论地质钻探技术在海水域工程的方法措施

周小纯

[摘要]文章结合工程实例，介绍了海域勘察项目钻探施工的工艺技术以及一些技术难题的解决办法，并总结出一套较实用、经济和安全的海上钻探方法和技术措施。

[关键词]海域 工程地质勘察 钻探船 潮差 定位 技术措施

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-464-2

随着城市建设的快速发展，港口、码头、跨海大桥等建设项目逐渐增多，相应的海上工程勘察项目也日益增多。通过海域钻探实践，在总结经验教训的基础，摸索出一套较为实用、经济和安全的海上钻探方法和技术措施，取得了一定的经济和社会效益。现介绍如下，以供借鉴。

1施工前准备工作

海域勘察成本高、风险大，应根据工程勘察的目的和技术要求，做好前期的准备工作：将施工作业位置、作业时间、施工船只和人员名单等上报当地航运监督部门，申请办理海域施工许可证，并在当地报纸发布相关通知；收集资料，了解海况，尽量避开台风季节和雨季施工；抽调精干人员、利用良好的设备组建项目部，制定经济安全的技术措施和施工组织计划。

2设备及钻探船的选择与安装

根据海上钻探的施工经验，钻机应有足够动力和较小自重，一般选择XY- 1A 型液压岩心钻机，最大钻孔深度100m，能满足浅海水域钻探要求。一般勘察单位不具备投资专业钻探船的能力，临时租赁费用也高，主要采用民用运输船进行简单改造。钻探船的吨位需根

据水文情况、孔深及设备等确定，一般为60～120t。另据经验，采用单船比双船并联搭建平台具有成本低、拆装简单、移动灵活、安全方便等特点。安装时，先在船舱内压载，均匀装载石块或砂袋等，直至船舷和水面距离约1.0m，以增加船的稳定性。平台安装在船舷比船尾具有作业面宽、操作方便、锚固容易等特点，安装时采用砂袋对边压载，工字钢向外延伸，钻机面向海。用2～3 根钢丝绳将钻塔上部与船舷处拉紧固定，以增加钻机的稳定性和安全性，并在立轴前方留一小凹口，上铺活动垫板，以便钻探船离、进位时套管能顺利进出。一般锚按5 只布置，水流平稳时主锚一只，前锚两只，后锚两只；在急流中船头再加一只主锚，两侧如有风浪冲击则加边锚。锚绳为Φ12.5～16mm 的钢丝绳，抛在水中长度不宜小于水深的6～8倍。抛锚时应注意船中心线方向要与水流方向一致，且在船首向主流（或主要风浪）方向抛主锚。

3钻探船抛锚定位

因受海况影响，钻探船抛锚定位时应尽量选在涨潮或落潮的平水期，此时水流速度最小，抛锚定位较容易，花费时间短，能保证套管打入水下的垂直度及钻探质量。钻孔定位可根据其离岸的远近分别采用全站仪放点和GPS 定位。当距离海岸≤3km 时，在岸边控制点架设全站仪，测工持棱镜及浮标乘交通船缓慢行驶至欲测孔处，测出大概位置，其误差范围控制在10～20m，将浮标投入水中。将钻探船开至浮标附近，将主锚和前锚抛定，收紧锚绳逐渐向浮标靠拢，然后将后锚和边锚抛定。再将棱镜置于立轴处，通过多次测量和调整锚绳长度，使钻机精确对位。我们在勘察泉州湾跨海大桥时，由于离岸近且风浪较小，故采用尼康DTM- 352C 全站仪进行放点。当距离海岸> 3km时，采用动态GPS 法测定孔位。在岸上控制点安置一台GPS 差分定位仪，在交通船上安置GPS 导航仪测孔位。同上法抛浮标和钻探船就位，再将导航仪置于立轴处指挥钻机精确对位。

4钻探工艺技术的综合运用

在实践中，我们通过对现有工艺进行潜力挖掘和突破常规的综合运用，保证了勘察工作的顺利进行。

4.1减少潮差影响的措施

（1）建立潮汐水位观测站，派专人观测记录海水位，使用对讲机或无线电话在起、下钻时即时通报水位，以便准确计算，消除潮差对层位判断的影响。

（2）鉆探船定位后，首先下保护套管。下保护套管目的是导向定位，将其打入淤泥层底部使其固定。在水深流速大处下套管，管柱被冲弯或其下部被水流冲向下流而偏离孔位，可采用保护绳把管柱下部拉住，使其垂直，保护绳采用Φ10mm 左右的钢丝绳，一端拴管柱中下部，另一端固定在船上绞车，在船头固定一滑轮变向，从上游拉住套管。

（3）套管接近孔口处应用0.2～1.2m的短管连接，便于因水位涨落随时接卸，减少潮差对施工时间的限制，同时减轻工人劳动强度。保持套管口高于机台面0.2～0.4m。

4.2多层套管跟管钻进

海底多为第四系海相沉积物所覆盖，钻探过程中钻孔易坍塌，直接影响施工进度及质量，应多层套管跟管钻进，多套管级配为Φ146、127、108mm（保护套管为Φ168mm）。其中用Φ130mm口径开孔，Φ146mm套管跟管施工至卵砾石层面；用Φ110mm钻具Φ127mm套管跟管施工至穿过卵砾石层；Φ108mm 管为备用管，在Φ127mm管无法跟管的情况下用设计允许的最小口径（Φ91mm）钻具钻进，使之跟管施工至稳定层面。多套管设置分担单层管的管壁阻力，使跟管、拔管能顺利进行。

4.3多种取心工艺的综合应用

海底多为第四系海相沉积物所覆盖，根据其性质采用不同的钻进方法，才能做到地层界限准确清楚，孔内清洁，取样不用清孔，土样不受扰动等。

（1）软弱土层如淤泥、流—软塑性土、淤泥质砂土等，含水份多，软而塑性强，易被扰动。钻进时应采用薄壁取土器，用立轴液压压入，回次进尺控制在0.5～1.0m；套管能自动跟进，但要控制其超前量，以免影响取原状土样。

（2）砂层采用活页、半活页钻头取心，其取心率能够达到75%以上。

（3）卵砾石层：有一定粘结性，用小一级钻具先钻进3～5m，再下套管，反复进行；在松散地层，先将套管打下2～3m，再用小两级的钻具进行掏心，掏空再插管。应用带喇叭形钢丝钻头或半活页钻头的普通岩心管，其取心率能够达到75%以上。

（4）可塑—硬塑粘性土、全风化层采用上下对开长槽的岩心管，45°内喇叭钻头锤击钻进取心，其取心率能够保证达到90%以上。

（5）强、弱风化层采用干钻或投卡取心，其取心率能够达到85%以上。

（6）微风化层采用投卡取心，其取心率能够达到90%以上。

5安全措施

（1）钻探船应设有施工作业标志的旗帜及信号灯，锚头上应拴捞绳，捞绳长度大于水深1～2m，其尾部拴系浮筒、旗帜或信号灯，避免往来船只靠近作业区拖断锚绳。

（2）船上备有救生圈和救生船，作业人员必须穿救生衣，船舷处焊上铁围栏，夜间配备发电机照明，防止作业人员不慎落水。

（3）随时检查锚绳及保护绳的松紧情况，并根据水位的涨落及时调整其长度，放置钻具要随时考虑到钻探船的平衡，勿使偏重。

（4）密切关注气象、水文预报，委派专人按时收听天气预报，遇暴风雨船只摆动剧烈时，应迅速停钻并提出孔内钻具，移开活动垫板将套管撤出，钻探船开回避风港湾。

6工程实例

在泉州湾跨海大桥勘察中，泉州湾属亚热带海洋季风气候，雨季多集中5～9 月，降雨量为1200～1300mm，台风多集中7～9 月，潮汐属规则半日潮流。根据当地资料，桥位区潮汐的平均潮差为 5.55m。从2010 年5 月27日水上钻探开始，2010年8月5日结束，共投入 12 个钻探施工平台，自备动力，6只交通船，人员安排分工明确，各负其责，相互配合，保证了施工的顺利进行。共完成钻孔83 个，孔深14.5～23.5m，钻探总进尺3123m，岩芯采取率在坚硬完整的岩层中大于85%，在强风化、 破碎的岩层中大于 65%。黏性土地层不小于 85%，砂类土地层不小于 65%。质量完全满足勘察要求。

7结语

实践证明，按上述方法和技术措施在浅海水域进行钻探，操作简便，安全高效，既能节省租船费用，又能提高钻探精度。这是借鉴前人的经验和教训，对现有设备、工艺进行大胆改装和综合利用的有效尝试，对类似的工程具有一定的指導意义。

参考文献

[1]刘广志. 特种钻探工艺学[M]. 武汉： 中国地质大学出版社，1992.

[2]郭守忠 水利水电工程勘探与岩土工程施工技术 中国水利水电出版社，2003.04.

[3]泉州湾跨海大桥工程地质综合勘察报告 广东核力工程勘察院，2010.10.