間凍結(jié)壁形成狀況分析提供了準(zhǔn)確依據(jù)。關(guān)鍵詞地鐵;旁通道;中圖分類號(hào)TU265.文章編號(hào)100228498(2009)S020076203AnacationofHorizontalGroundFreezingDrilling2holeTrajectoryinConstructionofMetroBypassWangShengli(BeijingChinaCoalMin

2、eEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100013,China)Abstract:Drilling2holetrajectoryisthekeyinfluencingfactorintheconstructionofmetrobypassbyhorizontalgroundfreezingmethod.Thehorizontalfreezing2holetrajectoryisdescribedsystematicallyinthispaper,andthetheoreticalformulafortheend2distanceofdrilling2holeisprovide

3、d.Excelisusedtocalculateparametersofdrilling2holetrajectory.Itprovidesaccuratebasisforanalyzingformationconditionsoffreezingwallduringfreezingconstruction.Keywords:metro;bypass;horizontalgroundfreezing;drilling2holetrajectory進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),為了緩解交通壓力,我國(guó)越來(lái)越多的城市開始進(jìn)行地鐵工程建設(shè),如上海、北京、天津、南京、沈陽(yáng)、杭州等。旁通道工程(兩個(gè)相鄰地鐵車站區(qū)間隧

4、道基本均設(shè)計(jì)有旁通道)是地鐵隧道工程的一個(gè)重要組成部分。當(dāng)?shù)罔F隧道所處地層為松軟含水地層時(shí)(如上海、杭州等),采用水平凍結(jié)施工旁通道是行之有效的方法,尤其在城市地下管線密布、地面交通繁華的施工條件下具有不可替代的優(yōu)越性。水平凍結(jié)法施工旁通道的工藝原理是首先在隧道內(nèi)旁通道結(jié)構(gòu)外圍施工近水平凍結(jié)孔,利用人工制冷技術(shù)進(jìn)行水平凍結(jié)法加固地層,使連接旁通道外圍土體凍結(jié),形成強(qiáng)度高、封閉性好的凍土帷幕,然后在凍土帷幕中采用礦山法進(jìn)行通道及集水井的開挖構(gòu)筑施工。水平凍結(jié)法施工旁通道的第1道工序是打鉆施工凍結(jié)孔(用水鉆法或者氣動(dòng)夯管法),然后對(duì)已施工的凍結(jié)孔進(jìn)行測(cè)斜,以便為凍結(jié)期間準(zhǔn)確計(jì)算分析凍結(jié)壁形成狀況提

5、供依據(jù)。當(dāng)凍結(jié)孔較淺時(shí)(深度小于30m),一般可采用經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜。人員進(jìn)行系統(tǒng)理論分析,鉆孔終孔間距主要通過(guò)在二維平面內(nèi)直接量測(cè)。本文擬根據(jù)地鐵旁通道水平凍結(jié)孔的特點(diǎn)從理論上對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行深入分析,實(shí)現(xiàn)水平凍結(jié)孔設(shè)計(jì)及成孔軌跡空間關(guān)系參數(shù)化,以對(duì)水平凍結(jié)孔設(shè)計(jì)及施工起到指導(dǎo)作用。1水平鉆孔水平與垂直偏角水平凍結(jié)孔偏斜是指凍結(jié)孔成孔軌跡偏離設(shè)計(jì)軌跡的情況,用偏距和偏角來(lái)表示。垂直偏角<可以用經(jīng)緯儀直接讀出數(shù)據(jù)。水平偏角測(cè)量計(jì)算原理如圖1所示,圖1中AC為水平凍結(jié)孔長(zhǎng)度,A為凍結(jié)管開孔位置,A為同一圓環(huán)管片對(duì)側(cè)相同的位置,根據(jù)相似三)可角形原理,利用經(jīng)緯儀正鏡和倒鏡(反向倒轉(zhuǎn)180

6、6;將C的水平偏距相似投影至管片上,即AB,則=arcsin(AB/AB),其中AB和AB距離值均可在隧道1內(nèi)直接測(cè)量。因此,凍結(jié)孔AC的終孔水平偏距可表示為ACsin。水平凍結(jié)測(cè)斜時(shí),先用測(cè)斜桿將燈光(手電筒)送至凍結(jié)孔孔底;然后將經(jīng)緯儀放置在專用支架或平臺(tái)收稿日期2008212209作者簡(jiǎn)介王勝利,北京中煤礦山工程有限公司工程師,北京市朝陽(yáng)區(qū)和平里青年溝路5號(hào)煤炭科學(xué)研究總院天地大廈412室100013,電話:(010)84263076,E2mail:bmcwsl鉆孔軌跡是影響水平凍結(jié)法施工地鐵旁通道工程的關(guān)鍵因素。鉆孔軌跡參數(shù)主要包括開孔位置、終孔位置、水平偏角、垂直角以及終孔間距等方面

7、內(nèi)容。然而到目前為止,對(duì)水平凍結(jié)孔的鉆孔軌跡還沒有相關(guān)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2009增刊王勝利:地鐵旁通道水平凍結(jié)鉆孔軌跡分析及應(yīng)用77上,調(diào)平并找燈光,用經(jīng)緯儀正鏡和倒鏡按照?qǐng)D1所示的方法進(jìn)行凍結(jié)孔偏距和偏角的測(cè)量和計(jì)算。距離(mm)。圖4是目前水平凍結(jié)法施工旁通道較普遍的設(shè)計(jì)布孔方式,分為拱頂(D1D3)、側(cè)墻(D4D9)和集水井(D10D18,其中D16D18在對(duì)面隧道)3個(gè)部位水平凍結(jié)孔。凍結(jié)孔終孔間距包括單排及相鄰排鉆孔終孔間距

8、。圖1水平凍結(jié)孔測(cè)斜2水平鉆孔終孔間距2.1建立坐標(biāo)系如圖2和圖3y,y、z軸符合右手定則。水平偏角以右偏為正(與z軸正方向一致),垂直角以上偏為正(與y軸正方向一致)。故隧道管片上任一水平凍結(jié)孔的開孔位置(x、y、z)可表示為:x=rcosy=rsinz=d(1)圖2三維坐標(biāo)系圖3二維坐標(biāo)系圖4水平凍結(jié)孔布置示意設(shè)任一水平凍結(jié)孔開孔坐標(biāo)(x0,y0,z0),則終孔位置(x1,y1,z1)可以用下式表示:+lcos<x1=rcos+lsin<y1=rsinz1=d+lsin);r為隧道管片內(nèi)徑式中:為凍結(jié)孔開孔角度(°(mm);為水平偏角(°);<為垂直偏

9、角(°);l為鉆孔(2)2.2鉆孔終孔間距地鐵隧道旁通道凍結(jié)孔設(shè)計(jì)和施工時(shí)涉及到的凍結(jié)孔終孔間距主要包含以下3個(gè)方面。1)一般而言,相鄰凍結(jié)孔終孔間距是指短鉆孔終點(diǎn)到長(zhǎng)鉆孔的垂直距離。2)對(duì)于當(dāng)鉆孔長(zhǎng)度超過(guò)設(shè)計(jì)凍結(jié)帷幕厚度時(shí)(如D1D3,D14與D15,D17與D18),相鄰排之間的凍結(jié)設(shè)計(jì)深度(mm);d為凍結(jié)孔開孔點(diǎn)到鋼管片中縫垂直孔終孔間距是指短鉆孔與凍結(jié)帷幕外邊緣交點(diǎn)到長(zhǎng)鉆© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 78施工技術(shù)2009增刊孔

10、的垂直距離。3)對(duì)于集水井周圍V形布置的凍結(jié)孔(如D9D13與D17D18相交叉布孔),D9D13相鄰排之間鉆孔孔深(mm)。因此,根據(jù)每個(gè)鉆孔的開以及終孔坐標(biāo),可由式(3)求得各相鄰鉆孔終孔間距。3工程應(yīng)用的凍結(jié)孔終孔間距是指短鉆孔與D17D18鉆孔交叉點(diǎn)到長(zhǎng)鉆孔的垂直距離。以上3個(gè)方面的終孔間距可參照?qǐng)D4b所標(biāo)示的鉆孔終孔距離。對(duì)于一般鉆孔而言,每一個(gè)鉆孔的實(shí)際軌跡可看成空間的一條直線,短鉆孔終孔到長(zhǎng)鉆孔的垂直距離可由三維空間點(diǎn)到直線的距離矢量求解的方法而得到。終孔點(diǎn)坐標(biāo)S1(xs1,ys1,zs1),L0(xl0,yl0,zl0),1(l1l,zl1)則S1點(diǎn)到L110L1L0L1222

11、上海市軌道交通M11線武威路站至祁連山路站區(qū)間隧道旁通道工程設(shè)計(jì)個(gè)凍結(jié)孔,9個(gè)測(cè)溫孔,利用自,利用開孔及終孔坐,如表1和表2所示,較,有力保障了水平凍結(jié)孔終孔間距均在設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi),為后期凍結(jié)期間凍結(jié)壁形成狀況的分析提供了準(zhǔn)確依據(jù)。4結(jié)語(yǔ)1)首次通過(guò)建立柱面坐標(biāo)系較系統(tǒng)地對(duì)水平凍結(jié)的距離D為:D=式中:L0L1=(3)(xl1-xl0)+(yl1-yl0)+(zl1-zl0),為長(zhǎng)表1部分鉆孔參數(shù)孔號(hào)D51D61D71D72D82D92隧道內(nèi)徑/凍結(jié)管長(zhǎng)/mm275027502750275027502750mm756468567000700071007522凍結(jié)孔開孔垂直偏角</水平

12、偏角/角度/(°)(°)(°)221233-6-166.312.360.01-0.80-4.16-9.222.051.591.04-0.831.140.16開孔坐標(biāo)/mml/mmx0y0z0x1終孔坐標(biāo)/mmy1z1-2900-2900-26502950295028602550269027462746273526431030572144144-287-758-2900-2900-2650295029502860100689540974697469816186285414546-803-2629-2710-25232849309110068-19632881表2部分鉆孔終孔間距相鄰孔孔號(hào)D51D61終孔間距/mm1043D61D71748D72D82888D82D921095價(jià)值和指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn):1煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所.礦井建設(shè)現(xiàn)代技術(shù)理論與孔鉆孔軌跡進(jìn)行理論分析,對(duì)影響鉆孔軌跡的開孔、水平與垂直偏角給出了量測(cè)和計(jì)算方法。2)首次對(duì)水平凍結(jié)孔鉆孔終孔間距進(jìn)行了分析,實(shí)踐M.北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.2郝世俊.定向鉆孔軌跡的模擬方法J.探礦工程:巖土鉆掘工程,2002,(6).3唐鴻云,徐會(huì)文,張勇.水平孔孔深和傾角的數(shù)學(xué)關(guān)系及鉆孔軌并給出了終孔間距的理論計(jì)