巖質(zhì)滑坡體鉆探施工技術(shù)淺析

侯順威+何翔

摘要：主要介紹了巖質(zhì)滑坡體鉆探施工相關(guān)技術(shù)，對(duì)滑坡復(fù)雜地層的的施工難點(diǎn)，制定鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)措施。以浙江省遂昌縣蘇村滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查設(shè)計(jì)鉆探施工為例，淺析該項(xiàng)目在鉆探施工過程中所采取的鉆探施工工藝。

關(guān)鍵字：復(fù)雜地層鉆探；蘇村滑坡；套管護(hù)壁；跟管鉆進(jìn)；繩索取芯

1.項(xiàng)目概況

1.1項(xiàng)目由來

受臺(tái)風(fēng)“鲇魚”集中強(qiáng)降雨作用的影響，2016年9月28日17時(shí)28分，遂昌縣北界鎮(zhèn)蘇村（破崩壇）東北側(cè)山體發(fā)生滑坡，大量滑坡物質(zhì)滑出以后，沿途刮鏟并推動(dòng)山麓地帶原有崩積物，沖毀和掩埋下方村莊，堆積至對(duì)岸山體，堵塞河道形成堰塞湖。

1.2鉆探目的、任務(wù)

本次滑坡勘查工作的目的主要是查明滑坡體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征及滑體厚度、滑床物質(zhì)組成及其物理力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)條件，為下一步滑坡防治工程設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)資料。

其具體任務(wù)是：在充分搜集、分析利用已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，通過工程地質(zhì)測(cè)繪結(jié)合鉆探工作查明和研究以下問題：

①重點(diǎn)查明滑坡上部殘留的不穩(wěn)定巖土體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、厚度，分析判斷其穩(wěn)定性、失穩(wěn)破壞模式及一旦下滑可能造成的危害程度；

②滑坡堆積區(qū)滑坡體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、厚度變化、巖土體工程地質(zhì)特征和物理力學(xué)性質(zhì)，研究滑坡形成的機(jī)制；

③基本查明滑坡兩側(cè)邊界處及后緣山體巖土體結(jié)構(gòu)特征、判斷其穩(wěn)定性；

④通過勘探和測(cè)試，進(jìn)一步查明邊界條件，選取物理力學(xué)指標(biāo)及計(jì)算參數(shù)，為下步論證滑坡防治工程施工的技術(shù)可行性提供依據(jù)。

1.3鉆探工作量布置

根據(jù)《遂昌縣北界鎮(zhèn)蘇村滑坡勘查設(shè)計(jì)書》的要求，鉆孔共設(shè)計(jì)13個(gè)，設(shè)計(jì)孔深將超過滑坡堆積體至原始完整基巖為終孔目標(biāo)，終孔直徑Ф75mm（圖1鉆孔布置圖）。

2.地層巖性

勘查區(qū)出露地層有第四系松散層（Q）以及燕山期侵入巖，各巖性特征簡(jiǎn)述如下：

2.1第四系松散層（Q）

①殘坡積層Qel-dl：主要分布于勘查區(qū)山體緩坡平臺(tái)及坡麓地段，以灰黃色含碎礫石粉質(zhì)粘土為主，結(jié)構(gòu)松散，厚度一般1m～2m，局部可達(dá)3m以上。

②全新統(tǒng)沖洪積層Q4al-pl：主要沿桃源溪呈狹長(zhǎng)條帶狀分布于河床及兩側(cè)階地，由灰黃色礫石、砂礫石組成，含漂（孤）石，磨圓度較好，分選性較差，結(jié)構(gòu)松散，兩側(cè)階地表層多覆蓋有薄層耕植土。該層厚度一般2m～4m。

③崩積層Qcol：主要位于桃源溪北岸山體斜坡中下部，南岸少見，以棱角—次棱角狀塊石為主，塊石直徑以0.2m～ 1.0m為主，最大可達(dá)10m，巖性多為肉紅色細(xì)?；◢弾r，少量為淺肉紅色二長(zhǎng)花崗巖，厚度變化較大，滑坡區(qū)附近厚度3m～8m，其余區(qū)段小于2m。

④滑坡堆積物：主要分布于原破崩壇自然村所在區(qū)域及北側(cè)和西側(cè)山體斜坡區(qū)、南側(cè)桃源溪兩側(cè)，巖性主要以碎塊石為主，密實(shí)度較差，雜亂無章，以中風(fēng)化細(xì)?；◢弾r為主，夾雜流紋巖、玄武玢巖及二長(zhǎng)花崗巖等，塊徑在30cm～ 1.0m，局部巨石可達(dá)10m，呈棱角狀和塊狀，碎塊石含量在60%～80%左右，其余為砂，粉質(zhì)粘土含量稀少。

2.2侵入巖

①斑狀中粗粒二長(zhǎng)花崗斑巖（ηγ25）

原1/5萬蕉川幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料巖石譜系單元?jiǎng)澏樘K村巖體，分布于勘查區(qū)南西側(cè)，淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具細(xì)粒半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶含量約占60%，礦物成分主要為鉀長(zhǎng)石、酸性斜長(zhǎng)石、石英，鉀長(zhǎng)石斑晶多呈半自形短柱狀粒度2.5mm～7.5mm，最大可達(dá)15mm，酸性斜長(zhǎng)石多呈半自形板條狀，粒度2mm～7mm，基質(zhì)由鉀長(zhǎng)石、石英及黑云母組成，可見少量的磷灰石。新鮮巖石致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，山凹及緩坡面巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，呈砂土狀、砂夾塊石狀出露。

②斑狀細(xì)?；◢弾r（γ35）

原1/5萬蕉川幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料劃定為新鋪巖體，分布于勘查區(qū)北東側(cè)，肉紅色，斑狀細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為鉀長(zhǎng)石30%～40%、斜長(zhǎng)石25%～30%、石英30%～35%及微量黑云母等，粒度1mm～1.5mm。巖石結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，破崩壇東北側(cè)一帶受斷層影響，巖石節(jié)理發(fā)育，巖石破碎。

3.鉆探施工技術(shù)難點(diǎn)

（1）Ⅰ層滑坡堆積層：分布于滑坡體表部，厚度一般20m～35.0m，表部為含碎石粘性土，厚度0～4.5m，其下為碎塊石層，原巖巖性為斑狀細(xì)?；◢弾r，巖質(zhì)堅(jiān)硬、致密，滑坡區(qū)由于受斷層及滑動(dòng)錯(cuò)斷的影響，極其破碎，呈碎裂～碎塊狀，塊徑以0.3m～0.8m為主，多呈較為規(guī)則的斜長(zhǎng)方體狀（圖2滑坡堆積層）。

Ⅱ?qū)影郀罴?xì)?；◢弾r：被滑坡體掩埋，外圍在滑坡體后緣、兩側(cè)邊緣出露，巖質(zhì)堅(jiān)硬、致密，以中等風(fēng)化為主，強(qiáng)風(fēng)化層厚度較薄。

（2）孔內(nèi)嚴(yán)重漏失，全部鉆孔集全孔段漏水、掉快、坍塌垮孔、鉆進(jìn)中由于滑坡體不穩(wěn)定而導(dǎo)致護(hù)壁套管移位等諸多難點(diǎn)于一體，易造成鉆具折斷，卡鉆、燒鉆、埋鉆等情況，潤(rùn)滑鉆具難度大，鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)阻力大，孔內(nèi)事故頻發(fā)，堵漏及處理事故時(shí)間多，施工進(jìn)度慢。

（3）巖芯破碎，取芯困難，繩索取芯鉆具外管磨損嚴(yán)重，易折斷，內(nèi)管投放困難。斑狀細(xì)?；◢弾r巖質(zhì)堅(jiān)硬、致密，易打滑，鉆進(jìn)時(shí)巖塊移動(dòng)，鉆頭研磨性較低，提鉆后將很難下鉆。

（4）鉆探工程質(zhì)量六大指標(biāo)中的巖芯采取率對(duì)于一般巖石不低于80%，對(duì)于軟巖、破碎巖石應(yīng)不低于65%，如采用單管鉆進(jìn)，巖芯采取率基本無法保障。

4.鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)

鉆孔共設(shè)計(jì)13個(gè)，設(shè)計(jì)孔深將超過滑坡堆積體至原始完整基巖為終孔目標(biāo)。由于機(jī)坪位于滑坡堆積體上，機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性較差，難度較大的鉆孔采用跟管取芯鉆進(jìn)工藝能有效的提高鉆進(jìn)效率和巖心采取率；由于工期短，任務(wù)緊；在拿出施工方案后；決定進(jìn)場(chǎng)6臺(tái)鉆機(jī)，其中兩臺(tái)XY-4型機(jī)，一臺(tái)XY-300型和三臺(tái)XY-150型鉆機(jī)；施工難度較大的鉆孔將采用千米機(jī)施工并開夜班；其他鉆孔則采用300型和150型鉆機(jī)，鉆塔選用浙江省煤田隊(duì)自行研制生產(chǎn)的“四角簡(jiǎn)易塔”施工，泥漿泵選用BW-150型。

鉆孔孔身結(jié)構(gòu)：由于鉆探施工技術(shù)難點(diǎn)較多，鉆孔孔身結(jié)構(gòu)將采用多層套管護(hù)壁。采用Φ150mm口徑開孔，下入Φ146mm套管。再采用Φ130mm口徑換徑，下入Φ127mm套管。再換Φ114mm繩索取芯鉆具換徑，Φ95mm繩索取芯鉆具換徑，Φ75mm繩索取芯鉆具換徑直到終孔。

采用PAM、植物膠、潤(rùn)滑劑、隨鉆堵漏劑、Na-CMC等處理劑配制無固相高聚物沖洗液，各種處理劑將按照鉆探工程沖洗液配比分別溶解，并充分水化后攪勻使用。

5.鉆探施工技術(shù)措施

5.1鉆機(jī)設(shè)備安排

對(duì)于滑坡堆積體較厚、機(jī)坪穩(wěn)定性較差的鉆孔，我們采用了XY-4型鉆機(jī)施工，由于鉆機(jī)重量在2噸左右，對(duì)于機(jī)械設(shè)備來說穩(wěn)定性較強(qiáng)一些；滑坡堆積體較淺、機(jī)坪穩(wěn)定性較好的鉆孔，我們采用了XY-300型和XY-150型鉆機(jī)施工。

5.2套管護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)

蘇村滑坡堆積體穩(wěn)定性較差，施工過程中孔內(nèi)沖洗液嚴(yán)重漏失，掉塊多，套管護(hù)壁是最為有效的護(hù)孔方法，施工的鉆孔多數(shù)均下Ф146mm、Ф127mm、Ф108mm三級(jí)套管，單孔套管多數(shù)下到不能下為止。在下套管前仔細(xì)檢查套管，選用絲扣好的、不變形的套管，在不穩(wěn)定管段應(yīng)盡量下入套管，下入孔內(nèi)前在套管上抹上一層黃油并做好孔口封堵工作，這樣起拔套管時(shí)成功率高。

在套管下入孔內(nèi)后，我們采用繩索取芯鉆進(jìn)，直接使用繩取外管做套管。并聯(lián)系購(gòu)置核工業(yè)二六二大隊(duì)生產(chǎn)的Ф114mm、Ф95mm薄壁胎體金剛石鉆頭。由于孔壁穩(wěn)定性較差，隨時(shí)都有可能發(fā)生埋鉆、卡鉆的事故，我們采用Ф114mm繩索取芯鉆進(jìn)至鉆頭消耗完不提鉆，只提內(nèi)管，外管將作為套管使用。再換Ф95mm繩索取芯鉆具穿過Ф114mm繩取鉆桿以及鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直到鉆頭消耗完不提鉆，只提內(nèi)管，外管將作為套管使用。最后采用Ф75mm繩索取芯鉆具穿過Ф95mm繩取鉆桿以及鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直到終孔。

5.3頂漏鉆進(jìn)時(shí)加強(qiáng)孔內(nèi)潤(rùn)滑

蘇村滑坡勘查所有鉆孔均為全漏，采用“頂漏鉆進(jìn)”的方法施工時(shí)必須加強(qiáng)孔內(nèi)潤(rùn)滑，否則鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)阻力大，鉆進(jìn)效率低，且鉆桿、鉆具磨損嚴(yán)重，易發(fā)生鉆桿、鉆具折斷事故。施工中采用的方法是在鉆桿、鉆具上涂抹3號(hào)鋰基脂潤(rùn)滑油，開鉆回轉(zhuǎn)后在孔壁上形成一層油膜，潤(rùn)滑效果良好。

5.4卡鉆、埋鉆事故處理

處理卡鉆、埋鉆事故的方法是根據(jù)事故的性質(zhì)、類型以及當(dāng)時(shí)的具體情況而確定的，情況不同，處理事故的方法也不同，歸納起來有以下兩種：一是提：在設(shè)備能力允許的情況下，用升降機(jī)提拉事故鉆具，同時(shí)可以快拉、猛放，反復(fù)串動(dòng)的方法，解除輕微卡埋鉆事故。二是打：用打吊錘的方法，來震動(dòng)孔內(nèi)事故鉆具并使之解卡，但對(duì)嚴(yán)重坍塌埋鉆事故不適用，因?yàn)樵秸饎?dòng)，孔壁坍塌越嚴(yán)重，會(huì)使孔內(nèi)事故惡化。

5.5提高取芯率的技術(shù)措施

為查明滑坡上部殘留的不穩(wěn)定巖土體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、厚度，為下步論證滑坡防治工程施工的技術(shù)可行性提供依據(jù)，鉆探施工巖芯采取率尤為重要。為確保巖芯采取率，鉆探施工中主要采用S114、S95、S75單動(dòng)雙管繩索取芯鉆具。開孔松散地層采用硬質(zhì)合金鉆頭單管鉆進(jìn)“干燒”取芯；對(duì)于滑坡堆積體較厚的鉆孔采用繩索取芯。在取芯困難的孔段，控制回次進(jìn)尺在0.5m之內(nèi)，并合理控制鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，輕壓慢轉(zhuǎn)。在底板和重要標(biāo)志層中，巖芯采取率達(dá)不到要求的，須專程補(bǔ)芯；卡取巖芯、打撈內(nèi)管、退出巖芯時(shí)要細(xì)心，盡可能的避免人為破碎（圖3巖芯）。

6.結(jié)語

該項(xiàng)目于2016年11月14日下午13個(gè)鉆孔均保質(zhì)保量完成并終孔。鉆孔合格率100%，均已通過質(zhì)量驗(yàn)收，巖芯采取率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過鉆探工程施工，查明了滑坡上部殘留的不穩(wěn)定巖土體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、滑坡堆積體的厚度。為下步論證滑坡防治工程施工的技術(shù)可行性提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

1、GB50021—2001巖土工程勘察規(guī)范.2009年版

2、鉆探工藝學(xué).北京地質(zhì)出版社.1990

3、金剛石鉆探手冊(cè).北京地質(zhì)出版社.1991