城市地質鉆探技術

豐 濤

（河北省地礦局第三地質大隊，河北張家口 075000）

1 概述

2019年開始實施的張家口市主城區城市地質調查對河北地質三隊來說是一項全新的工作，城市地質鉆探是這項工作的基礎，而其中的綜合孔施工既是重點也是難點。城市地質鉆探的工作對象主要為第四紀覆蓋層，而張家口市主城區內的覆蓋層主要由砂卵石、砂礫石組成，以往河北地質三隊在砂卵石、砂礫石層內鉆探取得的巖芯采取率偏低，不能反映完整的地層組成。

為在施工城市地質調查鉆孔時取得較高巖芯采取率，我們分析了各種在覆蓋層內鉆進取芯技術，結合張家口主城區的地層及現有設備，以取芯鉆具及泥漿類型為主要研究內容，經過比選最終采用了可防泥漿反向流動的半合管取芯鉆具、底噴式金剛石鉆頭和植物膠泥漿。鉆進時根據取芯效果和孔壁穩定性，及時調整泥漿性能，達到了平衡地層壓力、穩定孔壁、堵塞地層孔隙和提高巖芯采取率的目的。每個鉆孔的全孔平均巖芯采取率均達到90%以上，最高的達96.59%。下了孔口管后以一種鉆具就可實現終孔，簡化了鉆進工藝。從四月下旬至九月初，施工了四個綜合孔，完成的工作量為891.70m，施工的最深孔為339.45m。河北地質七隊承接張家口城市地質鉆探任務，開始采用常用的聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀泥漿，巖芯采取率達不到地質要求，從河北地質三隊取經后順利地施工了兩個綜合孔，完成的工作量為613.56m，施工的最深孔為344.56m。

2 工作區地質特征

張家口市城市規劃區地下空間資源豐富，主城區地處柴溝堡—宣化盆地東北部山前地帶，基底由太古界片麻巖、侏羅系上統張家口組火山巖和白堊系下統青石砬組碎屑巖構成。盆地基底為一由北向南和由西北向東南傾斜的U 形槽谷，谷長43km，寬2.5～7.8km，其中堆積有巨厚的第四系松散沉積物，厚度變化較大。第四系松散層厚度小于50～300m，主要是第四系沖洪積物、坡洪積物和沖積物。上部為第四系上更新統—全新統亞粘土、黃土狀土和砂礫卵石、砂、砂碎石；下部100m以下為第四系中更新統棕紅色亞砂土、亞粘土、砂礫石和卵礫石含粘性土。工作區地下水位20～＞50m。

3 鉆探設備

鉆機：XY-44 型，泥漿泵：BW-250 型，動力機：100kW發電機組，鉆塔：AG-13-20型（斜直兩用，塔高13m，最大承載200kN），NY-3型擰管機。

4 鉆進工藝

4.1 鉆進方法和鉆具組合

（1）開孔時采用硬質合金鉆進工藝，鉆進至4m 后下入?127mm 套管護壁。鉆具組合：?50mm 主動鉆桿+?60mm鉆桿+?127mm巖芯管+?130mm硬質合金鉆頭。鉆進技術參數：鉆壓3～5kN、轉速80r/min、泵量30L/min。

（2）下入?127mm套管后，采用金剛石鉆進工藝進行鉆進。鉆具組合：?50mm主動鉆桿+?60mm鉆桿+接頭（內設單向閥）+異徑接頭（帶取粉管）+?108mm巖芯雙管（內管為半合管）+?133mm 孕鑲金剛石鉆頭。鉆進技術參數：鉆壓5～12kN、轉速80～150r/min、泵量30L/min。

4.2 沖洗液與護壁堵漏措施

（1）使用膨潤土植物膠泥漿，配方為：淡水＋4%膨潤土＋13%～15%ZT植物膠＋0.3%～0.4%火堿。

（2）鉆進ZK6 孔上部含水砂層時孔壁出現輕微的坍塌，隨即增大植物膠的加量并加少量聚丙烯酰胺，進一步加大泥漿的粘度而穩定了孔壁。

（3）發生輕微漏失時在泥漿中加入隨鉆堵漏劑。鉆進ZK2 孔上部74～86m 層段時出現嚴重漏失，隨后人工向孔內投入粘土球而堵漏成功。

5 供水

在鉆場附近挖蓄水池，用塑料布防滲水，就近從機井內抽水，注入池內備用，再用水泵將水壓送到鉆場。

6 鉆探質量要求及保證措施

6.1 工程質量指標

（1）巖芯采取率要求：粘性土、完整基巖層平均采取率不低于80%，單層不低于70%；砂類土層平均采取率不低于60%，單層不低于50%；風化巖層、構造破碎帶平均采取率不低于50%，單層不低于40%；松散砂礫卵石層平均采取率不低于50%

（2）無巖芯間隔要求：粘性土層不超過1m，其他地層不超過2m。

6.2 質量保證措施

（1）安裝設備時確保鉆機達到水平、穩固；確保鉆機工作時立軸角度為90°。

（2）將泥漿泵處于中間位置的皮碗卸掉，泥漿泵兩缸工作，減小鉆進時的泵量。

（3）使用胎體硬度為HRC35-38、濃度為100%、工作層高10mm 的底噴式孕鑲金剛石鉆頭，使用性能良好的卡簧，防止打單管和巖芯脫落。

（4）在將雙管取芯鉆具下入孔內前要檢查內管的單動性能，及時更換損壞的軸承。

（5）鉆進時，不打懶鉆，發現巖芯堵塞立即提鉆取芯。

6.3 封孔

各孔均用水泥漿封閉含水砂層以上的孔段，水灰比0.5，用泥漿泵和鉆桿將水泥漿泵入孔內。

7 取得的成果

取得的主要技術指標見表1。

表1 鉆探技術指標表