工程地质勘察中钻探技术的应用分析

2021-03-11吴华耿

世界有色金属 2021年22期

吴华耿

（广东省地质局第一地质大队，广东珠海 519000）

钻探技术应用于工程地质勘察中，其可以较为直观地揭露场地的岩土分层情况、分布规律等，虽然操作简便、勘察效果良好，可依然存在很多不足。例如，前期施工钻探准备阶段对钻具、钻机配件等需要投入较多资金，特殊地层取芯率较低或钻进速度较慢等，由此针对钻探技术的研究与分析显得尤为必要。

1 简析地质勘察基本内涵

针对岩土工程地质勘察而言，是指依托工程钻探、测绘等手段，查明场地范围内岩土的类型、厚度、分布、工程特性和变化规律，查明不良地质作用的类型、成因、分布范围和发展趋势，查明场地地下水类型、补给和埋藏条件等，为场地的基础设计与施工提供必要的数据，作为后续设计施工的重要参考资料，因此对于工程地质勘察钻探施工过程中，应保证其揭露地层的准确性，包括岩土种类、岩土成分及埋藏深度等，在地层复杂的场地中，更应采取必要的工程措施保障钻探的岩芯取芯率。若是在钻探技术应用中，缺乏规范的操作方法、科学的管理制度等，极易降低勘察结果的精确性，从而导致场地勘察报告成果失准，无法作为后续设计、施工方案编写的依据，对项目进度控制、成本控制、质量控制等关键环节均会造成负面影响。

2 简析工程地质勘察主要特征

第一，钻探技术的主要目的为“探”，至于“钻”是手段，钻孔的布设并非随意布置，应根据拟建建筑物轮廓、调查范围、地下室轮廓等区域按一定的钻孔间距进行布设；初步勘察及详细勘察钻孔布设间距不同，还需根据勘察阶段综合考虑钻孔的间距及钻探深度。

第二，因为在“钻”的过程主要是“探”，岩土物理力学数据需要取土试样进行土工实验得出。取土试样时应严格执行《建筑工程地质勘探与取样技术规程》，在预计取样位置1m以上采用回转钻进，下放取土器前仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不超过0.10m；土样采出后确认为原状土样后及时密封，按要求填好标签，轻拿轻放。一般粘性土使用标准取样器，采用重锤少击法或压入法；软土使用薄壁取土器，采用压入法。

第三，场地条件是工程地质钻探施工时必须考虑的环节之一，同时也需要留意场地周边环境、地形地貌。不同的场地条件，可提前准备好相应的钻具、设备，提高效率；不同的地形地貌，可根据现场经验大致推断地层揭露情况。

第四，除了场地条件，场地内的埋藏物也是需要着重注意的环节。场地内若埋藏有墓穴、古河道、沟浜、古河道等不利埋藏物会影响设计方案；场地内的旧建筑物基础会影响施工；场地内尚未废除、迁移的管道、电缆会威胁正常钻探施工的安全；以上问题均需要考虑并描述。

3 简析钻探技术的相关使用要求

在工程建设过程中，进行地质勘察是为保证工程建设可以顺利开展的重中之重。工程施工针对钻探技术提出很高要求，在实际进行钻探时，需要从多方面开展综合分析，例如岩层的提取率应，夹层采取率应。就类型不同的岩层，在运用合适的钻探技术同时应对钻探的速度有效调节。以水文地质勘察为例，如果想要确保有效的测试水位、实施水文地质试验，应该综合分析水层位置与明确在水文实验中的钻进方法、位置、钻进速度。需要注意的是，不同的含水层有必要采取分层止水处理。

4 简析工程地质勘察的常见钻探技术

4.1 孔锤钻探技术

该项技术是基于回转钻探而被开发出来的，主要通过冲洗液发挥驱动作用，在冲击液动潜孔锤时，能量会传送到钻头将岩石进行摩擦钻进。由于是改进回转钻探技术之后所形成的，在遭受回转力以及冲击力的有效驱使下，一方面能够将钻进效率的提高，另一方面能减少钻孔成本支出。现阶段，这一技术也广泛应用在水电建材等其他领域，而且在世界上该项技术也处在前茅地位。在具体应用这项技术时，由于应用频率较高，适合在坚硬岩质的地质结构，在具体施工过程中应该高度重视设备的坚固性，针对液压泥浆也应尽可能选取优良润滑性、含砂量较低原料，从而为液动锤提供保护，降低磨损并提升效率。若想进一步提高技术使用率，需要将长潜孔锤延长应用寿命、提高工作效率等方面作为优化及研究重点。

4.2 绳索取心技术

绳索取心技术是不必通过钻杆也可以得到岩芯，当钻头出现问题时才涉及提取钻杆的应用。该项技术有两种中心设备分别是岩芯管（如图1所示）以及打捞设备。与具体施工情况相结合选择合适的施工技术。依据该技术所运用到的设备，其具备优良的便捷性且拥有广泛地运用范围。如果存在堵塞问题，通过打捞工具可以防止钻具摩擦岩芯，同时在进行钻探过程中不能一次性钻进过深的深度，以此提高钻进效率保证获取岩芯的质量。基于人工层面分析，由于该技术不涉及频繁提取钻杆，因此在具体施工中能够提高施工效率，减低施工强度。依据现阶段我国进行工程地质勘察的整体情况，无论是地质领域或是矿石领域等，均能高效利用这项技术且施工效果会更加理想。

图1 岩芯管

4.3 反循环钻探技术

对于该技术而言，由于循环介质拥有一定差异，能够将其分为以下两类：（1）水力反循环；（2）空气反循环。第一种技术是把泥浆、水当成介质，依托钻杆可以把介质有效传递，在此基础上借助钻头可以取得岩芯，从而再传送到孔口；而第二种技术会把空气当成介质，这样压缩空气会通过双臂钻杆外管实现传递，空气在发生膨胀之后能产生较强的冲击力，受到推动力的影响潜孔锤则能撞击岩面，与此同时钻杆把空气传递至孔口，由此便能进行检测岩样。对于上述两个技术，在具体运用中均存在很多不足。通过水力反循环技术，能够得到完整性更好的岩石，能够保证更加准确地探明地层分布，不必消耗较高的劳动强度，可存在的主要弊端为水量消耗偏高，相对较迟缓的钻孔效率，相对较长的施工时间。相比水力反循环，通常会将空气反循环技术运用在缺水干旱区域，且消耗较低劳动强度，可以节约一些施工成本。可是这样仅会得到岩屑样本，难以全面了解场地岩土层分布的情况。

图2 反循环钻探技术

5 简析地质钻探主要的钻探方法及钻探设备

因为工程施工所面对的地质条件相对复杂，所以在进行不同地质勘察时采取的钻探技术也需充分确保合适的钻探方法及钻探设备，由此才可以顺利运用钻探技术。钻探技术在通常情况下，常见的是冲击以及回转钻探，若是依据动力来源可以划分成人力类以及机械类。针对机械回转，由于其拥有较高钻进率等其他优势，现已大范围应用到地质勘察工作中。在应用以上几种钻探技术时，均需要选择合适的取土设备与取土方法。

首先，压入法。这种方法主要应用在软土层分布较连续、软土层较厚的区域的取样工作，通常被划分为连续压入以及断续压入。连续压入是优先选择的方法，通过活塞油压筒或者是一些组合装置在土壤中，快速均匀地压进取土器，由此不会过度影响土样扰动。其次，击入法。这种方法主要划分成孔内重锤少击、孔外轻捶多击的方法，通常均适用在岩土较硬地层（中软土-中硬土）的取样工作，而且采用孔内重锤少击的方法进行取样会得到更理想的效果。最后，振动法。其是通过振动器发挥的振动作用，把取土器压进土壤中取样。和压入法相比，这种方法会对土样造成较大扰动，所以需要注意的是，若是土层容易被振动液化则不建议应用该方法，这也说明此方法具备明显的局限性。