常規工程勘察水上鉆探實用安全技術

鄭長斌，張煉紅

（湖北省地質局水文地質工程地質大隊，湖北荊州434020）

常規工程勘察水上鉆探實用安全技術

鄭長斌*，張煉紅

（湖北省地質局水文地質工程地質大隊，湖北荊州434020）

工程勘察水上鉆探相比陸上工程勘察，存在較大的安全風險，更易發生安全事故。以常用的木筏式、雙體鉆船式水上鉆探平臺為例，介紹了鉆探平臺的適用范圍、安裝、錨泊施工技術，重點闡述了水上鉆探的安全管理及技術，希望能為同行提供借鑒。

水上鉆探；錨泊作業安全裝置；水上鉆探類型

1　概述

水上鉆探又稱水域鉆探，是指在江河、湖泊、海上對水下地層進行地質鉆探，以取得水下工程地質勘察、水下基礎處理和礦產勘查資料的鉆探工程。工程勘察水上鉆探是工程地質勘察廣泛采用的重要手段之一，通過水上鉆探可以為各類工程地質勘察收集翔實可靠的地質資料，為工程設計和施工提供科學依據［1］。

近年來，隨著我國交通路網等基礎建設的迅猛發展，我單位承擔了高速公路、鐵路、跨江大橋、水電站、機場等多項大型工程的勘察。在這些項目實施過程中，我們多次運用水上鉆探技術，經過不斷的摸索、總結，在水上鉆探安全技術與管理方面積累了豐富的實踐經驗，取得了較好的社會效益和經濟效益。

2　水上鉆探的特點

工程地質勘察水上鉆探的鉆進工藝和陸上鉆探基本相同，但由于施工條件的差異，在安全技術與管理方面，水上鉆探相對陸上鉆探存在更大的安全風險。

水上鉆探相比陸上鉆探，主要有以下特點：

（1）在施工過程中，水上鉆探平臺經常會因水位、流速、風力或漲落及航行船舶的影響，容易移動或被撞，造成套管彎曲、折斷，有時還會受到洪水的威脅。

（2）在設備或操作方面，比陸上鉆探復雜。如鉆探平臺的拋錨、定位、起錨、起下套管受深水急流、水位漲落的影響。

（3）在水面上配備的安全鉆探設施使用具有一定面積載重的船舶或浮具，作為水上鉆探平臺。

（4）水上鉆探的鉆探用水比較豐富，方便。

3　水上鉆探的類型

工程地質勘察水上鉆探，可根據江河湖泊等水域的具體情況，選擇合適的水上鉆探平臺的類型。水上鉆探平臺常用類型一般分為漂浮鉆探平臺、架空鉆探平臺2種［2］。其中，漂浮水上鉆探是水上鉆探常用的方式，分為木筏式水上鉆探和雙體鉆船式水上鉆探。根據水域、水位、水深、流速、航運、洪枯水季節的變化等情況具體確定。在線路勘察中，線路經過的湖泊、池塘、河渠、淺灘水深較淺，常用油桶、桁木、竹跳板等搭建臨時木筏鉆探平臺。這種方式投資少、見效快。雙體鉆船式水上鉆探主要用在江河具備航運條件的水域進行水上鉆探。

為保證水上鉆探安全順利進行，施工前應了解當地水文、氣象、航運、航道等情況，周密考慮該水域的特點，做好施工計劃，制定有效措施，設計和布置好錨泊作業安全裝置，確保鉆探工作安全順利進行。

3.1木筏式水上鉆探平臺的適用范圍、固定方法

3.1.1適用范圍

木筏式水上鉆探主要適用于水深較淺、水位變化不大、流速平衡的水域。最適合池塘、淺灘、溝渠、湖泊，鉆孔深度淺，一般不超過100m。其主要特點是搭建容易，在水中移動靈活，鉆探平臺的浮力、面積大小是搭建時主要考慮的技術參數。

3.1.2固定方法

木筏式水上鉆探平臺的定位通常使用拋錨法（如圖1所示）。

圖1　拋錨固定鉆探平臺

拋錨法常在庫區、池塘和距岸較遠的靜水中采用。錨是由較粗的圓鋼做成的三角鉤，錨的重量和數量根據水的深淺、水的平穩狀況和平臺的大小來決定。從安全的角度來講，錨的重量越大越好，數量越多越好，錨的重量和數量決定平臺的穩定性，是水上鉆探安全生產的保證。

3.2雙體鉆船式水上鉆探平臺的適用范圍、固定方法

3.2.1適用范圍

雙體鉆船式水上鉆探平臺主要適用于水流深急、浪大漩渦多、航運頻繁的大江大河及鉆孔較深、地層復雜、地質要求孔徑大的工程地質勘探。鉆探船的載重量，應根據鉆場設備（包括鉆探機械、管材、工具、材料）的總重量并考慮必要的安全系數來選擇，作業人員的總重量也應計算在內。大江大河水深流急，通航船舶較多，為避免對水上鉆探造成較大影響，一般用載重量200～300t、長度35～40m、寬度4～5m的鐵駁船，既能夠滿足鉆場的需要，又能滿足施工人員居住生活。

3.2.2鉆船的組合與連接

雙體鉆船式水上鉆探平臺一般選用2只鐵駁船，2船載重量、長度與寬度應大致相等，船型要基本相同或相近，結構要牢固。將2只船橫排并連，中間留有一定的空隙，空隙大小根據具體情況而定，一般為0.5～0.8m。間隙大了不僅不安全，同時還要增加連接材料的用量；間隙小了沒有回旋余地，起下護孔管十分困難。連接2船的材料一般用8根12m的15型工字鋼橫放在2船船面上。工字鋼間距1.0m左右，長度應超過2船并連后的外側0.25～0.3m。再用直徑12.5mm的鋼絲繩從工字鋼兩端圍箍船底，把鐵船與工字鋼牢固地捆在一起，在工字鋼上鋪設50mm厚的木板或竹跳板，鉆船周圍圍設欄桿和欄繩。船頭船尾用纜繩拴牢，增加鉆船的穩定性，基本上保持均勻對稱。

3.2.3定位方法

（1）拋錨法（圖2）。

圖2　拋錨固定鉆船

（2）纜繩法（圖3）。多用于河流峽谷地帶，使用拋錨法不大可靠，采用纜繩固定鉆船是唯一的方法。在鉆船前后使用“八”字型纜繩固定，在水流較急的地段在船頭拉一根引繩，增加拉力，減輕“八”字繩的拉力。

圖3　纜繩固定鉆船

圖4　撐桿固定鉆船

（3）撐桿法（圖4）。在淺水、靜水及旁岸鉆探時固定鉆船的方法，是水上鉆探固定鉆船最簡單的方法。

4　鉆探設備的選擇和安裝

4.1設備選擇

（1）木筏式水上鉆探設備選擇主要是在滿足鉆孔的要求的情況下，選用體積小、重量輕、拆卸方便、易吊運的設備。通用設備有xy-2鉆機（重探）、xy-1鉆機（北探）、BW-200/40泥漿泵、S195柴油機、3kW柴油發電機組、管子三角塔等。

（2）雙體鉆船式水上鉆探設備的選擇原則與木筏式水上鉆探的選擇相同，都是在滿足鉆孔的要求的前提下盡量選擇輕便設備。常用設備有：xy-2鉆機（重探），xU-300-2型鉆機（重探），BW-200/40泥漿泵，S195或S1115柴油機，12kW柴油發電機組，管子三角塔等。

4.2設備的安裝

由圖7可知，在打滑失效區，若打磨機器人從動輪半徑r1和預緊力FN的均值增大，可使端口打磨機器人趨于可靠，而主動輪半徑r2和驅動電機功率P的均值增大[16-17]，則會使端口打磨機器人趨于不可靠(即失效)；使端口打磨機器人最快趨向可靠的參數是從動輪半徑，其次為主動輪半徑、電機功率和預緊力。該靈敏度分析結果可以很好地指導工程人員在打磨機器人的設計、制造、使用和評估中要嚴格控制從動輪半徑、主動輪半徑、驅動電機功率和預緊力的變化[14,18-19]。

（1）木筏式鉆探平臺由于面積小，設備安裝應遵循對稱平衡原則，應盡量緊湊，少占平臺面積。鉆機立軸應安裝在木筏中心，鉆機回轉器面向河水上游，泥漿泵和發電機組安裝在木筏的尾部兩邊。當設備安裝完畢后，木筏迎水一端比另一端略高，施工鉆進時，回轉器前面可擺放鉆桿、鉆具、巖芯，基本上保證平臺整體吃水深度一致。

（2）雙體鉆船式鉆探平臺設備安裝與木筏式鉆探平臺相同，但因鉆孔深，設備大而占用平臺面積同樣大。在設備大的情況下盡可能將設備安裝緊湊，少占工作場面，船面安裝設備時，鉆機立軸位置處于船面中心，鉆機在工字鋼棟梁上固定牢固，當鉆機受力時能使鉆船均衡受力，而不至于船體不均衡受力失去平衡。船面必須用厚木板或竹跳板鋪蓋平整牢固，鉆船周圍采用腳手架鋼管架設防護欄桿。

5　水上鉆探實用安全技術

水上鉆探平臺作為一個獨立的特殊工作單元，因受水文、氣象、航運等因素影響，對安全技術的要求遠比陸上鉆探復雜得多，更容易發生安全事故。

水上鉆探中，如果采取措施不當，往往會導致鉆探平臺位移、撞壞、沖跑、鉆具折斷與鉆孔報廢等，造成人員傷亡和財產損失。因此，采取切實有效的安全措施，防范安全事故發生，確保項目作業人員安全尤為重要。

為保證水上鉆探順利進行，在進行水上作業前必須根據水域水文情況，搭建好鉆探平臺，建立完善的安全保障機制，制定嚴格的安全操作規程和應急預案，以確保作業人員及財產安全。

（1）工程進場前首先必須了解當地水文、航運基本情況，到水上交通管理等部門辦理各種手續，以及施工許可證。了解施工期間維護航行的措施，航運監管部門在施工水域范圍確定后，發布安全公告，鉆船按規定懸掛施工信號旗子，固定船只的纜繩（鏈）上下游須設置浮標，安裝交通航運安全警示燈。

（2）對鉆探作業人員進行技術和安全培訓，特別是水上基本安全知識及安全操作規程培訓，并簽訂安全責任書。

（3）鉆船、交通渡船和渡口必須有配足救生衣、救生圈、通訊設備、船只堵漏材料、消防器材，放置在明顯位置，并規定呼救信號，作業人員上班必須穿好救生衣。

（4）夜間作業，鉆船與渡口必須有良好的照明，夜間無論是否施工，都必須開啟照明燈，為過往船只引航，以免發生撞船事故。

（5）鉆探平臺裝載保持平衡，不常用的器具或已裝滿的巖芯箱，應及時搬移上岸，妥善保管。

（6）提升鉆具時不得強力提拔，不得用千斤頂坐在船上處理事故。

（7）每班有專人檢查纜繩（鏈）、鉆船繃繩、船上絞車及鉆船平臺安全情況，根據水情變化及時調整鉆船纜繩。

（8）為隔絕水流對鉆進工作的影響，應首先向孔位下入一定深度的保護套管，并保證其沿鉛垂方向下入水底。

（9）及時掌握上游水情，觀察水位情況。若遇洪峰警報，應及時通知作業人員做好渡汛和撤離準備。遇大風、大霧、大汛時應迅速撤離，暫停作業。

（10）平臺周邊應設欄桿或欄繩，平臺應平整，連接部位應牢固可靠，不能留有空隙、漏洞，兩船之間空當一定要蓋牢。平臺上的器具必須擺放整齊，以防絆倒。

（11）停鉆停工時，船上必須安排專人值班，水漲水落時調整固定鉆船的纜繩。

6　結語

水上鉆探受作業場地和作業環境諸多因素的影響，從平臺的選擇和定位、鉆探設備的選型、合理的鉆進工藝的使用，特別是水上作業安全事項，都給施工單位提出了更高的要求。施工單位應切實貫徹“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，提高作業人員素質，把安全工作落實到機臺班組，按安全標準化施工，有效預防安全事故的發生，確保作業人員及財產安全。

［1］吳禮年.長江水域鉆探的施工工藝［J］.電力勘測，2004，25 （1）：57-59.

［2］袁勝超，王亞明.淺談蘇丹DAL大壩勘察水上斜孔的鉆探工藝［J］.西部探礦工程，2010，30（1）：69-71.

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1004-5716（2016）04-0064-04

2015-04-12

鄭長斌（1968-），男（漢族），湖北公安人，高級工程師，現從事地質勘探安全管理工作。