覃钟钦 韦思 容洪流 梁军林

摘要：文章基于C6XP-2多功能钻机在施工现场的钻进情况（掌子面岩体情况以及钻进过程中的排碴排水的情况等），结合施工现场所获取的钻进参数（主要为旋转速度、钻进速度、推进压力及扭矩等），分析了C6XP-2多功能钻机的使用性能、判断依据及其判别注意事项，为隧道施工以及风险评估提供依据。

关键词：隧道;超前钻探;C6XP多功能钻机

0 引言

近年来，国内GDP稳步增长，基础设施也正在趋于完善，特别是交通运输体系的不断发展完善，给人们带来了很多交通便利。公路隧道以其独有的构造特性（克服地形高差阻碍、缩短里程），大大缩短了人们出行的时间，是交通运输中的重要一环，具有其他工程无法比拟的优势。随着公路隧道建设增多，近年涌现出许多问题，主要有软岩大变形、支护结构安全性和耐久性、渗流溶蚀和大变形、二次衬砌开裂以及突水突泥等问题[1]。

类似这些问题，可以通过超前地质预报进行风险评估，从而降低事故的发生率，提高施工安全性，减少工程造价[2-7]。超前钻探是超前地质预报中的一种非常直观、准确的手段。C6XP-2多功能钻机作为超前钻探中常用的一种钻机，以其方便快捷、简单易懂的优势，成为目前國内外预防隧道质量安全风险的主要手段之一。

本文从超前钻探入手，结合隧道施工钻探实例，介绍C6XP-2使用性能、参数判别方法及其判别注意事项。

1 C6XP-2多功能钻机

C6XP-2多功能钻机是意大利卡萨格兰地生产的一款多功能钻机，目前国内主要用于隧道施工超前钻探，是隧道风险评估中常用的仪器之一，同时还可以用于隧道止水注浆、松散体注浆固结、隧道管棚施工等。C6XP-2多功能钻机技术规格见下页表1。

2 C6XP多功能钻机的使用性能

2.1 钻进方式

C6XP多功能钻机具有六种不同的钻进方式以适应不同围岩类型隧道的使用，如图1所示。

（1）短螺旋回转钻进（适用于黏土层）;

（2）回旋冲洗钻孔（适用于地层相对稳定的土层中夹带小碎石）;

（3）液动锤回旋冲击钻孔（适用于地质状况相对稳定的鹅卵石地层）;

（4）顶驱液动锤钻孔（适用于地质状况复杂，需覆盖层带套管跟进达到护壁效果）;

（5）潜孔锤回转冲击钻孔（适用于岩层）;

（6）双动力钻进回转-回转、回转-潜孔锤、回转-回转冲（适合钻孔精度要求较高的各种岩层）。

2.2 钻进参数判断原则

2.2.1 电子信号判断基本原则

（1）钻机所获取的所有参数都是相对掌子面岩体情况而言，分析时要对比掌子面情况;

（2）具体地层情况还需结合现场记录情况（排渣、排水等），再做出最后判定;

（3）自动钻进下所得出的数据才有参考意义;

（4）分析钻进参数时，可以优先考虑钻进速度，依次往后为扭矩、推进力及旋转速度等。具体分析实例见表2。

2.2.2 基本情况判别

综合以往钻进过程中所出现的情况，给出以下几种常见的基本的钻进情况：

（1）换杆：钻进速度与扭矩变化点相同，推进力和旋转速度几乎没有变化，且钻进速度、扭矩和推进力除变化点外幅度变化一致，有可能是换钻杆时回抽所导致的变化。

（2）溶洞：钻进速度突然增加，扭矩、旋转速度及推进力突然变为零，初步判断为溶洞区，可增加钻孔来确认溶洞的规模。

（3）岩层完整：钻进速度、扭矩推进力及旋转速度平稳变化，初步判定为完整的岩层，结合勘察资料进行下一步判别。

（4）松软层：钻进速度突然下降、扭矩增加、推进力减少，同时现场排碴困难、返水有颜色，初步判定为松软层，结合排碴情况确定岩体特性。

（5）岩层变硬：钻进速度减小，扭矩基本不变，推进力不变或增大，旋转速度基本不变，初步判定为钻进面岩层硬度增加，可以结合排碴情况进一步判定。

（6）小空腔、裂隙（张开）或薄夹层：钻进速度突然增加后回落，扭矩和旋转速度下降，推进力突然减小，结合实际地层，若地层风化程度较高则为含泥夹层的可能性较大，弱围岩溶发育地层则空腔的可能性较大。

（7）破碎岩层：钻进速度跳动频繁但波峰波谷较为接近，扭矩略有增大，推进力不变，初步判定为破碎岩层，可以根据波峰波谷变化的频率来判断岩层的破碎程度，同时结合钻进过程中给水返水情况判定，若返水减少则为破碎岩层可能性较大。

（8）塌孔：钻进速度减小且跳动频繁，扭矩增加且跳动频繁，推进力不变，若该岩层硬度变化不大，钻孔排碴比较困难则塌孔的可能性较大。

2.2.3 现场情况

结合以往的情况，给出几种基本钻进问题情况下的现场情况，见表2。

3 实例分析

项目依托广西都巴高速公路弄莫隧道左洞ZK362+593段，采用回旋冲洗钻孔方式进行钻探。

3.1 测线布置

根据现场施工情况，在弄莫隧道左洞ZK362+593段仰拱底部布置1个探孔，钻孔深度为21.0m。

3.2 数据处理

所得到的探测数据采用LT3系统处理软件进行处理，将所得数据绘成曲线参数如图2所示，可以初步直观了解岩体变化状况。截取局部参数波动明显段（0～16m），结合掌子面实际情况以及排碴返水情况，进一步分析。

由图2可以看出在钻进深度为0.3～3.5m时，钻孔底部钻杆钻进速度较慢，钻杆跳动较大，噪音明显增强，根据排碴情况可知，符合基本情况（5），同理还有深度为10.5～11.3m段，判定为硬质基岩;当钻进深度为4.2～8.5m时，钻进速度跳动频繁但波峰波谷较为接近，扭矩略有增大，推进力不变，钻进过程钻杆出现间歇性跳动，根据排碴情况判定该段孤石较多，且返水减少，符合基本情况（7），故该段应为破碎岩层;当钻进深度为8.5～10m时，钻进速度、扭矩推进力及旋转速度平稳变化，符合基本情况（3），初步判定为完整的岩层，结合勘察资料进行下一步判别，同理还有深度为11.5～12.5m、13～15m段;特别注意的是当钻进深度为15m时，钻进速度明显增大，推进压力有所减小，扭矩未变化，结合现场排碴情况，由于当地地层风化程度较高，符合基本情况（6），故初步判定该段为夹泥空腔。可以增加钻孔数，进一步判断。

综上所述，分析钻进参数时，可以根据基本情况进行判别，同时还需要结合现场掌子面的岩体情况、排碴排水情况等进行综合分析。

4 结语

可以看出，C6XP-2钻机在超前钻探中所获得的钻进参数简单易懂，可以直接分析参数曲线变化规律与岩体之间的关联性，为隧道下一步开挖施工方案的制定以及风险评估提供建议。

参考文献：

[1]《中国公路学报》编辑部.中国隧道工程学术研究综述·2015[J].中国公路学报，2015，28（5）：1-65.

[2]曾晓勤，张 啸，李辉忠.超前钻探法在瓦斯隧道施工中的应用[J].西部交通科技，2012（3）：57-60.

[3]赵永贵，刘 浩，孙 宇，等.隧道地质超前预报研究进展[J].地球物理学进展，2003（3）：460-464.

[4]许振浩，李术才，李利平，等.基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估[J].岩土力学，2011，32（6）：1757-1766.

[5]张庆松，李术才，孙克国，等.公路隧道超前地质预报应用现状与技术分析[J].地下空间与工程学报，2008（4）：766-771.

[6]刘新荣，刘永权，杨忠平，等.基于地质雷达的隧道综合超前预报技术[J].岩土工程学报，2015，37（S2）：51-56.

[7]李术才，刘 斌，孙怀凤，等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报，2014，33（6）：1090-1113.