新型直推式取樣鉆機(jī)與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的試驗(yàn)對(duì)比研究

熊甘霖，朱新偉，李小聰，2，徐 單，2

（1. 江西省核工業(yè)地質(zhì)局機(jī)械研究所，江西 南昌 330006 ；2. 江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì)，江西 鷹潭 335000）

近年來(lái)，隨著城市化水平的提高及城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)程的不斷推進(jìn)，工業(yè)場(chǎng)地污染對(duì)人類生存環(huán)境的影響日趨凸顯[1]，土壤環(huán)境問題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。依據(jù)《關(guān)于保障工業(yè)企業(yè)場(chǎng)地再開發(fā)利用環(huán)境安全的通知》（環(huán)發(fā)[2012]140 號(hào)）、《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)發(fā)[2016]31 號(hào)）等文件的要求，關(guān)停并轉(zhuǎn)、破產(chǎn)或搬遷工業(yè)企業(yè)原場(chǎng)地采取出讓方式重新供地的，應(yīng)當(dāng)在土地出讓前完成場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。因此為確定污染場(chǎng)地的污染物種類、污染程度及邊界情況，這就需要對(duì)污染場(chǎng)地土壤進(jìn)行取樣分析[2]。取樣鉆探是獲取淺層土壤樣品最有效的手段。

1 項(xiàng)目概況

傳統(tǒng)機(jī)械XY-30、XY-100 等型號(hào)機(jī)械鉆機(jī)，該鉆機(jī)以機(jī)械為動(dòng)力，以回旋鉆進(jìn)，巖芯管及薄壁采樣器采樣的方式進(jìn)行鉆探采樣，該方式鉆進(jìn)深度大，穿透力強(qiáng)，適用于多種地層的鉆探和采集完整土樣[3]。但該設(shè)備體積大多較大，拆卸搬運(yùn)耗時(shí)較長(zhǎng)，安全性能較差，采樣時(shí)存在擾動(dòng)破壞土壤樣品、噪音較大、效率低下等缺點(diǎn)。

新型直推式（Geoprbe）取樣鉆機(jī)包括推鉆、錘擊或振動(dòng)推進(jìn)鉆頭3 種。工作原理是在鉆進(jìn)過程中，遇阻力較小的時(shí)候給進(jìn)油缸產(chǎn)生靜壓力推動(dòng)變速箱沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)取樣裝置無(wú)回轉(zhuǎn)地進(jìn)入地層中；阻力較大或者無(wú)法靜壓進(jìn)尺的時(shí)候，振動(dòng)沖擊器產(chǎn)生沖擊力，配合靜壓入土的方式快速鉆進(jìn)成孔并取樣[4]。鉆機(jī)主要特點(diǎn)為：①可進(jìn)行聲頻鉆進(jìn)、聲頻和回轉(zhuǎn)組合鉆進(jìn)，地層的適應(yīng)性強(qiáng)；②可進(jìn)行非擾動(dòng)取樣，取樣質(zhì)量高，鉆進(jìn)效率高；③樣品無(wú)污染，樣品原狀性好；④可在粘土層、砂土層、含礫石地層鉆進(jìn)取樣，適用范圍廣；⑤鉆機(jī)裝載于履帶底盤上，行走方便[5]。

本次課題在污染場(chǎng)地調(diào)查中采用新型直推式取樣鉆機(jī)與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行采樣試驗(yàn)，從土壤取樣擾動(dòng)性和工作效率進(jìn)行對(duì)比研究。

2 實(shí)驗(yàn)工藝流程

GPS確定定位：使用經(jīng)校對(duì)合格的GPS高精度掌機(jī)按設(shè)計(jì)要求的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定孔位，并在確定的點(diǎn)位上插入紅旗做標(biāo)記。

圖1 工藝流程圖

平整場(chǎng)地：在標(biāo)記的點(diǎn)位處平整出5m×5m 左右的施鉆場(chǎng)地，場(chǎng)地應(yīng)平整穩(wěn)固，另需在施鉆場(chǎng)地較寬敞的一側(cè)，平整出存放土壤樣品的場(chǎng)地，鋪上塑料布，以避免土樣污染。

固定鉆機(jī)：把鉆機(jī)搬運(yùn)到孔位標(biāo)記點(diǎn)處，在鉆機(jī)底盤處鋪上木板，使機(jī)架周正平穩(wěn)，下放鉆具使鉆機(jī)中心與孔位標(biāo)記點(diǎn)重合，并用GPS 高精度掌機(jī)檢查孔位標(biāo)記點(diǎn)的準(zhǔn)確度和對(duì)孔精度，同時(shí)檢查鉆探設(shè)備安裝是否安全穩(wěn)固，以及鉆機(jī)及相關(guān)配套設(shè)施是否完好。

施工鉆進(jìn)、取樣后試驗(yàn)測(cè)試：在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)取樣深度要求定點(diǎn)定位取樣，同時(shí)利用便攜式X 熒光土壤重金屬分析儀（XRF）、VOC 直讀儀（PID）對(duì)直推式取樣鉆機(jī)與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)所取土壤樣品進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)在記錄表中記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

恢復(fù)場(chǎng)地：鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，并完成所有取樣任務(wù)以及其他相關(guān)工作后，由采樣人員出具鉆孔合格確認(rèn)單，將鉆機(jī)及其附屬設(shè)施搬離施工場(chǎng)地，在孔口用專用標(biāo)記樁標(biāo)記孔號(hào)，以備查驗(yàn)。最后恢復(fù)場(chǎng)地地坪，使其無(wú)明顯坑溝后，進(jìn)入下一試驗(yàn)點(diǎn)施工。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 工作效率對(duì)比

本課題對(duì)同一實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地實(shí)施了7 天的現(xiàn)場(chǎng)取樣工作，鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，在第一個(gè)鉆孔開鉆前要進(jìn)行設(shè)備清洗；進(jìn)行連續(xù)多次鉆孔的鉆探設(shè)備應(yīng)進(jìn)行清洗；同一鉆機(jī)在不同深度采樣時(shí)，應(yīng)對(duì)鉆探設(shè)備、取樣裝置進(jìn)行清洗；與土壤接觸的其他采樣工具重復(fù)利用時(shí)也應(yīng)清洗。在鉆孔達(dá)到所需深度后，獲取原狀土樣，按從上到下的順序擺放于巖芯箱內(nèi)。

表1 XRF 測(cè)試結(jié)果一覽表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，新型直推式取樣鉆機(jī)共施工土壤采樣點(diǎn)52 個(gè)，傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)共施工土壤采樣點(diǎn)32 個(gè)，通過對(duì)比，新型直推式取樣鉆機(jī)的取樣效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

3.2 土壤取樣擾動(dòng)性對(duì)比

分別在孔深20、100、200、300、400cm 處利用便攜式X 熒光土壤重金屬分析儀（XRF）、VOC 直讀儀（PID）對(duì)新型直推式取樣鉆機(jī)與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)所取土壤樣品進(jìn)行測(cè)試，并記錄。根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)識(shí)別和判斷土壤取樣的擾動(dòng)性，本次共測(cè)土壤點(diǎn)5 個(gè)，樣品數(shù)共計(jì)50 個(gè)，PID 檢測(cè)數(shù)值均較低，絕大部分樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)為0，XRF 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。土壤取樣點(diǎn)中Pb 和Cd的散點(diǎn)圖見圖2。

圖2 新型直推式取樣鉆機(jī)（左）與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（右）土壤樣中Pb、Cd的散點(diǎn)圖

從圖2 可以看出，由新型直推式取樣鉆機(jī)取出的樣品淺層樣至深層樣檢測(cè)因子呈規(guī)律性變化，且變化較明顯，說明土壤取樣不受擾動(dòng)性，取得樣品無(wú)交叉污染；而由傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆機(jī)取出的樣品淺層樣至深層樣檢測(cè)因子大致呈規(guī)律性變化，但變化不明顯，有的深層樣檢測(cè)數(shù)據(jù)甚至大于淺層樣檢測(cè)數(shù)據(jù)，說明土壤取樣受擾動(dòng)性較大。

4 結(jié)論

本課題選取同一污染場(chǎng)地，分別利用新型直推式取樣鉆機(jī)與傳統(tǒng)地勘回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行采樣試驗(yàn)，從土壤取樣擾動(dòng)性和工作效率進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明：

（1）新型直推式取樣鉆機(jī)的取樣效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

（2）新型直推式取樣鉆機(jī)直推連續(xù)密閉無(wú)擾動(dòng)取樣、取得樣品無(wú)交叉污染，傳統(tǒng)地勘回轉(zhuǎn)鉆機(jī)取得的樣品受擾動(dòng)性較大。

因此，隨著人們對(duì)生存環(huán)境的要求越來(lái)越高，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，取樣鉆機(jī)作為環(huán)境污染調(diào)查的重要裝備，在未來(lái)必將獲得較大的發(fā)展，會(huì)更輕便，噪聲小，效率更高，能適應(yīng)復(fù)雜污染場(chǎng)地。