工程地質鉆探辦法的選擇與應用

文/賈勇，安徽省煤田地質局第一勘探隊

工程地質鉆探辦法的選擇與應用

文/賈勇，安徽省煤田地質局第一勘探隊

工程地質勘探，利用一定的機械工具或開挖作業深入地下了解地質情況的工作。在地面露頭較少、巖性變化較大或地質構造復雜的地方，僅靠地面觀測往往不能弄清地質情況，這就需要借助地質勘探工程來了解和獲得地下深部的地質情況和資料。本文論述了工程地質勘察及工程地質鉆探的原理，經過對實踐工作的理解與剖析，研討出合理化調整和選用工程鉆探辦法，完成了優化鉆探質量與提高鉆探效率的目的。

工程地質勘察；鉆探辦法

引言

工程地質常用的勘探工程有鉆探和開挖作業兩大類。工程地球物理勘探有時也被歸入地質勘探中。工程地質鉆探是一種常見且很重要的工程地質勘察辦法，又是采取巖樣土樣及進行原位測試不可或缺的手腕之一。鉆探是勘查材料可信性和精確性的保證，特別是關于碎石土、砂土較厚地層及有特殊土地層中鉆探更為重要。假如鉆探技術不過關，便不能精確地揭露地層構造也不能取得巖土的客觀物理力學參數，招致一些不真實的參數及材料呈現在勘察報告上，影響了工程建立的質量，以至可能產生上部擬建構造的安全隱患。

1 工程地質鉆探的分類

利用鉆機向地下鉆孔以采取巖心或進行地質試驗的工作。工程地質鉆孔的深度通常僅數十米到數百米。鉆孔的孔徑變化較大,一般為36～205mm，有時也采用直徑達1m的大孔徑鉆孔。工程地質勘探中的鉆探方法可分為三大類。

1.1 回轉鉆進

回轉鉆進又稱巖心鉆探，巖心鉆探指在軸心壓力作用下的鉆頭用回轉方式破壞巖石的鉆進,可取巖心,也可不取巖心。回轉鉆進是鉆進巖石的主要方法，為了保持巖心的天然狀態，沖洗液通常采用清水。回轉鉆進可以選用不同材料的鉆頭，常用的有合金鉆頭、鋼粒鉆頭和金剛石鉆頭。前一種鉆頭適用于鉆進軟至中等硬度的巖石。后兩種鉆頭適用于鉆進堅硬的巖石。為了采取薄層軟弱巖石、夾泥、斷層或破碎巖石的巖心，通常還采用雙層巖心管或三層巖心管以減少鉆進中巖心的磨損。為了減少鉆桿升降次數，提高鉆進效率，還可采用繩索取心鉆具，在每一回次鉆進后，將巖心從鉆桿中提出孔口。

1.2 沖擊鉆進

沖擊鉆進利用鉆具自重反復對孔底進行沖擊而使土層破壞的一種鉆進方法。沖擊鉆進分人力沖擊和機械沖擊兩種方式。人力沖擊鉆具如洛陽鏟，一般適用于淺孔和地下水位以上土層鉆進。機械沖擊一般采用機械提升和向下沖擊，適用于各類土層鉆進。在河流沖積的砂礫層中鉆進時，為了取得砂礫石樣品，通常采用平閥管鉆沖擊，跟管鉆進。

1.3 折疊沖擊回轉鉆進

將沖擊和回轉鉆進相結合的鉆進方法，即鉆頭在孔底回轉破碎巖石的同時，施加沖擊荷載。

2 場地鉆探條件對鉆探辦法選用的影響

場地鉆探條件指的是在工程地質鉆探時，某種鉆探辦法在獲得地質材料精確性和提高鉆探效率，在鉆孔構造、鉆孔鉆進狀況、回次進尺率、巖芯采取率、野外巖芯取樣與鑒別等方面，所反映出的實踐狀況。

關于土層的鉆探辦法多為回轉取心鉆進、沖擊取心鉆進、螺旋取樣鉆進。在工程地質鉆探過程中，不只請求勝利鉆入，而且的要獲取充沛的如顆粒組成、密實度等指標。如何依據場地鉆探條件選擇鉆探辦法，讓獲得土樣所反映的地層巖性與該土層的真實狀況契合，不斷是勘察工作需求處理的問題。關于土層，在工程地質鉆探過程中決議成果精確性及牢靠性的條件主要表如今巖芯采取率和回次進尺率等方面。

巖心采取率：權衡巖石鉆探工程質量的一項重要指標，是鉆進采得的巖心長度與相應實踐鉆進尺之比。巖心采取率用系數δ來量度。

δ=(L2-L1)(L0-L3)

式中：L―本回次巖芯長度，m；

L1―上回次巖芯殘留長度，m；

L0一本回次進尺，m；

L3一本回次巖芯殘留長度，m；

回次進尺率：回次進尺的大小表征著兩重含義，即回次時間內純鉆進時間的長短。回次進尺率主要表征鉆進的機械效率，用系數η來量度。

η=(H2-H1)(H0-H1)

式中：H0―本回次鉆進完畢鉆孔深度，m

H1―上回鉆孔實踐深度，m；

H2―下回次下鉆后鉆孔實踐深度，m；

實踐鉆探工作中長期的觀測和總結得出，δ值在偏離1.0較大時，回次進尺率較低，鉆探效率及質量產生較大影響。相反，δ值在1.0左近區間變化時，回次進尺率η值在0.9～1.0之間。為了有效提高鉆探質量及效率，鉆探中關于硬塑、的土層選用回轉取芯鉆鉆進或錘擊取芯鉆探時，其δ、η值趨近于1.0；關于軟塑、自然密度較小的土層，用螺旋取樣鉆鉆進時，其值趨近于1.0。總結出鉆探條件與不同鉆探辦法的關系見表1。

在工程地質鉆探中，地層為碎石類土的狀況較為多見，也是工程地質勘查中較為繁瑣的地層之一。這種地層在力學性質上較不穩定，其根本特征是顆粒較多、無膠結，粒徑不均。在這種地層上進行鉆探工作時，較容易毀壞地層相對穩定狀態。為保證獲得精確的材料及保證鉆探質量，在這些地層中必需選用合理的鉆進辦法，采取先進的鉆進技術。因而鉆探辦法也多采用回轉取芯鉆進、錘擊取芯鉆進等綜合鉆進法。依據鉆探條件，來剖析所選用的鉆探辦法，能否能有效提高鉆探效率和提高鉆探質量。首先要剖析不同鉆探辦法在不同的密實水平、濕潤水平、粒徑和充填物中的適用狀況。1、關于松懈的卵碎石類地層，顆粒自在度較大，套入條件較好，容易鉆進，但是也容易坍塌，適用跟管鉆進，關于較密實的地層，其中顆粒自在度較小，鉆進中孔壁坍塌水平較小，適用于裸孔鉆進；

2、關于含水量較小的卵碎石層層，孔壁不容易發作坍塌，若其較密實，適用于裸孔鉆進，含水量較大的容易鉆進，孔壁也易坍塌，所以首先思索護壁要素，適用于跟管鉆進，當卵碎石空隙充填較多粘性土時，亦可用裸孔鉆進；

3、為獲得好的鉆進效果，綜合剖析卵碎石粒徑對鉆進的影響，選擇適宜的鉆具口徑。通常正常鉆進中常運用φ127鉆具或φ146鉆具，假如地層粒徑大于巖心管內徑或者鉆頭內徑，可適度增大鉆具口徑或運用小口徑鉆具，以破碎個體為目的進行鉆進；

4、關于卵礫石間多以粘性土充填的地層來說，其粘結力較強，鉆探工作中孔壁坍塌水平較小，宜用裸孔鉆進；關于卵礫石問多以沙類土充填的地層來說，其粘結力較差，應在鉆進中主要思索護壁問題。為避免用泥漿護壁有可能對地層進行分選，對現場鑒別增加艱難，并思索到這種辦法的效益等要素，不宜采用這種辦法。相比之下更常用套管護壁。

3 實踐鉆探工作中鉆探辦法的選取

在鉆探工作中遇到的地層，實踐狀況多為以上各單一條件的復雜綜合體，鉆探時需根據密實度、填充、含水率等的差別，在鉆探工作中依據鉆探條件，及時選用順應的鉆探辦法，以提高鉆探效率和鉆探質量。

1、遇到較為松懈的地層，含水率低，填充物多為粘性土時，回轉跟管鉆進，增加提鉆次數，以使回次進尺后起鉆便當。

2、遇到較為密實的地層，含水率低，填充物多為粘性土時，宜采用合金干鉆，回次開端時鉆進參數隨進尺的增加應逐步增加，同時，還應根據現場進尺的快慢水平來隨時調整鉆進參數。

3、遇到較為松懈的地層，含水率低且填充物中粘性土含量低時，鉆探宜運用跟管鉆進辦法。下管前用φ150鉆頭開孔，普通鉆入地層3～6m較為適宜，隨后用壓入、回轉后振動的辦法將套管下入。

4、鉆探中采取泥漿護壁可能使地層分選，將地層中細顆粒帶走，影響野外地層鑒別的精確性。當在卵碎石地層中鉆探時，應防止運用泥漿循環鉆進；當在地層較為松懈并且粘性土含量較低的場地鉆探時，可思索選用泥漿護壁。

4 結語

工程地質勘察是一個系統工程，通過合理調整和選用工程鉆探辦法，可以提高鉆探質量從而提高鉆探效率。