 定向钻探 Directional drilling technologys 应用背景 川藏铁路雅安至林芝段新建正线长度约1 011 km，新建车站24座（不含雅安站、林芝站），分布隧道72座长约838 km，占线路长度约83%；桥梁87座长约114 km，占线路长度约11%；路基长约59 km，占线路长度约6% 受强烈的新构造运动影响，高地应力大变形及岩爆、活动断裂及高烈度地震、高地温及高温热水等隧道工程地质问题极为突出，超长深埋极复杂隧道勘察是全线工程勘察的重点和难点，而地质钻探又是制约川藏铁路地质勘察的瓶颈。深孔勘探采用超深定向钻探技术能够克服地形困难，弥补陡倾岩层竖向钻探技术的缺点，能够直接模拟隧道施工阶段洞身前沿隧道地质情况，改变过去垂直“点”勘察为“线”勘察，提高勘察效率，为隧道勘察设计施工提出合理建议。 钻探装备与器具 钻机必须具备足够的动力，以处理在钻进断层、软弱夹层、破碎带、节理发育层可能出现的垮孔、卡钻和抱钻等孔内事故。
钻具、仪器等应能够在钻杆内被水力输送。基本原理是：输入高压泥浆，由于密封部件的作用，泥浆无法与井下泥浆液连通，则在泥浆泵的作用下，被输送的钻具的上端形成高压腔，下端相对是个低压腔，形成一定的压差，在压力的作用下输送固定机构被送到孔底。 钻探技术与工艺 钻孔防斜与测斜工艺 为防止钻孔偏斜，主要采用以下技术：1）固定钻机，把好开孔关。2）加长粗径钻具，以刚保直。3）减小环空间隙，以满保直。4）换径导向钻具防斜。5）合适的钻进参数。6）采用大直径钻杆防斜，钻杆直径越大，刚性好，防斜效果越好。7）取心钻头选用高胎体、胎体硬度低的钻头。8）必须保证孔内钻具的刚度和垂直度，不得将弯曲的钻具下入孔内。9）在500 m 以上的位置，每50 m 测斜一次，并将结果记录在班报表上。 涌水封隔导流工艺 为解决涌水问题，主要采用以下技术：1）水泥固井工艺。2）套管封隔工艺。3）优化钻头尺寸，减小钻杆与孔壁间的环空间隙，保持孔壁相对稳定。4）根据钻头与地层适应性分析，优选金刚石钻头。5）优选高压泵，平衡孔内涌水压力。6）孔口分离导流 超长绳索取心定向勘探模式 根据高原高寒高山峡谷地区铁路的地形地貌、地质构造、地层岩性产状，查明隧道洞身情况和地质勘察目的，开展超长水平定向钻探、斜向定向钻探和仰斜定向钻探3种勘探模式研究，构建高山峡谷地区隧道勘察设计特殊地质因子，获取地质新模型。 超长水平定向钻探 针对铁路隧道洞口山坡陡峭，钻机难以搬迁到山顶；或临近环境敏感区，不允许进入钻探施工，且洞口地质构造复杂，岩层产状陡倾的情况，为查明洞口复杂地质构造情况，可采用超深水平定向钻探。 超长斜向定向钻探 当隧道埋深较深，山高坡陡，钻机无法到达隧道顶部，竖向钻探难以实施，或洞身地质构造复杂，岩层产状陡倾，为查明洞身复杂地质构造情况，可在半山腰上开挖平台，采用下斜向定向钻探，揭穿隧道洞身地质结构。 超长仰斜定向钻探 当隧道洞口地势陡峭，钻机无法到达隧道洞口；洞口地质构造复杂，岩层较陡，产状反倾时，可采用上仰斜定向钻探，揭露隧道洞身情况。 示范工程 2019年1月17日，川藏铁路第1 个全孔取心水平孔在康定2 号隧道完成，终孔深度230.21 m； 2019年6月12日，郭达山隧道进口水平孔取得突破，全孔取心钻进深度达到637.65 m，终孔直径75 mm；
超深水平定向孔孔深刷新记录进展 2020 年1月4日，迎金山一号隧道全孔取心水平孔又取得新的突破，深度达到903.28 m，终孔直径75 mm； 2020 年8月25日，中国铁路史上第1 个全孔取心上仰孔在宝灵山隧道诞生，孔深335.7m； 2020年8月27日，在格聂山隧道进口诞生全孔取心水平孔深度新纪录，达到1616.8 m，终孔直径75 mm，月进尺高达735 m； 2020年12月1日，在卡子拉山一号隧道完成水平孔达1212m，终孔直径75 mm，月进尺350 m； 2021年4月28日，采用超长绳索取心定向钻探技术与工艺，在川藏铁路孜拉山隧道出口TBM 施工段完成了中国铁路史上最深的全孔取心水平孔的钻探，孔深达到1888.88 m，终孔直径78 mm，月进尺约120 m。 |
|
|
