岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的应用分析

刘华华

广东省有色金属地质局九三二队 广东 韶关 512000

由于中国社会经济水平的发展，在铁道、公路、房建、水利工程等建设项目中的岩土施工问题日益增多。岩土工程施工者需要合理利用勘察钻探的技术。不过，由于一些岩土工程项目位于岩溶地带，对勘测钻探技术的要求特别高，因此需要采用适应现场地质要求的勘测钻探技术，否则将会直接影响各项施工的顺利进行以及影响勘探成果的准确度。由此可见，对岩溶地带岩土工程项目勘测钻探技术的运用已经十分关键。

1 地质勘察对岩土工作的重要价值

从岩土工程技术的角度，地质勘查工作也是必不可少的。利用地质勘查的成果，为后期建设项目实施提供有效的依据，协助实施项目的建设计划，提高实施效益。岩土勘查项目和其他工程勘查相比存在特殊性。岩土勘察面对狭窄的勘探面和较复杂的地质现象时，还可能面临复杂多变的不良地质。因此在沉降范围大的勘探区开展勘查作业的过程中，勘查人员往往会花费较长的现场勘查时间，同时必须保证勘查方法的科学性。在当前时期，岩土的勘查作业能够为后期实施奠定重要的基础保证。为此必须制定完整的岩土勘查方案，使之能够紧密结合当前的岩石工程范围、测量深度及勘查施工难点问题，确保各种勘查方法能够紧密结合勘查重点。收集有关的岩石工程施工数据，将其收集总结形成有效的勘查成果。在起始阶段开展岩土工程勘查项目中，可以选用钻孔检测、物理测查、地貌考察和测量、原位测试等多种勘查方法，由此可以获取完整正确的岩土勘测成果。此外，科研人员在选用勘查方法的过程中还必须做到灵活变通，使得采用的技术手段可以适应当地的地质测量要求，使得地质勘测项目可以给岩土工程施工带来正面效益。

2 钻探技术体系的具体原理及准备

在当前的地质钻探工程中，钻探工艺体系大多采用回转钻探和冲击钻探。在研究钻探方法的过程中，一定要根据具体的岩层构造及其实际的发育特征进行整体研究，掌握各种状态方法的适应性，如此可以高效进行地下领域的精准研究。此外，钻探工程中应尽量减少对岩层构造的干扰，进而改善钻探质量,提高工程地基的安全性。

在钻孔作业施工的整个流程中，必须迅速穿越第四系覆盖层，以熟悉石灰岩等土壤地层的情况和岩溶景观区的发育程度，并根据常规钻孔施工流程中可能存在的技术问题，制订好前期的优化处理措施和补漏工作预案，以搞好技术交底，并提高对施工人员的培训质量。从整个钻探过程来说，首先要完成对钻探位置的测量，然后平整现场，然后把钻头移动到原钻探位置上，在现场周围做泥浆池，再经过连续性的钻孔、采样和试验，测量地下水的静止水平参数，在测量完毕以后开始封孔、清洗现场，然后再迁移至下一次孔位，最后完成重复性测试[1]。

3 岩溶地区岩土工程勘察钻探技术

3.1 地质岩芯钻探液固相控制技术

钻探液固相控制技术是钻探工作的” 血液” ，在钻探的全过程中起着关键性作用，对于确保项目的安全成功进行、提升钻孔质量、减少钻探的投入，最后达到提质增效、安全环保都有着重大作用。过去，地质钻探一般采取机械稀释、替换、自动沉降、化学絮凝等常规手段以保持钻探液固相控制技术稳定性；但近年来，随着地质钻探工艺技术和机械设备的不断进步,随着钻探深度日益扩大、钻遇土壤情况日益复杂，及绿色化勘探要求等因素对钻探液固相控制技术稳定性和废浆处理要求也越来越高，倒逼地质钻探必须革新的固相质量检测手段，并选择经实践证明执行可靠的机械净化技术。

3.2 矿山小孔径固体岩芯钻探孔技术

固体矿物的地质勘探业务开展时需要大量使用岩芯钻探技术,在实际的作业流程中，通过探头钻孔可以获取岩层中不同深处的地质样品,并通过对专业技术人员的全面研究,为地质工程施工中提供全面精确的质量依据参考。研究人员在开展岩芯的地质钻孔研究之后，首先使用钻头、钻具成圆筒形，然后对地质区域中形成的环状裂隙进行钻掘，并把一个柱状石心安装到钻孔底部或中间区域,然后提取钻孔内的石心，再对其开展综合性研究与分析，从而比较精确的了解该区域地貌特征与矿物分布等实际状况。由于岩芯钻孔工艺研究水平与国外发达国家的标准有着相当的距离,因此钻孔流程的部分中心零件还需要依靠进口，对我国钻探技术迅速发展造成较大阻碍，增加了钻机生产成本。

3.3 卵石层勘察钻探技术

对于较薄的卵石层，可以使用旋转钻机或用泥墙进行钻探，具体做法是：在卵石层钻孔作业完成后，将钻头与钻筒一起打穿，以保护孔壁；对于较厚的卵石层，可以进行旋转钻井，因为在钻井时，卵石层间的孔隙很大，容易导致井壁崩塌；对于大直径或含浮石层的砂岩，由于砂岩间的孔隙较大，粘附性不佳，因此，在实际钻探时，可采取加大泥浆浓度、加大钻机下压等措施，以保证钻井的质量。

3.4 采取试样

勘测阶段，对样本选取非常关键，采集的样品必须经过室内测量获取有关数据，为现场岩土的定性判断提供重要数据参考。一般多用扰动土样、原状土样、岩样等作为测量样本，其取样手段也较多，可在调绘的探坑中挖取，也可在勘察施工过程中提取。从根本上来看,对土样品质好坏的判断尺度主要在于试样有无遭受干扰，评判主要根据为试样的含水量、物质特征、化学组成等因素，在样品取样、输送、测量等各个步骤中,都可能存在干扰因素。因此按照取样手段的差异，中国国内一般将获土器分成贯进式、回转式二类,并单独进行明确要求。前者在采样后,利用取土器以压入或击入的方法深入到土壤内,这种方法包括敞口风险和鞲鞴二种类型，可按照现场需要加以选用；后者具有磷脂双分子层，单动适合于软土壤采样，双动适合于密度和硬度很大的土壤。

3.5 全煤层孔螺旋钻杆钻进技术

所谓的全煤层孔螺旋刃具钻进技术，基本的来讲是人员在钻孔每一道煤层的同时都需要对现场的状况做出整体掌握，在此基础上这些状况成为主要的根据，从而为钻孔作业的顺利实施起到促进作用。一般情况下，全煤层孔螺旋刃具钻孔方法大多运用在某些煤层比较疏松的地方，不但能够对这些部位的地质状况做出全面掌握，同时也可以为施工人员的安全做出有效保护。此外，这项技术也能够降低塌方事件出现的可能性，在工程中没有对环境产生一定的损害，同时实际带来的噪声也相当低，这就需要煤矿开发机构要对这项技术加以适当的运用，如此才能够提升项目的开发品质与效益。

3.6 泥球护壁结合套管技术

泥球护壁结合套管技术主要用于溶洞区裂缝和泥浆渗漏的探测分析。这项技术是由工人操作特定的装置，在井眼内填充湿润的泥土。在充填时，利用钻具前后运动，将土球压实，并用泥浆填充溶洞裂缝。由于外部动力的影响，土体逐渐向岩溶裂缝中渗透，并在裂缝中形成了一层泥浆。在泥浆成型后，工人必须对其进行检验。当有部分空洞没有被泥浆覆盖时，要立即进行二次充填。当泥浆完全成型后，用钻机清理缝隙，并让泥浆球进入孔内。多次清理后，在孔隙外形成一堵土墙，将裂缝填平。采用泥浆球复合套管和防护技术，能迅速了解裂缝的发展状况，通过多次充填，可以对裂缝、矿浆进行评价，为后续岩溶区的开发和利用奠定基础。鉴于泥球复合套管技术的实际应用，以及保护者要认真做好在粘结连接时，要保证粘性高、粘附性好、抗冲击性能好，才能充分发挥其作用，了解岩溶地区的裂缝发育状况，从而准确评估裂缝充填性能。

4 岩溶地区岩土工程勘察钻探技术的实践应用

4.1 粘性层的钻探施工

就粘土地层的钻孔方法而言，只有钻孔开孔后，才能采用锤击的方法进行钻孔。同时需要将经过前期的测量，以及提取、测试的土壤物质，合理利用泥浆护壁实现回转钻进，而合理使用套管护壁可以显著提高土壤分层的精准度，并且还能够根据二米的参数来实现回转进尺的目的调节。

4.2 卵石层勘察钻探技术

首先,在钻孔之前,就必须测试卵石层的强度。若强度较低时，可直接采用泥浆护墙的回转功能，并直接通过回转钻进完成施工。在钻卵石层的工程中，需要与套管配合保护井壁。在这个区域的高密度卵石层，可直接采用旋挖法施工。另外，由于这些卵石层和地下水密切相关，其中有着丰富的地下水孔隙。在钻井过程中，孔内会发生渗水、涌泥的现象，易造成孔室塌陷，因而应该在钻孔中加入适量泥浆，并采用泥浆护壁的方法以提高回转钻井的质量。如果发生塌孔等现象，首先需要结合实际的钻孔深度进行检查，掌握塌孔的具体成因，选取适当的方法加以解决以后，保证平安无误后方能够继续进行钻孔。碰到压力很大的卵石层时，因为卵石层尺寸很大，局部套管安装可能会产生困难，这样可利用厚壁套管利用重锤打击的方法来实现套管安装，另外为了避免套管卷口的现象，通过加厚套管来提高其安装效果与安全性。

4.3 软土层的钻进施工

针对软土质的钻孔工艺，应该结合实际需要选用镇静技术，当前现有的钻孔工艺也具有一定的技术特色，不过在钻孔实施的过程中，若土壤层中具有过多可塑性较弱的组织，在提钻过程中也会产生缩径等现象。此外，因为地下水位情况较为复杂，也容易发生孔室塌陷的现象。所以在施工阶段，可以选用孔径大的会先进行施工，也可以采用套管配合肋骨会先，进一步加大对孔室的防护范围和能力，尽量减少塌洞和缩径等情况的发生。

4.4 岩溶石灰岩的勘察钻探技术

如果在岩溶地区遇到灰岩，就要更加谨慎地选择勘测和钻探工艺，做好勘测前的充分准备，全面落实各项控制措施，确保钻探质量。对于灰岩的勘探和钻探，应注意以下问题：1）泥球挡墙与管套相结合的方法。如果岩溶裂隙中出现漏浆现象，应引起足够重视并迅速处理。泥球护壁处理系统可充分保护孔壁，防止漏浆。2）准确应用多层套管护壁处理体系。在应用多层套管护壁处理体系之前，技术人员要全方位地监督和管理岩土工程项目，监控溶洞发育的情况，并运用精细化分析法确定岩土工程的钻孔结构、开孔口径，进而提升钻探的有效性。3）合理使用勘察技术。勘察技术人员一定要从石灰岩的实际发育情况出发，合理选用勘查技术，而且要进行全面监管，确保勘察结果的准确性。如果在实际钻探工作中选用了黏土球护壁与套管结合的方法，应当注意以下问题：1）岩溶裂隙或小型溶洞漏浆时，可采用膨润土粉、水泥浆护壁、黄土(泥)护壁。2）如果护壁效果不是很好，就要用湿泥球填孔，用钻具对孔施加压力，使泥球进入岩溶裂隙。或者将泥球稀释成泥浆后用钻具扫孔。泥球会被挤入孔壁，填补裂缝，从而保护孔壁。3）用于制作泥球的粘土必须具有较高的可塑性和粘结性，不易被冲刷，这样才能更有效地填补裂缝，避免漏浆，为后续钻孔打下基础。此外，岩溶地区地下水的富水性非常好，具备一定的承压性，且存在频繁的地下水活动。在地下水活动与稀释的作用下，泥浆的浓度逐渐变低，钻探时要留意孔内是否出现渗漏问题。如果出现，要重复采取上述措施填充裂隙或孔洞，为后续的持续性钻探奠定基础[2]。

5 提高岩土工程地质勘查技术质量的措施

5.1 做好地基变形参数的计算

因为在岩溶条件下的基础岩块、土体本身承载力比较薄弱，在遭受外力作用时，极易发生变形，而其变形量的多少也将决定该基础是否可以进行施工，所以，根据结合的施工条件做好对基础变形参数的测算，就可以为以后的施工操作和工程施工打好基础。在进行变形参数测算时,可以根据当前的施工地基基础的要求进行计算，不过同时也要仔细研究地下是否存在地下水，因为地下水的存在将直接引起基础变形，产生不可预见性。特别是由于季节性雨水的冲击，基础将会发生更加危急的情况。因此以上述标准为依据，其压应力的计算方法要在二百千帕以上，但实际的变形量计算则要通过采样方式，首先获取其实际的压力模量，再通过压力测量，获取实际的压力数值，最后再将压力数值代入计算公式中加以计量，即可。

5.2 采用先进的技术手段

信息化高速发展，地质勘查部门更能利用信息化，有效提高地质勘查项目的效益。在实践工作中，有关单位必须主动借鉴国际前沿的科技理念，进一步优化地理勘察技术手段,以进一步提高地质勘查数据处理的准确度。运用计算机技术分析地质勘查数据,以进一步提高勘查工作的快捷准确。精确可信的勘查成果,为现代岩土工程的设计与建造提供重要依据。

6 结束语

综上所述，由于岩溶地区的地质构造相当复杂，会直接影响整个项目的工程效率，所以在前期的岩土工程勘察活动中，对钻孔方法的选型一定要结合现状，同时，还要掌握临近区域周围的地质现状及其沿途技术资料，并科学合理地制定钻探方法，再根据具体的岩层组成及其情况调整钻探施工的工艺流程和方法方式，并利用前期预控方法来预测在钻孔活动中可能会发生的情况，这就可以显著提高岩土工程勘察的工作效率和服务质量，同时还能够为项目后期的现场施工打下技术基础，进而提高整个项目的工程安全与可靠性。