半合式單動雙管在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用研究

鄧劍平

（湖南省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，湖南 永州 425000）

1 半合式單動雙管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

半合式單動雙管由固定組件和轉(zhuǎn)動組件構(gòu)成。固定組件有沉砂管及其內(nèi)部過濾芯管、外管接頭、外管、擴(kuò)孔器、鉆頭等。轉(zhuǎn)動組件有鎖緊螺母、可調(diào)螺桿、內(nèi)管接頭、半合式內(nèi)管、卡簧座、卡簧等。其中內(nèi)管由兩片半圓管組成，外表面按等分車削有五道環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)有梯形槽縫，由兩端帶鉤的鋼抱箍通過環(huán)槽及梯形槽縫，將兩片半圓管抱緊組成一個(gè)圓內(nèi)管。半圓內(nèi)管內(nèi)表面制作光滑，有利于巖心進(jìn)入。

2 半合式單動雙管的組裝與拆卸

2.1 半合式雙管的組裝

組裝前，先檢查雙管單動接頭的單動性能，然后將沉砂管組件連接到外管接頭上，再分別將組合好的半圓內(nèi)管和外管接到各自的接頭上，安裝好定中環(huán)和卡簧座，檢查內(nèi)外管的同軸性，此時(shí)如果內(nèi)外管同軸性好，內(nèi)管轉(zhuǎn)動靈活，則下部連接擴(kuò)孔器后接鉆頭。之后檢查卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間的間隙，其間隙大小須卸開外管，通過可調(diào)螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 半合式雙管的拆卸

拆卸前，一般在較平坦的地上橫向間隔墊上3根～4根方木，將半合式雙管置于方木上，便于拆卸操作。先卸下鉆頭和擴(kuò)孔器，然后分別從外管和內(nèi)管接頭上卸下外管、內(nèi)管，再用“一”字螺絲刀將半圓內(nèi)管外表面環(huán)槽中的鋼抱箍從梯形縫中撬拆下來，卸下卡簧座和定中環(huán)，將半圓內(nèi)管分開成兩個(gè)半片，這樣就能在擾動較小的情況下取出巖心。

3 半合式單動雙管鉆探工藝取心方法

把組裝好的半合式單動雙管上端與鉆桿連接，下至距孔底約1m左右，泵入沖洗液。沖洗液通過鉆桿、雙管上端的沉砂管及其內(nèi)部過濾芯管，內(nèi)外管之間間隙、卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間間隙到達(dá)鉆頭底部，然后沿鉆具與孔壁間隙返出孔口。待孔口返水后將鉆具緩慢放至孔底，通過鉆機(jī)及鉆具傳遞動力和壓力，連續(xù)旋轉(zhuǎn)切削巖體，使巖心進(jìn)入內(nèi)管。因半合式單動雙管中內(nèi)管相對于外管不轉(zhuǎn)動，減少了對巖心的擾動，且沖洗液經(jīng)過鉆桿內(nèi)通道、內(nèi)管上部沉砂管及其內(nèi)部濾水芯管、內(nèi)外管之間環(huán)狀間隙、卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階間隙流出，避免了對進(jìn)入內(nèi)管的巖心造成沖蝕。

每鉆完一個(gè)回次，提出鉆具，取下雙管，再先后卸下鉆頭、外管、內(nèi)管。然后將內(nèi)管平放在墊有方木的地面上，用“一”字螺絲刀撬拆下鋼抱箍，內(nèi)管即分開成兩片半邊管，一片朝上盛放巖心，一片朝下移開。再將內(nèi)徑略大、等長的半圓形PVC管罩到盛有巖心的那半邊內(nèi)管上，輕輕翻轉(zhuǎn)將巖心移至PVC管內(nèi)，然后把裝有巖心的PVC管擺放到巖心箱內(nèi)。

4 半合式單動雙管在實(shí)際中的應(yīng)用

在某鐵路隧道工程地質(zhì)勘察項(xiàng)目中，采用半合式單動雙管鉆探取心工藝，取得了良好的效果。即使在節(jié)理、裂隙極發(fā)育，巖體極破碎的地層中，巖心采取率也能達(dá)到85%以上，且?guī)r心擾動小，能較好地反映出原地層的構(gòu)造特征。

4.1 地質(zhì)概況

該擬建鐵路隧道地處云南高原中部，區(qū)域構(gòu)造極為復(fù)雜，共布設(shè)了8個(gè)鉆孔，設(shè)計(jì)孔深在135m～280m，孔位附近都有區(qū)域性逆斷層通過。預(yù)想地層主要為白云質(zhì)灰?guī)r、長石石英砂巖夾板巖、板巖、斷層破碎帶。受構(gòu)造影響，巖體節(jié)理極發(fā)育，巖體破碎，鉆探取心困難。而該工程對鉆探質(zhì)量要求較高，采取率必須在80%以上，且?guī)r心要盡可能少擾動，能基本上反映出原地層節(jié)理裂隙等構(gòu)造發(fā)育特征。

4.2 鉆探工藝比選

鉆探設(shè)備采用GY-200型、GY-300型巖心鉆機(jī)各兩臺，配套采用BWQ-160、BW150型泥漿泵各兩臺。

（1）開始時(shí)采用50鉆桿+普通單巖心管+齒輪式孕鑲金剛石鉆頭，配制鈉土粉泥漿作為沖洗液的鉆進(jìn)工藝。可每個(gè)回次終了取心時(shí)，幾乎都采不出巖心，即使有巖心，采取率也是極低，且?guī)r心都呈砂、礫石狀。

（2）之后改用50鉆桿+整體式單動雙管+擴(kuò)孔器+齒輪式孕鑲金剛石鉆頭，配制鈉土粉泥漿作為沖洗液的鉆進(jìn)工藝。但由于巖體節(jié)理極發(fā)育，地層破碎，要么采取率低，要么從整體式雙管中取出巖心時(shí)，敲擊巖心管產(chǎn)生的震動及落入巖心箱的過程中，使得巖心都碎裂成了角礫，不能滿足質(zhì)量要求。

（3）為了滿足勘察質(zhì)量要求，最后選用半合式單動雙管鉆探工藝取心鉆進(jìn)。

鉆具組合：采用50鉆桿+半合式單動雙管+擴(kuò)孔器+齒輪式孕鑲金剛石鉆頭。組裝半合式雙管時(shí)，首先檢查內(nèi)管靈活性、單動性、對中性，并調(diào)節(jié)卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間間隙約1mm～1.5mm。

泥漿配置：水、植物膠、鈉土粉按重量比100:10-12:10，火堿為植物膠重量的2%左右。首先在攪拌桶中加入一定量的清水，然后按比例邊緩緩加入植物膠邊攪拌，再按比例加入火堿、鈉土粉，高速攪拌制成泥漿，泥漿漏斗粘度40s左右，PH值為9～10，用篩網(wǎng)過濾后放入泥漿池中備用。

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆機(jī)轉(zhuǎn)速一般為300r/min～500r/min，鉆壓基本保持在5KN～8KN，泵量一般在15L/min～30L/min，泵壓在0.2mm～0.5m之間，具體要根據(jù)地層軟硬和完整程度及時(shí)調(diào)節(jié)。鉆進(jìn)過程中，如果通過軟弱、破碎地層進(jìn)尺變快時(shí)，要減小鉆壓至低值，泵量也減少到以孔口稍有泥漿液返出，能起到潤滑和冷卻鉆頭作用即可。

取心效果：采用半合式單動雙管后，取心質(zhì)量得到很大提高，不但巖心采取率能達(dá)到85%以上，而且?guī)r心能基本反映出原地層構(gòu)造特征，能直觀地判定地層、了解巖體節(jié)理發(fā)育情況。采取的巖心效果對比見圖1～圖4。

圖2 采用半合式單動雙管采取的巖心

圖3 采用整體式單動雙管采取的巖心

圖4 采用半合式單動雙管采取的巖心

4.3 采用半合式單動雙管鉆探工藝應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）組裝半合式單動雙管時(shí)，要求內(nèi)管對中性要好，內(nèi)管連接軸承靈活性強(qiáng)，能保證單動性能良好，否則內(nèi)管跟著外管一起轉(zhuǎn)動，巖心被擾動破碎后難以卡取，這樣不但取不出能反映地層構(gòu)造特征的巖心，即使采取率也難以保證。

（2）調(diào)節(jié)好卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階的間隙。為了保證沖洗液既能順利循環(huán)流動冷卻潤滑鉆頭，又不對巖心造成沖蝕影響，尤其是在鉆進(jìn)松散、軟弱夾層、破碎地層時(shí)，半合式雙管卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間的間隙大小，對巖心采取率有著很大關(guān)系。在沖洗液對巖心沖蝕影響較大的地層中鉆進(jìn)時(shí)，間隙不能太大，一般不超過1.5mm；而在沖洗液對巖心沖蝕影響小的地層中鉆進(jìn)，間隙則可以略大，一般在2mm～4mm。

（3）控制好泥漿的含砂量。因半合式單動雙管內(nèi)外管壁之間、卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間間隙較小，對泥漿的含砂量要求較嚴(yán)格。如果含砂量稍大，既容易導(dǎo)致內(nèi)外管被卡死，造成內(nèi)管跟著外管轉(zhuǎn)動，又容易使卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階之間間隙被堵，泥漿循環(huán)不暢而憋泵。因而在鉆進(jìn)過程中，泥漿循環(huán)槽要設(shè)置沉淀池；同時(shí)每鉆進(jìn)20m～30m，要對雙管上部的沉砂管進(jìn)行清洗，保證沉砂管能起到良好的沉砂作用。當(dāng)泥漿中含砂量過大而引起頻繁憋泵時(shí)，則須更換新的泥漿。

（4）內(nèi)管由兩片半圓管通過鋼抱箍組合而成，鋼抱箍的裝配及拆卸繁瑣，耗時(shí)較長。為了節(jié)省時(shí)間，一般需配置兩根內(nèi)管，輪換使用。且頻繁拆卸內(nèi)管易致鋼抱箍損傷，鉆進(jìn)中如果鋼抱箍斷裂，內(nèi)管裂開，泥漿進(jìn)入內(nèi)管后會沖蝕巖心；同時(shí)內(nèi)管裂開后也容易導(dǎo)致內(nèi)管外壁與外管內(nèi)壁貼緊后失去了單動性能，因而需準(zhǔn)備多個(gè)鋼抱箍備用，對鋼抱箍要勤檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換。

5 結(jié)語

通過對半合式單動雙管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組裝與拆卸方法、工作原理的介紹，并在具體的工程地質(zhì)勘察實(shí)踐應(yīng)用中與其他鉆進(jìn)工藝進(jìn)行對比分析和研究，半合式單動雙管不但極大地提高了巖心采取率，而且采取的巖心擾動少，既便于鑒定巖性、判定地層，又能較好地反映原地層節(jié)理裂隙等構(gòu)造發(fā)育特征，極大地提高了工程地質(zhì)勘察質(zhì)量。