工程地質(zhì)勘探中的鉆探技術(shù)應(yīng)用

王雪春　姜新華　胡保忠

摘要：在建筑行業(yè)高速發(fā)展的今天，施工中需要面對越來越多的質(zhì)量問題以及安全問題，尤其對于施工以前的勘探工作而言。鉆探技術(shù)作為地質(zhì)勘探的主要施工方法，不但可以確保施工團(tuán)隊隨時掌握施工所在地的地質(zhì)特點(diǎn)，還可以提高建筑工程的完成效率以及總體工程的品質(zhì)。文章對工程地質(zhì)勘探中的鉆探技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：建筑工程；地質(zhì)勘探；鉆探技術(shù)；建筑行業(yè)；工程質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU195 文章編號：1009-2374（2016）30-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.072

我國地大物博、資源豐沛，并且可利用的土地類別較多。我國通過全面發(fā)展，尋找更為適宜的方式進(jìn)行有效運(yùn)用，可是我國人均土地資源占有量過低，所以應(yīng)當(dāng)有效運(yùn)用土地資源，持續(xù)打造新能源。因此需要運(yùn)用工程資源，而且還需持續(xù)研發(fā)新的能源，運(yùn)用工程地質(zhì)勘察內(nèi)鉆探技術(shù)為我國給予更加豐富的礦產(chǎn)能源。并且我國在經(jīng)濟(jì)方面依舊處在發(fā)展時期，所以應(yīng)當(dāng)多加參考其他發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的鉆探技術(shù)。

1 工程地質(zhì)鉆探中的常用方法與設(shè)備

在工程地質(zhì)鉆探的方法和設(shè)備的選擇方面，需要通過施工所在地的地質(zhì)特點(diǎn)執(zhí)行。鉆探的方法較多，在工程地質(zhì)勘探中時常運(yùn)用沖擊鉆探和回轉(zhuǎn)鉆探的方式。鉆探方法如果通過動力來源進(jìn)行區(qū)分，能夠分成人力鉆探、機(jī)械鉆探，而最普遍的方式則為機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆探方法，這是由于其效率較高、鉆孔較深、較易獲取巖心。當(dāng)前，全球均在持續(xù)探尋鉆探技術(shù)，并且逐步將全液壓驅(qū)動、儀表控制、測試以及勘探等方式相結(jié)合進(jìn)行。在勘探工程地質(zhì)的過程中，為了探尋工程土體在物力力學(xué)方面的性質(zhì)，則需融合勘探工作對于原狀土樣采取的集合，會被諸多因素所影響，而影響最大的則為取土器，取土器適合用于獲取黏性土的原狀土樣。在獲得砂類土、飽水軟黏土?xí)r則較為艱難，應(yīng)當(dāng)選擇特殊的取土器。采取原狀土樣的方法有以下三種：（1）擊入法?？梢詫^硬土層在取樣的過程中進(jìn)行運(yùn)用，還能夠分別在孔的內(nèi)外通過輕錘多擊的方法和重錘少擊的方法進(jìn)行。經(jīng)過實(shí)際操作后能夠看出，孔內(nèi)重錘少擊的方法的取樣效果較好，土樣擾動并不明顯，且在效率方面較為理想；（2）壓入法。可以用在獲取較軟土層當(dāng)中，能夠分成持續(xù)壓入和斷續(xù)壓入。持續(xù)壓入是通過活塞油壓筒或鋼繩滑輪進(jìn)行結(jié)合，把取土器一次性迅速均勻壓進(jìn)土里，土樣具有較小的擾動，在通過持續(xù)壓入法不能把取土器壓進(jìn)土層時，可以通過斷續(xù)壓入的方式進(jìn)行操作；（3）振動法。進(jìn)行振動鉆進(jìn)的操作時，可通過振動器振動的狀況將取土器壓進(jìn)土內(nèi)，這一方式會對土樣周遭有較大的擾動。

為保障土樣具有良好的品質(zhì)，不僅在挑選取土器時需要進(jìn)行正確的選擇，而且還應(yīng)當(dāng)注重鉆探的方法、鉆孔時的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行的方式、孔中的殘土清除以及土樣如何進(jìn)行正確封存及正確運(yùn)輸。

2 工程地質(zhì)勘探鉆孔類別及適宜因素

對于鉆孔的類別而言，包含了鉆孔的方位和角度。鉆孔角度指的是鉆機(jī)立軸鉆桿以及地平線的夾角，因此被稱作鉆孔的傾角。對于勘探工程地質(zhì)而言，為了獲取豐富的地質(zhì)材料且降低了鉆探的工作量，對于鉆進(jìn)的方位而言，應(yīng)當(dāng)接觸各種巖性。

2.1 直孔

直孔的傾角是90°。對于工程地質(zhì)鉆探而言，這一類型的孔大多運(yùn)用于尋找?guī)r漿巖、巖石、基巖的緩傾角度、厚度和性質(zhì)的斷裂及沉積，而對于壓水測驗的鉆孔而言，大多運(yùn)用鉛直孔進(jìn)行執(zhí)行。

2.2 斜孔

斜孔的傾角應(yīng)當(dāng)小于90°。在鉆孔傾角小于90°時，應(yīng)當(dāng)闡明鉆孔具體的位置。例如對于沉積巖的巖層而言，當(dāng)其通過鉆探技術(shù)進(jìn)行操作時，鉆孔在角度方面更應(yīng)當(dāng)超出65°，在鉆進(jìn)時需要選取巖層斷層帶反向的點(diǎn)。斜孔勘探大多使用在水電以及水利工程方面的地質(zhì)勘探中，如此則十分有利于掌控水利工程的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。假如對于峽谷乃至河床等一些較窄的工程而言，則應(yīng)當(dāng)通過斜孔鉆進(jìn)的方式進(jìn)行，如此不但能夠有效掌控河床的構(gòu)造，還可以免除在河的核心位置較難布孔的狀況。

2.3 水平孔

水平孔在傾角方面來講，大多數(shù)為0°。水平孔普遍用于平銅以及石門的延伸方面，可以對河谷的斜坡處用來勘探岸坡地質(zhì)構(gòu)造。

2.4 定向孔

對于工程地質(zhì)勘探而言，依照工程地質(zhì)的真實(shí)狀況，通過一些較為先進(jìn)的技術(shù)方式，使得鉆孔的方向因為深度的轉(zhuǎn)變而變化，從而進(jìn)行鉆孔的定向鉆入，定向鉆孔在角度方面需要大于60°。在對上緩下陡一類的巖層進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，鉆孔需要具有一定的深度間距，如此才可以在相同的鉆孔中掌控多個定向孔，在同一個巖石層進(jìn)行鉆入，定向鉆孔的方位應(yīng)當(dāng)與巖石層呈現(xiàn)垂直的狀態(tài)。定向鉆孔的工藝操作從環(huán)節(jié)上來講較為復(fù)雜，在運(yùn)用時可以采取一個鉆孔中掌握不同定向分支孔的方法，對鉆孔進(jìn)行定向。

3 鉆探技術(shù)方面的應(yīng)用

地質(zhì)的鉆探技術(shù)指的是對于地下鉆孔而打碎巖石的一個施工方法。地質(zhì)的鉆探技術(shù)是對地下巖層各個方面評估的一種檢驗方式。由于受到鉆探目的不同影響，所以在采用鉆探的工藝和鉆探使用的設(shè)備方面存在一定的差別。我國目前的鉆探技術(shù)投入了較大的人力、物力、財力，使得我國在鉆探的技術(shù)層面逐漸形成了一個較為完善的技術(shù)體系。對于地質(zhì)的勘測，時常運(yùn)用繩索取心、全新節(jié)水鉆探、反循環(huán)鉆探等技術(shù)。

3.1 繩索取心技術(shù)

此種技術(shù)無需通過鉆桿則能夠直接取出巖心，假如將此種技術(shù)使用在鉆桿當(dāng)中，僅在鉆頭產(chǎn)生問題或需更換時才進(jìn)行運(yùn)用，其主要方面為通過巖礦心將巖心管填滿或在鉆桿出現(xiàn)問題時，能夠通過繩索取心技術(shù)進(jìn)行解決，通過將鉆桿內(nèi)的巖礦心取出，在無需提高鉆桿的前提下，則能夠順利完成。當(dāng)前運(yùn)用最為普遍的為此種技術(shù)，這是由于這一鉆探技術(shù)的鉆進(jìn)深度較低，工作效率較高，能夠提升鉆進(jìn)效率，節(jié)約鉆具升降所耗費(fèi)的時間，并且也規(guī)避了鉆桿與鉆心相互間的摩擦，延長了設(shè)備的使用時間。繩索取芯技術(shù)因為具有諸多優(yōu)勢，因此獲得了廣泛的運(yùn)用。

3.2 反循環(huán)鉆探的技術(shù)

首先，水力反循環(huán)的鉆探技術(shù)。此技術(shù)通過泥漿或水作為介質(zhì)，通過與空氣反循環(huán)技術(shù)相同的循環(huán)形式，經(jīng)由鉆桿把介質(zhì)送到孔底，鉆頭將巖心取出輸送回地面。

其次，空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)。其將壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，通過雙臂鉆桿外觀將這些壓縮空氣輸送到鉆孔底端，空氣在壓縮環(huán)境中急劇膨脹，形成相應(yīng)的沖擊力，孔底潛孔錘則會在巖石上進(jìn)行作用，在空氣作用之后，孔底潛孔錘則能夠再次透過鉆桿的核心返回地面，這一經(jīng)過則會攜帶巖心的巖屑，通過分析巖屑，能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)分析的目的。

反循環(huán)技術(shù)較為符合運(yùn)用于地質(zhì)勘察取樣工程當(dāng)中，這一方式能夠?qū)^為松軟、塌陷底層進(jìn)行勘察，還能夠?qū)λ乃蜉^為繁瑣的注漿進(jìn)行勘察，經(jīng)由鉆桿隔空性判斷孔底狀況，以便順利成功。

通過把空氣當(dāng)作介質(zhì)所投入的勞動強(qiáng)度以及成本均較低，能夠提升鉆探效率，可以判斷巖層的變化，較為符合缺水的干旱地區(qū)?？墒沁@一方式是透過獲得巖屑來當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)，如此則無法真實(shí)體現(xiàn)出底層結(jié)構(gòu)和不足之處。在水利反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行巖心的鉆取時則較為完善，具有較高的取心品質(zhì)，工人施工的勞動強(qiáng)度不高，能夠較為準(zhǔn)確地判斷巖心，可是鉆進(jìn)的速度與效率卻無法令人滿意，并且耗能較大。

3.3 液動潛孔錘鉆探技術(shù)

液動潛孔錘鉆探技術(shù)在我國獲得廣泛的運(yùn)用，技術(shù)較為成熟，尤其在回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)方面。回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)指的是轉(zhuǎn)盤、回轉(zhuǎn)器、動力頭等設(shè)施對鉆桿進(jìn)行驅(qū)動，從而拉動鉆頭進(jìn)行回轉(zhuǎn)。通過軸向的鉆頭會令壓力過大，回轉(zhuǎn)中會將巖石擊破，從而將巖心取出，形成鉆孔，回轉(zhuǎn)中的速度會由于鉆機(jī)的差異而并不相同，通常石油鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)160r/min，金剛石鉆機(jī)在2400r/min以內(nèi)。液動潛孔錘技術(shù)轉(zhuǎn)變了鉆頭能量的驅(qū)動方式，透過沖洗液使液動潛孔錘受到?jīng)_擊，則會將能量轉(zhuǎn)移至鉆頭，從而令鉆頭產(chǎn)生軸向壓力，沖液壓能夠經(jīng)由現(xiàn)場泥漿泵進(jìn)行配送，在回轉(zhuǎn)力以及沖擊力的作用下，較大地提升了鉆孔的作用，減少了打孔的成本，較為適合用在巖石硬度較高、抗剪力較強(qiáng)中。

3.4 組合鉆探技術(shù)

這是一項對于繁瑣地形構(gòu)成的工藝，其融合反循環(huán)取樣以及繩索取心的技術(shù)，從而獲得較為綜合的鉆探工藝，具有較大的應(yīng)用性。這一構(gòu)成可以與地質(zhì)環(huán)境所結(jié)合，對繁瑣地質(zhì)環(huán)境也能夠使用，并且提升了鉆探的效率，減少了工程的成本。

3.5 新型鉆探技術(shù)

在科技發(fā)展當(dāng)中，眾多新型材料與工藝使用于鉆探技術(shù)當(dāng)中，新型鉆探技術(shù)通常為改進(jìn)鉆探頭，通過超聲波技術(shù)打造金剛石鉆頭，這一方式較為適合用在干旱地區(qū)，通過改進(jìn)鉆頭，可以令效率顯著提升，延長使用的時間，并且新型沖洗液也屬于新型材料，新型沖洗液可以降低沖洗液在鉆桿中的殘留。

4 結(jié)語

總而言之，工程地質(zhì)施工對勘探的品質(zhì)以及工程的施工品質(zhì)具有較大的影響。只有提升工程施工質(zhì)量安全，才能夠令工程地質(zhì)勘探構(gòu)造更加精準(zhǔn)。當(dāng)前需要對鉆探的技術(shù)在投入方面加大力度，掌握更多有關(guān)于鉆探技術(shù)方面的知識，以此有效提升鉆探技術(shù)。

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