岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用

苏敬达

（核工业二三〇研究所，湖南 长沙 410011）

在岩溶地区进行岩土工程勘察工作当中，如果没有充分了解和掌握岩土工程地质条件具有的复杂性，没有针对岩溶地区岩土工程勘察特点，科学合理的制定钻探技术方案与钻孔结构，极有可能导致施工实际常常出现钻探技术手段多次变更的情况，不仅会对钻探效率造成很大影响，而且还严重影响岩溶地区岩土工程整体勘察质量，引发安全隐患，并造成巨大的经济损失。为此有必要针对岩溶地区岩土工程勘察专探技术进行深入研究。

1 背景地质环境条件

岩土工程勘察区为石灰岩岩溶区，而且属于覆盖型岩溶区，石灰岩上直接覆盖第四系地层，发育岩溶、土洞、构造带以及软土层等，同时有着频繁的地下水活动，部分区域发育地下暗河通道，卵石层是主要的覆盖层，粒径、厚度、分布状态等有着很大变化，工程条件和水文地质条件十分复杂。该区拟建建筑物地基基础，主要运用冲(钻)孔灌注桩基础，桩端持力层为下部的石灰岩，石灰岩应当达到相应厚度，并保证较好的完整性，部分部岩溶，为了对各桩基范围岩溶发育情况充分了解和掌握，并对桩基长度、桩径、嵌岩深度准确确定，在设计勘察施工过程当中，主要运用钻探方式进行勘察，逐桩布置钻孔。

2 工程地质钻探方法

回转钻探、冲击状态是工程地质钻探的重要方法，在对钻探方法进行选择过程当中，应当对地层特点充分考虑，并充分考虑钻探方法具有的有效性，可以确保地层鉴别精度，并对地下水实际现状充分了解，控制和减少取样段的扰动情况，同时钻探时施工过程当中必须要保证钻探深度，鼎科学控制回次进尺以及岩心采取立等质量要求。

3 钻探施工前设备、技术准备

3.1 设备和材料准备

工程勘察钻探过程当中，通常深度不是非常深，常用液压钻机为GXY-150型以及XY-100型，钻探事实之前还应当对钻具科学选择，并选择套管与岩心管，合理选择钻头、膨润土于相应的打捞工具，粘土水泥以及相关设备[1]。

3.2 钻探技术准备

钻探施工技术准备，钻探施工过程当中不仅要符合岩土工程勘察相关要求，同时还应当对第四系覆盖层快速有效穿越，快速钻进石灰岩地层，了解和掌握石灰岩溶发育情况，对钻探施工实际可能遇到的问题认真分析和研究，选择相应的钻进方法，并对钻孔结构科学选择，应用有效的套管程序，并制定补漏预案，加强工作人员培训，落实技术交底工作。

4 不同地层的钻探施工技术

4.1 粘性土钻进技术

钻孔开孔后，通常运用锤击钻进，这样反复多次，将土试样进行选取，开展原位测试的钻孔应当运用泥浆护壁进行回转钻进或者利用回转钻进，依照实际科学运用套管护壁，为了确保分层精度，通常根据2.0m控制回次进尺。

4.2 卵石层钻进技术

（1）厚度较小时可以通过泥浆护壁回转钻钻进，也可利用回转钻开展钻探工作，将这种地层钻透之后，将套管下路，起到护壁效果。

（2）如果存在较大厚度的，同时又有较高密度的，可以选择回转转进行转进，卵石层内通常都存在一定的地下水，而且又有空隙存在，钻进施工时，时常有孔内漏水情况出现，易导致孔壁坍塌，可以将粘土加入其中，起到护壁的效果。运用回转钻钻探施工过程当中，如果无塌孔情况出现，应当持续钻进，如果有塌孔问题发生，应当是泥浆浓度进一步增加，运用套管跟管开展钻进，卵石层比较密实，同时又存在较大的粒径较大，漂石出现在局部，在下入套管时，会极大的增加钻进主力，此时应当利用厚壁套管，击入过程当中利用重锤来完成，具有相对较好的效果，如果选择普通套管，会在下入过程当中导致卷口，这就需要合理增加套管鞋，不然很难满足深度要求。

（3）存在漂石或者较大粒径卵石层时，由于空隙存在于卵石颗粒间，具有相对较差的胶结情况，可以选择回转钻开展钻进工作，如果碰到大于钻具口径的卵石粒，此时钻具转动过程当中卵石粒也会发生旋转，这就需要通过使泥浆浓度扩大，或者是钻具下压力增大来进行应对，还可控制钻速，另外也可选择金刚石钻头，提高钻进效果。

（4）套管击入过程当中，会有卵石存在套管当中，运用回转钻进行转进过程中，在套管与岩心管中间会卡一些卵石，岩心管与套管共同转动，运用正丝时，会引发丝扣滑脱问题，造成套管脱落，应当通过电焊焊接管接头。

（5）击入厚壁岩芯管钻探。不论卵石有多大的厚度，在对卵石层进行进尺过程中，选择厚壁岩芯管，通过重锤击入，具有非常好的效果，通过重锤能够击碎卵石，发挥良好的挤压效果，同时岩心管具有很厚的壁，不会出现卷口，在击入时，可以将黏土加入其中，起到良好的护壁效果，达到相应深度之后，将岩心管拔出，将岩芯取出，反复循环，实现预期效果，由于运用泥浆护壁，通常不会造成塌孔，如果有塌孔发生，可以将一级套管下入，利用小径岩芯管进行下次进尺。

4.3 软土钻进技术

选择哪种技术进行钻进都有着非常快的速度，如果有土洞以及填充物存在时，会引发掉钻情况。淤泥质土具有较低的可塑性，非常软，提钻过程中，会导致缩径问题，再次下钻时，无法达到原先的深度。土洞当中如果填充物较少或者没有填充物，有一些空间存在，再次下钻时会引发原位孔偏移，土洞有充填情况存在时，因土洞和下部灰岩有着非常紧密的关联性，该层地层钻进过程中，会有很多漏水，地下水变化非常快，极易引发孔壁塌陷。所以软土层钻进时，可以选择大孔径钻进，也可利用肋骨钻头，并将套管下入，加强孔壁保护。

4.4 岩溶石灰岩钻进技术

（1）在岩土工程勘察实际，特别是建筑物运用冲孔灌注桩基础时，因桩端持力层必须要在厚度和完整性较好的石灰岩中设置，同时又必须要保证无发育岩溶，所以对设计深度范围当中石灰岩岩溶发育情况认真查明，了解掌握其规模大小以及形态特征，并对岩石是否完整，洞体顶板埋深情况和充填物等充分了解，这是勘察工作的重要工作内容。

勘查区为覆盖型岩溶区，石灰岩岩溶在浅部地的非常发育，钻探施工时，在石灰岩面钻进以及和石灰岩面相接近时，孔中有大的漏失情况出现，或者发生漏水、漏浆情况，尤其是碰到充填溶洞，极易导致埋钻、坍塌情况对施工安全性构成巨大影响。通常发育岩溶裂隙地带，可以选择粘性黄土、水泥浆以及膨润土开展护壁工作。如果有溶槽、溶沟以及溶洞情况存在时，效果会受到很大影响。

在石灰岩层岩溶区进行钻探施工时，对钻孔中出现的漏水，漏浆问题有效解决是最重要的，并及时跟进套管，避免发生塌孔现象。针对这些区域进行状态时可以利用金刚石单动双管回转钻进。

（2）泥球护壁联合套玩法，岩溶裂隙存在漏浆情况，通过水泥浆以及黄土、膨润进行护壁效果不良时，可将湿粘土球下路到孔内，钻具下入过程中，上下进行挤压，在岩溶裂隙当中挤进去泥球，形成泥浆，将钻具转动进行扫孔，在孔壁当中挤入泥球，对裂隙进行填充，提高护壁效果，为钻探施工奠定良好的基础，岩溶地下水具有很强的富水性，而且承压性较好，有着频繁的地下水活动，如果持续性的开展钻进，受到地下水稀释因素影响，会降低泥浆浓度，如果再次进行钻进极易发生渗漏，在没有达到钻孔深度过程中，可以对上述方法进行重复。

如果溶洞当中存在较少的充填物，或者状态为流塑型，通常可以对第一层溶洞地进行钻进，也可持续向下进行钻进，如果溶洞属于充填溶洞，但结构松散，由于钻进过程中会形成很大扰动，极易引发卡钻以及孔壁坍塌等问题，造成掉块，再次下段过程当中无法深入到原来位置，这时就应当将捞渣工作充分做好，并将第一级套管下入其中，提高捞渣水平，随着锤击套管进行跟进，直至到达溶洞底部。通常情况下，相同溶洞钻具，套管不会出现变径。套管第一层到达相应位置之后，在第二层溶洞变径钻进，将第二集套管下入其中，这样费时费力，受口径因素影响，溶洞有二三层的，能够实现钻探深度。

（3）多层套管进行护壁，溶洞存在较大的规模，特别是溶洞空串，充填物半充填，或者充填物呈现流塑型，将泥球投入孔内，无法起到护壁效果，可以运用根管开展钻进，在钻探工作施工工作开展实际，面对复杂的地层，应当通过综合手段运用，提高转进水平。采用多层套管，或者改变钻进孔径，钻探施工开展之前，认真分析周围场地岩土工程信息，对溶洞发育情况有一个全面的了解，在对钻探深度进行设计时可能遇到的溶洞数量，对钻孔结构以及套管程序科学设计，开孔孔径应当保留相应的余地，在灰岩面隔离以上的覆盖层击入大直径厚壁套管，通过金刚石（Ф75mm）单动双管开展钻进，有溶洞情况存在时，将钻具提出，并将其中的岩心取出，再选择Ф146mm合金钻具开展扩孔钻进直至溶洞底，二级套管选择Ф146mm岩芯管，并在转孔中留入，钻进过程当中，利用小径金刚石单动双管来完成。

5 结语

（1）因岩溶地区地质结构非常的复杂，应当结合场地具体实际，勘察设计工作当中，应当科学合理地对钻探技术方法进行选择，并对比分析各种钻探技术，科学合理的组合各种技术措施，选择适宜的钻探技术方法，提高钻探技术水平。

（2）针对岩溶地区进行工程勘察钻探发现，对邻近场地地质情况信息充分的收集和整理，有利于更加科学的设计钻孔，对孔径开口进行确定，并能够有效确定套管下入的层数，将换径余地合理保留，更好的保证多层溶洞钻进过程当中，科学合理的设计钻孔深度。

（3）依照岩溶地区具体地址情况，充分考虑其复杂程度，应用钻探技术难度非常大，可以对泥浆泥球科学选择，并将击入套管隔离提高护壁效果，钻进过程当中选择锤击钻进，运用回转钻进，还可更换不同大小径进行扩孔钻进，提高钻进效率和质量，保证勘察效果。