岩质滑坡体钻探施工技术浅析

2018-02-23侯顺威何翔

西部资源 2017年5期

关键词：堆积体绳索滑坡体

侯顺威+何翔

摘要：主要介绍了岩质滑坡体钻探施工相关技术，对滑坡复杂地层的的施工难点，制定钻探技术设计和技术措施。以浙江省遂昌县苏村滑坡地质灾害勘查设计钻探施工为例，浅析该项目在钻探施工过程中所采取的钻探施工工艺。

关键字：复杂地层钻探；苏村滑坡；套管护壁；跟管钻进；绳索取芯

1.项目概况

1.1项目由来

受台风“鲇鱼”集中强降雨作用的影响，2016年9月28日17时28分，遂昌县北界镇苏村（破崩坛）东北侧山体发生滑坡，大量滑坡物质滑出以后，沿途刮铲并推动山麓地带原有崩积物，冲毁和掩埋下方村庄，堆积至对岸山体，堵塞河道形成堰塞湖。

1.2钻探目的、任务

本次滑坡勘查工作的目的主要是查明滑坡体物质组成、结构特征及滑体厚度、滑床物质组成及其物理力学性质、水文地质条件，为下一步滑坡防治工程设计提供更为准确可靠的地质资料。

其具体任務是：在充分搜集、分析利用已有地质资料的基础上，通过工程地质测绘结合钻探工作查明和研究以下问题：

①重点查明滑坡上部残留的不稳定岩土体的物质组成、结构特征、厚度，分析判断其稳定性、失稳破坏模式及一旦下滑可能造成的危害程度；

②滑坡堆积区滑坡体物质组成、结构、厚度变化、岩土体工程地质特征和物理力学性质，研究滑坡形成的机制；

③基本查明滑坡两侧边界处及后缘山体岩土体结构特征、判断其稳定性；

④通过勘探和测试，进一步查明边界条件，选取物理力学指标及计算参数，为下步论证滑坡防治工程施工的技术可行性提供依据。

1.3钻探工作量布置

根据《遂昌县北界镇苏村滑坡勘查设计书》的要求，钻孔共设计13个，设计孔深将超过滑坡堆积体至原始完整基岩为终孔目标，终孔直径Ф75mm（图1钻孔布置图）。

2.地层岩性

勘查区出露地层有第四系松散层（Q）以及燕山期侵入岩，各岩性特征简述如下：

2.1第四系松散层（Q）

①残坡积层Qel-dl：主要分布于勘查区山体缓坡平台及坡麓地段，以灰黄色含碎砾石粉质粘土为主，结构松散，厚度一般1m～2m，局部可达3m以上。

②全新统冲洪积层Q4al-pl：主要沿桃源溪呈狭长条带状分布于河床及两侧阶地，由灰黄色砾石、砂砾石组成，含漂（孤）石，磨圆度较好，分选性较差，结构松散，两侧阶地表层多覆盖有薄层耕植土。该层厚度一般2m～4m。

③崩积层Qcol：主要位于桃源溪北岸山体斜坡中下部，南岸少见，以棱角—次棱角状块石为主，块石直径以0.2m～ 1.0m为主，最大可达10m，岩性多为肉红色细粒花岗岩，少量为浅肉红色二长花岗岩，厚度变化较大，滑坡区附近厚度3m～8m，其余区段小于2m。

④滑坡堆积物：主要分布于原破崩坛自然村所在区域及北侧和西侧山体斜坡区、南侧桃源溪两侧，岩性主要以碎块石为主，密实度较差，杂乱无章，以中风化细粒花岗岩为主，夹杂流纹岩、玄武玢岩及二长花岗岩等，块径在30cm～ 1.0m，局部巨石可达10m，呈棱角状和块状，碎块石含量在60%～80%左右，其余为砂，粉质粘土含量稀少。

2.2侵入岩

①斑状中粗粒二长花岗斑岩（ηγ25）

原1/5万蕉川幅区域地质调查资料岩石谱系单元划定为苏村岩体，分布于勘查区南西侧，浅肉红色，斑状结构，基质具细粒半自形-它形粒状结构，块状构造，斑晶含量约占60%，矿物成分主要为钾长石、酸性斜长石、石英，钾长石斑晶多呈半自形短柱状粒度2.5mm～7.5mm，最大可达15mm，酸性斜长石多呈半自形板条状，粒度2mm～7mm，基质由钾长石、石英及黑云母组成，可见少量的磷灰石。新鲜岩石致密坚硬，抗风化能力较强，山凹及缓坡面岩石风化较强烈，呈砂土状、砂夹块石状出露。

②斑状细粒花岗岩（γ35）

原1/5万蕉川幅区域地质调查资料划定为新铺岩体，分布于勘查区北东侧，肉红色，斑状细粒花岗结构，块状构造。矿物成分主要为钾长石30%～40%、斜长石25%～30%、石英30%～35%及微量黑云母等，粒度1mm～1.5mm。岩石结构致密坚硬，破崩坛东北侧一带受断层影响，岩石节理发育，岩石破碎。

3.钻探施工技术难点

（1）Ⅰ层滑坡堆积层：分布于滑坡体表部，厚度一般20m～35.0m，表部为含碎石粘性土，厚度0～4.5m，其下为碎块石层，原岩岩性为斑状细粒花岗岩，岩质坚硬、致密，滑坡区由于受断层及滑动错断的影响，极其破碎，呈碎裂～碎块状，块径以0.3m～0.8m为主，多呈较为规则的斜长方体状（图2滑坡堆积层）。

Ⅱ层斑状细粒花岗岩：被滑坡体掩埋，外围在滑坡体后缘、两侧边缘出露，岩质坚硬、致密，以中等风化为主，强风化层厚度较薄。

（2）孔内严重漏失，全部钻孔集全孔段漏水、掉快、坍塌垮孔、钻进中由于滑坡体不稳定而导致护壁套管移位等诸多难点于一体，易造成钻具折断，卡钻、烧钻、埋钻等情况，润滑钻具难度大，钻进回转阻力大，孔内事故频发，堵漏及处理事故时间多，施工进度慢。

（3）岩芯破碎，取芯困难，绳索取芯钻具外管磨损严重，易折断，内管投放困难。斑状细粒花岗岩岩质坚硬、致密，易打滑，钻进时岩块移动，钻头研磨性较低，提钻后将很难下钻。

（4）钻探工程质量六大指标中的岩芯采取率对于一般岩石不低于80%，对于软岩、破碎岩石应不低于65%，如采用单管钻进，岩芯采取率基本无法保障。

4.钻探技术设计

钻孔共设计13个，设计孔深将超过滑坡堆积体至原始完整基岩为终孔目标。由于机坪位于滑坡堆积体上，机械设备稳定性较差，难度较大的钻孔采用跟管取芯钻进工艺能有效的提高钻进效率和岩心采取率；由于工期短，任务紧；在拿出施工方案后；决定进场6台钻机，其中两台XY-4型机，一台XY-300型和三台XY-150型钻机；施工难度较大的钻孔将采用千米机施工并开夜班；其他钻孔则采用300型和150型钻机，钻塔选用浙江省煤田队自行研制生产的“四角简易塔”施工，泥浆泵选用BW-150型。

钻孔孔身结构：由于钻探施工技术难点较多，钻孔孔身结构将采用多层套管护壁。采用Φ150mm口径开孔，下入Φ146mm套管。再采用Φ130mm口径换径，下入Φ127mm套管。再换Φ114mm绳索取芯钻具换径，Φ95mm绳索取芯钻具换径，Φ75mm绳索取芯钻具换径直到终孔。

采用PAM、植物胶、润滑剂、随钻堵漏剂、Na-CMC等处理剂配制无固相高聚物冲洗液，各种处理剂将按照钻探工程冲洗液配比分别溶解，并充分水化后搅匀使用。

5.钻探施工技术措施

5.1钻机设备安排

对于滑坡堆积体较厚、机坪稳定性较差的钻孔，我们采用了XY-4型钻机施工，由于钻机重量在2吨左右，对于机械设备来说稳定性较强一些；滑坡堆积体较浅、机坪稳定性较好的钻孔，我们采用了XY-300型和XY-150型钻机施工。

5.2套管护壁、跟管钻进

苏村滑坡堆积体稳定性较差，施工过程中孔内冲洗液严重漏失，掉塊多，套管护壁是最为有效的护孔方法，施工的钻孔多数均下Ф146mm、Ф127mm、Ф108mm三级套管，单孔套管多数下到不能下为止。在下套管前仔细检查套管，选用丝扣好的、不变形的套管，在不稳定管段应尽量下入套管，下入孔内前在套管上抹上一层黄油并做好孔口封堵工作，这样起拔套管时成功率高。

在套管下入孔内后，我们采用绳索取芯钻进，直接使用绳取外管做套管。并联系购置核工业二六二大队生产的Ф114mm、Ф95mm薄壁胎体金刚石钻头。由于孔壁稳定性较差，随时都有可能发生埋钻、卡钻的事故，我们采用Ф114mm绳索取芯钻进至钻头消耗完不提钻，只提内管，外管将作为套管使用。再换Ф95mm绳索取芯钻具穿过Ф114mm绳取钻杆以及钻头进行钻进，直到钻头消耗完不提钻，只提内管，外管将作为套管使用。最后采用Ф75mm绳索取芯钻具穿过Ф95mm绳取钻杆以及钻头进行钻进，直到终孔。

5.3顶漏钻进时加强孔内润滑

苏村滑坡勘查所有钻孔均为全漏，采用“顶漏钻进”的方法施工时必须加强孔内润滑，否则钻进回转阻力大，钻进效率低，且钻杆、钻具磨损严重，易发生钻杆、钻具折断事故。施工中采用的方法是在钻杆、钻具上涂抹3号锂基脂润滑油，开钻回转后在孔壁上形成一层油膜，润滑效果良好。

5.4卡钻、埋钻事故处理

处理卡钻、埋钻事故的方法是根据事故的性质、类型以及当时的具体情况而确定的，情况不同，处理事故的方法也不同，归纳起来有以下两种：一是提：在设备能力允许的情况下，用升降机提拉事故钻具，同时可以快拉、猛放，反复串动的方法，解除轻微卡埋钻事故。二是打：用打吊锤的方法，来震动孔内事故钻具并使之解卡，但对严重坍塌埋钻事故不适用，因为越震动，孔壁坍塌越严重，会使孔内事故恶化。

5.5提高取芯率的技术措施

为查明滑坡上部残留的不稳定岩土体的物质组成、结构特征、厚度，为下步论证滑坡防治工程施工的技术可行性提供依据，钻探施工岩芯采取率尤为重要。为确保岩芯采取率，钻探施工中主要采用S114、S95、S75单动双管绳索取芯钻具。开孔松散地层采用硬质合金钻头单管钻进“干烧”取芯；对于滑坡堆积体较厚的钻孔采用绳索取芯。在取芯困难的孔段，控制回次进尺在0.5m之内，并合理控制钻进规程参数，轻压慢转。在底板和重要标志层中，岩芯采取率达不到要求的，须专程补芯；卡取岩芯、打捞内管、退出岩芯时要细心，尽可能的避免人为破碎（图3岩芯）。