钻探在岩土工程勘察中的作用

2017-11-30张稳

科技与创新 2017年23期

关键词：岩心钻机岩土

张稳

（九江地质工程勘察院，江西九江 332200）

钻探在岩土工程勘察中的作用

张稳

（九江地质工程勘察院，江西九江 332200）

通过对钻探技术的分析，对钻探在岩土工程勘查中的重要性进行了阐述，并总结出了一系列较为可行的具体应用措施。

岩土工程；钻探技术；工程钻机；泥土层

地质钻探技术在很久之前就被人类运用到各项生产工作之中，在我国具有着非常悠久的发展历史。同时，由于我国的地质条件比较复杂，对矿产资源与地下水的需求也比较大，对钻探技术的应用也比较广泛。随着科学技术的快速发展，钻探技术也在这一过程中实现了创新。

1 岩土工程勘察中的钻探技术分析

1.1 勺型钻锤击干法掏土钻进

勺型钻锤击干法掏土钻进方法需要使用SH30-2型工程钻机进行钻探，其主要流程是先使用钻机打出钻孔，之后使用钢丝绳或重锤在钻孔内进行锤击，最后使用勺型钻头将钻孔内的土石提出，并配合套管护臂形成稳定的钻孔。这种方法使用于泥土层、砂石层、小颗粒的卵砾石土层等多种结构的土层，钻探流程简单，其岩断面取芯的形式能够很好地提高岩芯采取率，大大提升了岩土工程勘察的效率与施工质量。同时，由于这种方法的适应性强，勘察效果比较明显，因此，能够在很多领域中进行应用。需要注意的是，这种方法的钻探深度有限，一般需要控制在20 m以下、地下水位以上的土层，且对周围土层的破坏比较大，因此，在应用中也存在着一定的弊端。

1.2 岩芯回转泥浆护壁钻进

岩芯回转泥浆护壁钻进方法需使用GJ-100、ADPP-100汽车钻机等多种类型的钻机进行钻探，其主要流程是先根据超前钻探报告与桩基桩位图布置注浆孔，之后进行放点并利用钻机形成钻孔，最后完成下注浆管、分层注浆等工序。这种方法具有很强的动力，且施工方法非常简单，施工效率也较高，对岩层深度并没有过多的限制，适用于松散土层或岩石层的岩土勘探。但与勺型钻锤击干法掏土钻进方法不同的是，这种方法在钻探时必须使用冲洗液，因此，对于水位成分比较杂乱的岩土层的钻探效果很差，岩芯采取率也比较低。

1.3 反循环钻探技术

相比于前两种钻探技术，反循环钻探技术比较复杂，可以根据钻探动力具体分为空气反循环钻探技术与水力反循环钻探技术两类。其中，空气反循环钻探技术的原理是将空气进行压缩，之后通过双臂钻杆的外管将压缩后的空气输送到钻孔的底部，这样一来，压缩的空气就会在压力消失后迅速膨胀，而这种膨胀力就可以为钻孔机中的潜孔锤提供动力。而水力反循环的工作原理在大体上与空气反循环方法相同，但介质则由空气换为了清水或泥浆。空气反循环钻探技术的工作效率高、施工成本也比较低，尤其适用于干旱地区的钻探施工，但岩层结构反映的真实性较低，而水力反循环钻探技术的岩层判断真实性较高，但效率却比较低，二者都存在着一定的缺陷。

1.4 绳索取心钻探技术

绳索取心钻探技术与其他类型的钻探技术最大的不同就是在提取岩心样本时，可以不用提取钻杆而直接取出岩心。这种方法在钻孔过程并没有太多的特殊之处，但当岩心管中装满岩心后，采取了绳索打捞的方式将岩心管直接送至地面，巧妙地利用了杆柱原理，将常规钻探方法中的钻杆提取、拆卸流程省略。这样不仅有效缩短了整个钻探工艺的施工时间，还大大减少了钻杆与其他钻探机械的磨损，延长了钻头的使用寿命。但这种方法由于减少了钻探提取次数，使施工强度大大增加，燃料消耗也比常规方法更多。总体来看，这种方法虽然保证了钻孔安全，不过也提高了钻探的成本。

2 岩土工程勘察中钻探的重要性

钻探技术是一项技术性、实用性较强的地质勘探技术，在矿产资源勘查、工程地质情况勘察、地下水开采等一系列的岩土勘察工作中都有着非常重要的意义。如果没有钻探技术，矿产开发、水利工程、基础设施建设等工程都无法顺利进行，人类的生产工作与日常生活也会受到很大的影响。具体而言，钻探技术能够通过开钻孔的方式对岩层深处的土层样本进行采集，并根据样本进行分析，对工程施工区域的地下土壤结构、性质进行判断，从而设计出合理的施工方案。因此，钻探技术是岩土工程勘探的核心，也是相关工程施工的基础与前提。随着我国岩土工程建设的不断深入，对于钻探技术的要求也越来越高，如何在保证勘探效果的基础上对钻探技术进行创新，是目前我国岩土工程勘探面临的问题。

3 岩土工程勘察中钻探技术的应用

3.1 对钻探人员的要求

岩土工程勘探需要将岩土层中的岩心开采出来，并以此作为研究样本进行分析，整个施工过程具有很高的严谨性，对于钻探施工人员也有着很严格的要求。施工方应对整个施工流程的各项任务安排专人负责，并明确职能划分，同时，还要对所有的施工技术人员进行严格的技术培训与上岗考核，保证施工的安全性与规范性。在钻探施工前，每一位钻探施工人员都需要对自身所负责的施工设备、工作任务以及自身能力进行检查，并做好详细的检查记录，确保整个施工工作能够安全、顺利进行。由于钻孔施工对钻机位置、钻头角度等细节的要求非常严格，因此，在施工期间，包括钻机在内的所有钻探设备都需要进行严格管理，不可随意挪动或使用，以免使钻头位置、角度出现变动，影响钻探施工的精准性。

3.2 规范钻机的使用流程

由于岩层结构与成分存在一定的复杂性，钻机在使用过程中需要严格按照地质人员的测算分析进行，对于钻孔直径、深度、钻探分层等具体数据，在面对不同的地质情况时也有着不同的要求，因此，对于钻机的使用流程与各项细节必须进行明确规范。钻孔直径需要根据岩心样本的具体规格要求以及实验测试结果而定，此外，受钻探工艺的原理限制，钻孔的开孔半径与终孔半径也有差异。一般情况下，钻孔的开孔直径不可小于130 mm，而终孔半径则需要控制在91 mm以上；不同的地质结构与土层成分在硬度、黏性上有着较大的差距，因此，具体的钻孔规格也会受到一定影响，比如黏性土的开孔直径需要在110 mm以上，而湿陷土的开孔直径则需要在130 mm以上，由于具体钻探施工存在一定的不确定性，因此，钻探分层允许存在一定的误差，但一般不可超过5 mm。钻机在施工前的摆放也需要注意，其中最重要的是要保证钻机机架的垂直和稳定，这样能够确保钻孔垂直深度的稳定性。此外，由于钻头的初始角度不可避免地会存在一定差异，因此，随着钻孔深度的不断增加，与垂直角度的偏差也会逐渐变大。一般情况下，钻孔深度每增加100 m，其顶角的角度需要控制在1.5°以内。