論地質鉆探技術在海水域工程的方法措施

周小純

[摘要]文章結合工程實例，介紹了海域勘察項目鉆探施工的工藝技術以及一些技術難題的解決辦法，并總結出一套較實用、經濟和安全的海上鉆探方法和技術措施。

[關鍵詞]海域 工程地質勘察 鉆探船 潮差 定位 技術措施

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-464-2

隨著城市建設的快速發(fā)展，港口、碼頭、跨海大橋等建設項目逐漸增多，相應的海上工程勘察項目也日益增多。通過海域鉆探實踐，在總結經驗教訓的基礎，摸索出一套較為實用、經濟和安全的海上鉆探方法和技術措施，取得了一定的經濟和社會效益?，F(xiàn)介紹如下，以供借鑒。

1施工前準備工作

海域勘察成本高、風險大，應根據(jù)工程勘察的目的和技術要求，做好前期的準備工作：將施工作業(yè)位置、作業(yè)時間、施工船只和人員名單等上報當?shù)睾竭\監(jiān)督部門，申請辦理海域施工許可證，并在當?shù)貓蠹埌l(fā)布相關通知；收集資料，了解海況，盡量避開臺風季節(jié)和雨季施工；抽調精干人員、利用良好的設備組建項目部，制定經濟安全的技術措施和施工組織計劃。

2設備及鉆探船的選擇與安裝

根據(jù)海上鉆探的施工經驗，鉆機應有足夠動力和較小自重，一般選擇XY- 1A 型液壓巖心鉆機，最大鉆孔深度100m，能滿足淺海水域鉆探要求。一般勘察單位不具備投資專業(yè)鉆探船的能力，臨時租賃費用也高，主要采用民用運輸船進行簡單改造。鉆探船的噸位需根

據(jù)水文情況、孔深及設備等確定，一般為60～120t。另據(jù)經驗，采用單船比雙船并聯(lián)搭建平臺具有成本低、拆裝簡單、移動靈活、安全方便等特點。安裝時，先在船艙內壓載，均勻裝載石塊或砂袋等，直至船舷和水面距離約1.0m，以增加船的穩(wěn)定性。平臺安裝在船舷比船尾具有作業(yè)面寬、操作方便、錨固容易等特點，安裝時采用砂袋對邊壓載，工字鋼向外延伸，鉆機面向海。用2～3 根鋼絲繩將鉆塔上部與船舷處拉緊固定，以增加鉆機的穩(wěn)定性和安全性，并在立軸前方留一小凹口，上鋪活動墊板，以便鉆探船離、進位時套管能順利進出。一般錨按5 只布置，水流平穩(wěn)時主錨一只，前錨兩只，后錨兩只；在急流中船頭再加一只主錨，兩側如有風浪沖擊則加邊錨。錨繩為Φ12.5～16mm 的鋼絲繩，拋在水中長度不宜小于水深的6～8倍。拋錨時應注意船中心線方向要與水流方向一致，且在船首向主流（或主要風浪）方向拋主錨。

3鉆探船拋錨定位

因受海況影響，鉆探船拋錨定位時應盡量選在漲潮或落潮的平水期，此時水流速度最小，拋錨定位較容易，花費時間短，能保證套管打入水下的垂直度及鉆探質量。鉆孔定位可根據(jù)其離岸的遠近分別采用全站儀放點和GPS 定位。當距離海岸≤3km 時，在岸邊控制點架設全站儀，測工持棱鏡及浮標乘交通船緩慢行駛至欲測孔處，測出大概位置，其誤差范圍控制在10～20m，將浮標投入水中。將鉆探船開至浮標附近，將主錨和前錨拋定，收緊錨繩逐漸向浮標靠攏，然后將后錨和邊錨拋定。再將棱鏡置于立軸處，通過多次測量和調整錨繩長度，使鉆機精確對位。我們在勘察泉州灣跨海大橋時，由于離岸近且風浪較小，故采用尼康DTM- 352C 全站儀進行放點。當距離海岸> 3km時，采用動態(tài)GPS 法測定孔位。在岸上控制點安置一臺GPS 差分定位儀，在交通船上安置GPS 導航儀測孔位。同上法拋浮標和鉆探船就位，再將導航儀置于立軸處指揮鉆機精確對位。

4鉆探工藝技術的綜合運用

在實踐中，我們通過對現(xiàn)有工藝進行潛力挖掘和突破常規(guī)的綜合運用，保證了勘察工作的順利進行。

4.1減少潮差影響的措施

（1）建立潮汐水位觀測站，派專人觀測記錄海水位，使用對講機或無線電話在起、下鉆時即時通報水位，以便準確計算，消除潮差對層位判斷的影響。

（2）鉆探船定位后，首先下保護套管。下保護套管目的是導向定位，將其打入淤泥層底部使其固定。在水深流速大處下套管，管柱被沖彎或其下部被水流沖向下流而偏離孔位，可采用保護繩把管柱下部拉住，使其垂直，保護繩采用Φ10mm 左右的鋼絲繩，一端拴管柱中下部，另一端固定在船上絞車，在船頭固定一滑輪變向，從上游拉住套管。

（3）套管接近孔口處應用0.2～1.2m的短管連接，便于因水位漲落隨時接卸，減少潮差對施工時間的限制，同時減輕工人勞動強度。保持套管口高于機臺面0.2～0.4m。

4.2多層套管跟管鉆進

海底多為第四系海相沉積物所覆蓋，鉆探過程中鉆孔易坍塌，直接影響施工進度及質量，應多層套管跟管鉆進，多套管級配為Φ146、127、108mm（保護套管為Φ168mm）。其中用Φ130mm口徑開孔，Φ146mm套管跟管施工至卵礫石層面；用Φ110mm鉆具Φ127mm套管跟管施工至穿過卵礫石層；Φ108mm 管為備用管，在Φ127mm管無法跟管的情況下用設計允許的最小口徑（Φ91mm）鉆具鉆進，使之跟管施工至穩(wěn)定層面。多套管設置分擔單層管的管壁阻力，使跟管、拔管能順利進行。

4.3多種取心工藝的綜合應用

海底多為第四系海相沉積物所覆蓋，根據(jù)其性質采用不同的鉆進方法，才能做到地層界限準確清楚，孔內清潔，取樣不用清孔，土樣不受擾動等。

（1）軟弱土層如淤泥、流—軟塑性土、淤泥質砂土等，含水份多，軟而塑性強，易被擾動。鉆進時應采用薄壁取土器，用立軸液壓壓入，回次進尺控制在0.5～1.0m；套管能自動跟進，但要控制其超前量，以免影響取原狀土樣。

（2）砂層采用活頁、半活頁鉆頭取心，其取心率能夠達到75%以上。

（3）卵礫石層：有一定粘結性，用小一級鉆具先鉆進3～5m，再下套管，反復進行；在松散地層，先將套管打下2～3m，再用小兩級的鉆具進行掏心，掏空再插管。應用帶喇叭形鋼絲鉆頭或半活頁鉆頭的普通巖心管，其取心率能夠達到75%以上。

（4）可塑—硬塑粘性土、全風化層采用上下對開長槽的巖心管，45°內喇叭鉆頭錘擊鉆進取心，其取心率能夠保證達到90%以上。

（5）強、弱風化層采用干鉆或投卡取心，其取心率能夠達到85%以上。

（6）微風化層采用投卡取心，其取心率能夠達到90%以上。

5安全措施

（1）鉆探船應設有施工作業(yè)標志的旗幟及信號燈，錨頭上應拴撈繩，撈繩長度大于水深1～2m，其尾部拴系浮筒、旗幟或信號燈，避免往來船只靠近作業(yè)區(qū)拖斷錨繩。

（2）船上備有救生圈和救生船，作業(yè)人員必須穿救生衣，船舷處焊上鐵圍欄，夜間配備發(fā)電機照明，防止作業(yè)人員不慎落水。

（3）隨時檢查錨繩及保護繩的松緊情況，并根據(jù)水位的漲落及時調整其長度，放置鉆具要隨時考慮到鉆探船的平衡，勿使偏重。

（4）密切關注氣象、水文預報，委派專人按時收聽天氣預報，遇暴風雨船只擺動劇烈時，應迅速停鉆并提出孔內鉆具，移開活動墊板將套管撤出，鉆探船開回避風港灣。

6工程實例

在泉州灣跨海大橋勘察中，泉州灣屬亞熱帶海洋季風氣候，雨季多集中5～9 月，降雨量為1200～1300mm，臺風多集中7～9 月，潮汐屬規(guī)則半日潮流。根據(jù)當?shù)刭Y料，橋位區(qū)潮汐的平均潮差為 5.55m。從2010 年5 月27日水上鉆探開始，2010年8月5日結束，共投入 12 個鉆探施工平臺，自備動力，6只交通船，人員安排分工明確，各負其責，相互配合，保證了施工的順利進行。共完成鉆孔83 個，孔深14.5～23.5m，鉆探總進尺3123m，巖芯采取率在堅硬完整的巖層中大于85%，在強風化、 破碎的巖層中大于 65%。黏性土地層不小于 85%，砂類土地層不小于 65%。質量完全滿足勘察要求。

7結語

實踐證明，按上述方法和技術措施在淺海水域進行鉆探，操作簡便，安全高效，既能節(jié)省租船費用，又能提高鉆探精度。這是借鑒前人的經驗和教訓，對現(xiàn)有設備、工藝進行大膽改裝和綜合利用的有效嘗試，對類似的工程具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]劉廣志. 特種鉆探工藝學[M]. 武漢： 中國地質大學出版社，1992.

[2]郭守忠 水利水電工程勘探與巖土工程施工技術 中國水利水電出版社，2003.04.

[3]泉州灣跨海大橋工程地質綜合勘察報告 廣東核力工程勘察院，2010.10.