鉆探技術在工程地質勘探中的應用

諶 笛

（安徽省地質礦產勘查局324地質隊，安徽池州 247100）

隨著我國城市化進程加快與工程建設需求量加大，土地資源的合理利用已經引起廣泛重視，地質勘探技術可以利用技術手段實現對土地資源情況的全局把控，為后續施工工程提供安全性與實用性的保證。鉆探技術作為地質勘探技術的主要技術手段，利用鉆頭等工具對施工現場進行多維把控，為施工方案的設計提供依據。但由于我國經濟發展不平衡，部分區域在工程地質勘探中的鉆探技術還有待提高，亟須總結相關經驗理論以提供指導。因此，本文此次研究的內容和提出的策略對工程建筑建設現代化發展具有理論性意義，對推動我國地質勘探與鉆探技術發展具有現實意義。

1 工程地質勘探中鉆探技術概況

1.1 工程地質勘探

在工程施工環節中地質勘探的作用在于摸清工程施工前發展目標施工場地基層情況與地質隱患，為了能探測更深層的地質情況往往需要搭配鉆探技術來完成。隨著現代化工程施工的工藝與難度不斷加大，完備的工程地質勘探工作將為建筑工程的穩定性與安全性提供支撐，在現代地質勘探中勘探內容越發細致、測繪記錄越發精準、誤差分析越發完善。鉆探技術作為勘探工作的重要手段，提高了地質勘探工作的效率、準確度與代表性[1]。通過地質勘探中的鉆探技術使用，施工人員除了可以得到以水體、巖體數據為代表的地質參數，也可以通過相關的數據分析找到施工場地的環境變化特征，以向工程建設設計提供合理的參考并針對區域特點做出相應的風險預案。

1.2 鉆探技術特點

在工程地質勘探中，鉆探技術通過鉆探目標場地進行取樣與數據測量的方法展現出極強的效率性、準確性與代表性，因此也成為了工程地質勘探工作中的常用技術與代表技術。首先，鉆探技術講求鉆孔作業位置的專業性。鉆孔作業作為鉆探技術的基礎環節是鉆探技術對于整體施工地質環境把握的窗口與途徑，科學的鉆孔位置選擇決定了整體地質勘探工作的質量，相關技術人員應當統籌把握施工環境，通過精密的計算提前控制鉆孔位置，鉆孔位置不得偏離整體工程結構以確保最終勘探結果的代表性與有效性。其次，鉆探技術講求鉆孔作業深度的專業性。工程地質勘探作業具有極強的目的性，相較于以科研為目的的地質研究，工程地質勘探作業深度受到目標施工工程的功能影響，除了需要綜合考量深層地質結構的大型水利工程外，一般的工業或民用工程勘測深度不超過10m，同時由于工程地質勘探的側重點更加單一，多以地質穩定性為主，其勘測工藝更加粗略簡單且具有較強的針對性。再次，鉆探技術講求鉆探施工的嚴謹性。需要在施工勘測中嚴格控制回進次尺的長度，使其長度最小不低于2m 且最高不超過3m，在鉆孔過程中相關人員應根據鉆孔的結構進行觀測、編錄工作，并設置專人對于操作過程進行全面觀察，提高施工的專業性[2]。最后，鉆探技術講求鉆探作業的綜合性。鉆探作業的綜合性要求根據目標施工現場的實際環境做到因地制宜的差異化鉆探工作，在鉆孔環節開始前施工人員應當做好關于現場歷史數據的調查工作，其數據包含但不限于施工環境內部的水體分布、巖層布局以及地形地質分層情況等。在此基礎上所進行的鉆孔取樣環節中，施工人員應當確保取樣成分的清潔性與完整性，在作業進行中應當將工程對環境的影響最小化，避免鉆孔破壞巖層的穩定性或污染地下水。

1.3 鉆探技術現狀

在工程地質勘探過程中鉆探技術可以直接將地下土層結構取樣至地面，借此向施工團隊提供較為直觀的地質結構圖示。幫助相關施工企業對地基進行深入地了解，判斷是否存在一些不穩定因素影響建筑施工的質量與安全[3]。但隨著我國現代化建設的不斷發展，建筑工程的類型功能日益豐富，同時扶貧工程的推進使得在地質基礎環境較差的區域也開始開展工程建設，這無疑對目標施工環境以及工程地質勘探技術的水平造成了一定的壓力。鉆探技術作為工程地質勘探的代表技術優先傳遞出現代化轉型的信號，傳統鉆探技術已經無法滿足鉆孔施工的安全性、代表性與清潔性，因此現階段鉆探技術所面臨的最重要問題在于技術的改變與方法的升級，目前我國鉆探技術在發展中已經做出了相應的改變。

首先，在大型基礎設施建設工程中提升工程鉆探技術可勘探的最大深度。結合具體施工情況將AI技術與工程地質勘探技術相結合，使用自動化輔助鉆探技術的勘探精度與下沉力度，利用計算機實時監控工程地質勘探工作進程，大幅提升了勘探工作的專業性與技術性。其次，利用發達地區成熟經驗與先進技術帶動地方勘探施工技術的發展。施工單位可以通過大數據與互聯網云上數據共享技術獲取施工現場的歷史勘測數據，同時部分區域也可以利用發達地區勘測的成功技術經驗彌補區域發展不平衡的問題，向共同富裕總目標進發。最后，鉆探技術的科技含量被不斷增強。現階段我國施工行業現代化轉型升級仍在路上，相應時代創新發展的熱潮與實際工作的要求，工程施工單位關注與科研機構與高校的合作，以獲得最先進的技術設備以及與之配套的人才。

2 工程地質勘探中鉆探技術方法

2.1 鉆探方法

根據目標施工現場環境的差異性，所執行的鉆探方法也有所不用，根據我國地形總體特點在工程地質勘探中常用沖擊鉆探或回轉鉆探完成鉆探作業，在此基礎上為了工程施工管理的便利性鉆探方法又可細分為人力鉆探與機械鉆探兩大類別。其中機械回轉鉆探鉆孔深度較大，可直達地基巖石中心，并展現出極高的工作效率[4]。隨著科技的發展與全球化水平的提高，現階段在跨國工程建設中的加工成地質勘探鉆探方法更加強調綜合性，目前已有將液壓驅動、智能儀表、地質試驗與地質勘探結合的融合傾向。

2.2 取土方法

地質土壤取樣是工程地質勘探中鉆探技術的中心環節，通過觀察地質樣本不僅能直觀地獲取基層土層構成結構，也可以通過樣本試驗模擬工程土體在工程竣工后的物理力學作用下所發生的變動，可以基于地質成分的取樣調查，分析地質層的硬度[5]。但由于土層的含水量與密度不同，在取土器取樣過程中難免會出現由于土壤流動性所帶來的誤差，為了確保樣本的嚴謹性與針對性，現代工程主要采用三種固定原狀土樣的取土方法。第一，擊入法，擊入法適用于在土層較堅硬的目標環境中，取土器外設小孔同內外小錘共同深入地下，在具體取土過程中內外錘通過錘擊的方式交替使用輕錘多擊與重錘少擊的方式將取土器外土壤錘擊入取土器內，該方式的優勢在于取土過程中對土壤環境影響較小，且取土器械力度較大具有較高的取土效率。第二，壓入法，壓入法尤其針對軟基土壤，利用壓力作用通過取土器內的活塞與滑輪系統利用物理原理人為改變區域內部壓強，或是通過持續壓入或是通過斷續壓入的方式，將目標區域的土壤樣本壓入取土器內，該方式的優勢在于利用軟土層的性質使用較少的動力能源，起到最優的作用效果，需要注意的是為了最小限度地攪動土壤并保證取樣的連貫性，應當優先采用持續壓入的方式，在不能一次性持續壓入的情況下再采用斷續壓入的方式。第三，振動法，振動法主要利用振動機械對土壤周遭進行攪動進而將目標松散土樣利用取土器收集。

3 工程地質勘探中的鉆探技術應用

3.1 反循環鉆探技術

反循環鉆探技術根據循環介質的不同可以細分為水力反循環技術與空氣反循環技術，由于其低廉的成本與較豐富的使用經驗在現階段的鉆探技術中使用廣泛。在水力反循環技術中，水與泥漿構成循環介質，并在實際的鉆探作業中將有心鉆頭與泥漿與水的混合介質相融合，再一同傳輸至目標土壤井底后將柱狀巖芯擠回地面，并利用浮力進行鉆頭的回收。該項技術屬于逆向循環技術，可以通過較低的力量得到完整的巖體，且效率較高[6]。其使用優勢在于巧妙利用壓強、密度等物理原理，沒有運用較強的動力驅動就可以得到完整的巖體土壤樣本，整體而言勘探樣本取樣量大且樣本完整度較好。該項技術的使用局限性在于循環介質中使用的水資源數量巨大，在一定程度上會造成資源浪費，且在實際使用過程中由于對于鉆探使用動力不足其鉆探速度較慢。空氣反循環技術是水力反循環技術的升級版，克服了水力反循環對于水資源依賴與需求并采用空氣作為循環介質，其主要通過壓縮空氣的沖擊力誘導目標巖體附近的錘擊系統發揮作用，同時利用壓縮空氣的膨脹推力改變井底壓強，進而將巖體土壤樣本帶上地面。

3.2 繩索取芯鉆探技術

繩索取芯鉆探技術利用可重復拉起并下放的繩索完成巖芯的取樣，相比于傳統通過鉆桿取芯的方式避免了鉆探工程的重復搭建從而提高工作效率，同時使用繩索取芯為整體施工增加了更多的靈活性。在該技術中鉆桿與巖芯管長期非固定以持續發揮其應有的效應。該項技術的使用優勢在于鉆探技術使用過程中的持續性與穩定性，一般情況下使用繩索取芯鉆探技術無需將鉆桿深入較長的巖體中，繩索可以輔助鉆桿進行巖體樣本的抓起與挑選，避免了單一依靠井底沖力或吸力造成的管道堵塞或動力不足，在保證工程安全性的同時降低了工程成本[7]。同時鉆桿不進行與巖層過度深入與直接接觸，符合現階段可持續發展的理念，將施工工程對于自然的影響降到最低，因此該項技術尤其適用于一些對潔凈度要求較高且施工環境較為不穩定的探測項目。

3.3 液動潛孔錘鉆探技術

液動潛孔錘鉆探技術依賴于由沖擊液所驅動的液壓潛孔錘，其技術原理與傳統旋轉鉆技術類似，但其動力更足且工作效能更高。沖擊液沖擊液壓錘的同時激發液壓錘子內部的沖擊力與回轉力，并最終將能量導向至鉆頭處，強大的回轉力可以擊碎較為堅硬的巖石，適用于地質條件復雜且堅硬的區域[8]。該項技術的使用優勢在于其較強的鉆探力度與高效簡便的工作方式，在堅硬的巖石結構中展現出獨到的自我優勢。該項技術的使用局限性在于設備較為笨重，且在實際操作過程中機器工作負荷較大，因此為了延長設備壽命提高工作效率，在施工過程中需要選用具有順滑度較高且黏度較低的液壓泥漿充當潤滑劑以降低液壓錘的磨損消耗。

3.4 組合鉆探技術

組合鉆探技術強調以上三種技術的有機結合，在鉆探施工過程中產生優勢互補的協同效應。該項技術的使用優勢在于：①在節約人力物力的前提下最大化實現鉆探工作效率[9]。該技術將三種技術有機組合，最大化利用水力與壓縮空氣等可再生資源，減少驅動大型機械設備的能源浪費，解放勞動力與生產力；②可以根據施工現場實際特點，提高勘探技術在使用過程中的靈活性[10]。在對巖體土壤進行取樣時，由于工程要求差異與實際情況的多樣，將三種方式有機結合靈活運用可將三者取長補短，大幅提高工作效率，如若工程所要求的鉆孔深度較淺，雖然一般使用液動潛孔錘與鉆桿的配合將樣本壓出，但若巖體結構較易阻塞管道則可以利用繩索取芯鉆探原理將樣本取出，實現了真正意義上的優勢結合。

4 結束語

鉆探技術在工程地質勘探中具有復雜性與技術性，針對不同工程要求與條件選擇的科學鉆探技術將成為工程施工水平的體現與施工質量的保障。通過本文研究得知工程地質勘探與鉆探技術的特點為二者的結合提供了可能性，目前在工程地質勘探中常用的鉆探方法有鉆探方法與取土方法，常用的鉆探技術有反循環鉆探技術、繩索取芯鉆探技術、液動潛孔錘鉆探技術、組合鉆探技術。基于以上方法，本文提出了相應的技術要點。