巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)分析

胡學(xué)山

山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊 山東濰坊 261021

巖土工程具有技術(shù)要求高、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特征。為保障項目工程施工品質(zhì)，減少項目施工過程中的阻力，須做好勘探技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)的梳理和整理。

1 巖溶地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

巖溶地區(qū)地基巖層主要以可溶性石灰?guī)r和白云巖為主，也稱之為喀斯特地貌。就我國地理環(huán)境分布基本情況而言，西南地區(qū)是巖溶的主要分布區(qū)域。此類巖溶地形地貌復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，交通基礎(chǔ)設(shè)施相對阻塞。

結(jié)合我國巖溶地區(qū)地質(zhì)環(huán)境考察具體狀況，可將巖溶地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件形成的原因歸納為：①巖石的可溶性。硅質(zhì)巖層中含有豐富的燧石結(jié)核或條帶石灰?guī)r，石灰?guī)r溶解性較高。石灰?guī)r在長期受到外部高壓作用時，巖層外部將逐步溶解；②巖石的透水性。巖層表面上有許多小孔，隨著裂縫風(fēng)化數(shù)量的逐步增加，裂縫深度逐步加強(qiáng)，外部水分浸入的可能性也在擴(kuò)大，出現(xiàn)了地下水和斷層區(qū)域巖層滲透性增強(qiáng)的狀況；③水溶蝕和流動作用。水與空氣中CO2成分結(jié)合為碳酸。同時，水源流動也會在巖層表面形成痕跡，繼而也就出現(xiàn)了區(qū)域巖層外層侵蝕。

2 巖土工程勘察工作簡介

巖土工程工作的開展，運(yùn)用相應(yīng)的勘查技術(shù)，目的是科學(xué)合理的運(yùn)用工程地質(zhì)有關(guān)學(xué)科理論和技術(shù)成果，并借助先進(jìn)的勘查技術(shù)設(shè)備和手段，了解和掌握巖土工程項目區(qū)域有關(guān)地質(zhì)參數(shù)以及巖土結(jié)構(gòu)特性，詳細(xì)預(yù)測和分析區(qū)域當(dāng)中巖土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的發(fā)展變化趨勢，科學(xué)合理的指導(dǎo)巖土工程勘察有關(guān)方案的制定，確保更加科學(xué)合理的應(yīng)用施工技術(shù)，而且在預(yù)測預(yù)報各種地質(zhì)災(zāi)害方面，也能提供相應(yīng)的支持。在勘察工作當(dāng)中，會應(yīng)用到很很多知識和技術(shù)，包括地質(zhì)，物理化學(xué)等各個方面。同時，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，巖土工程勘察技術(shù)越來越多，其完善性也在不斷提高。在當(dāng)前巖土工程勘察工作實(shí)際主要涉及取樣劃分層位，進(jìn)行鑒定描述以及測試，同時還包括愛鉆探以及室內(nèi)試驗等各方面內(nèi)容，就巖土工程勘察工作而言，其存在的技術(shù)方法非常多，具體工作實(shí)際，必須要充分考慮工程現(xiàn)狀科學(xué)合理的進(jìn)行選取，在野外進(jìn)行巖土工程勘察工作當(dāng)中，來科學(xué)合理的整理相關(guān)資料與數(shù)據(jù)，確保設(shè)計方案更加科學(xué)有效，進(jìn)而大幅提高巖土工程勘察效率和質(zhì)量，保證巖土工程勘察工作持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，以免由于不合理的施工，引發(fā)工程隱患，并科學(xué)合理的預(yù)防和控制各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對于巖土工程勘察工作給予充分重視，采取切實(shí)有效的措施提高巖土工程勘察水平，意義重大。

3 巖土工程勘察中鉆探的重要性

在巖土工程勘察工作當(dāng)中，鉆探施工是非常重要的組成內(nèi)容，鉆探施工具有很強(qiáng)的實(shí)用性與技術(shù)性，能夠更加準(zhǔn)確地開展地質(zhì)勘查工作，獲取更加全面詳實(shí)的勘察數(shù)據(jù)。不論是在開采地下水還是進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，以及勘查礦產(chǎn)資源過程當(dāng)中，鉆探技術(shù)都發(fā)揮著非常重要的作用，對于推動巖土工程勘察工作的順利健康發(fā)展意義重大。鉆探施工過程當(dāng)中，利用鉆探技術(shù)進(jìn)行開鉆孔，能夠有效采集巖層深部的巖土土樣，結(jié)合土樣進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究，進(jìn)而科學(xué)合理的判斷地下巖土的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)，確保地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加的合理，充分了解其特性。所以在巖土工程勘察工作當(dāng)中，鉆探技術(shù)占據(jù)著核心地位，能夠為各項工程的順利開展奠定堅實(shí)的前提與基礎(chǔ)。近年來，伴隨經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展以及巖土工程建設(shè)工作的快速推進(jìn)，在鉆探技術(shù)方面的要求日漸提高，怎樣在確?？辈煨屎唾|(zhì)量的同時，來有效創(chuàng)新鉆探技術(shù)，是當(dāng)前巖土工程勘察工作當(dāng)中面臨的最為重要的問題。

4 巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)

4.1 工程概述

為合理解決巖溶地區(qū)環(huán)境問題，需系統(tǒng)分析巖土工程勘察實(shí)際狀態(tài)。本工程項目勘察地區(qū)為T地區(qū)，施工區(qū)域?qū)僭瀑F高原斜坡地帶，勘察地區(qū)地勢較高，中部地區(qū)江河低谷縱橫分布，盆地地貌，周圍海拔最高點(diǎn)為1140m，最低點(diǎn)為200m。結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)范圍內(nèi)勘察結(jié)果，將巖溶地區(qū)巖土工程勘察結(jié)果確定為。①工程勘察建設(shè)區(qū)域地下水較為豐富，且地下巖層活動頻繁，個別地段底下暗河涌動，上層由粘土層和沖擊砂卵石層鋪砌而成，地下水位環(huán)境相對復(fù)雜。②主要選擇基巖作為地基基礎(chǔ)受力支持層。各部分地區(qū)巖層基礎(chǔ)形式，以人工挖孔灌注樁為主。此外，為保障項目工程竣工后，各部分灌注樁地質(zhì)勘察區(qū)域內(nèi)，建設(shè)區(qū)域的整體穩(wěn)定性和夯實(shí)性得到保障，現(xiàn)場采取巖溶發(fā)育圈孔法，對工程建設(shè)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合剖析。③結(jié)合工程建設(shè)前期收集到的資料，查明巖溶位置、形態(tài)、規(guī)模、充填狀況、巖石結(jié)構(gòu)的完整度，應(yīng)進(jìn)行樁基、樁長度、嵌巖深度等方面的相應(yīng)分析，以保障樁端持力與整體建設(shè)之間能保持協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

4.2 做好前期準(zhǔn)備活動

巖溶地區(qū)巖土工程活動順利實(shí)施的前提，應(yīng)從做好工程前期操作準(zhǔn)備條件開始。結(jié)合工程建設(shè)和開發(fā)的具體情況，工作人員可將前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)內(nèi)容分為技術(shù)、設(shè)施及人員3個方面。技術(shù)部分是指針對巖溶地區(qū)工程建設(shè)基本狀況，采取特殊的技術(shù)操作工作。設(shè)施部分是指選取與工程工作活動相互對應(yīng)的設(shè)備手段。人員部分是指從巖溶地區(qū)建設(shè)和開發(fā)的具體環(huán)境出發(fā)，采用專業(yè)視角進(jìn)行多樣性工作探索。

工程具體推進(jìn)和探索時，為適應(yīng)當(dāng)前工作開展的具體建設(shè)需求，將前期準(zhǔn)備活動的探索要點(diǎn)歸納為。①技術(shù)人員對巖溶地區(qū)地表、地下環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)考察，系統(tǒng)實(shí)行各項巖土勘察因素的系統(tǒng)化整合。同時，針對性做好套管法、多層套管法等方面的剖析，做好工程建設(shè)技術(shù)結(jié)構(gòu)的安排與調(diào)整。②為確保項目工程實(shí)施活動合理化展開，工程勘察設(shè)備選擇時，鉆探設(shè)備選用型號以GXY-150、XY-1002種型號為主；同時，項目工程開展前期，應(yīng)準(zhǔn)備好不同型號的套管、金剛石鉆頭、水泥、高粘性粘土等材料。③工程項目施工建設(shè)人員準(zhǔn)備時，一方面結(jié)合工程建設(shè)設(shè)計圖，對施工區(qū)域、重點(diǎn)施工領(lǐng)域進(jìn)行綜合控制；另一方面結(jié)合以往工作經(jīng)歷，做好項目工程推進(jìn)系列活動方面的詳細(xì)勘察，以保障項目工程人員系列操作可循序漸進(jìn)展開。前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)操作充分，基礎(chǔ)設(shè)備、資源安排合理，后續(xù)出現(xiàn)巖溶地區(qū)規(guī)整品質(zhì)不佳的可能性就會大幅降低，項目實(shí)施品質(zhì)自然也會實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。

4.3 卵石層鉆進(jìn)技術(shù)

（1）當(dāng)厚度較小時，可采用泥漿護(hù)壁旋挖鉆機(jī)或旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)。鉆穿該地層后，下套管以保護(hù)井壁。

（2）如果有大厚度和高密度，可以旋轉(zhuǎn)。卵石層中通常含有一定量的地下水，且存在空隙。在鉆井施工過程中，孔內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，容易造成孔壁坍塌。粘土可以加進(jìn)去保護(hù)墻壁。旋挖施工過程中，如無塌孔，應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)。如果出現(xiàn)塌孔，應(yīng)進(jìn)一步提高泥漿濃度。使用套管和管道鉆井會導(dǎo)致卵石層致密，顆粒尺寸大。局部出現(xiàn)漂石，下套管時會大大增加鉆井主力，此時采用厚壁套管，用重錘完成錘擊過程，效果較好。如果選用普通套管，在下井過程中會產(chǎn)生卷邊，需要合理增加套管鞋，否則難以滿足深度要求。

（3）當(dāng)存在粒徑較大的漂石或卵石層時，由于卵石顆粒之間存在空隙，膠結(jié)性較差，可選用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)。如果遇到大于鉆具直徑的卵石顆粒，在鉆具旋轉(zhuǎn)過程中，卵石顆粒也會旋轉(zhuǎn)，因此有必要擴(kuò)大泥漿濃度，或者可以通過增加鉆具下壓力來處理，也可以控制ROP。此外，還可選用金剛石鉆頭，以提高鉆井效果。

（4）在套管掘進(jìn)過程中，套管中會存在卵石。旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時，套管和芯管之間會粘上一些卵石，芯管和套管一起旋轉(zhuǎn)。使用正時導(dǎo)線時，螺紋會滑動，套管會脫落。管道接頭應(yīng)采用電焊焊接。

（5）鉆入厚芯管。無論卵石有多厚，在鉆進(jìn)卵石層的過程中，選擇厚壁芯管，用重錘敲擊，效果很好?？梢杂弥劐N擊碎卵石，起到很好的擠壓效果。同時，芯管壁厚且無卷邊。擊打時可加入粘土，起到良好的護(hù)壁效果，達(dá)到相應(yīng)深度后，拔出芯管，取出芯，反復(fù)循環(huán)，達(dá)到預(yù)期效果。由于采用了泥漿護(hù)壁，不會造成塌孔。如果發(fā)生井眼坍塌，可下入主套管，下一進(jìn)尺可使用小直徑芯管。

4.4 軟土鉆孔技術(shù)

任何鉆井技術(shù)的選擇速度都非?？臁Ｈ绻型炼春吞盍?，將導(dǎo)致鉆孔損失。淤泥質(zhì)土壤塑性低，非常軟。在提升鉆進(jìn)過程中，會產(chǎn)生縮徑問題。再次鉆孔時，無法達(dá)到原始深度。如果土孔中填充物很少或沒有填充物，則會有一定的空間，再次下鉆時會造成原位孔偏移。當(dāng)土洞被填滿時，由于土洞與下部灰?guī)r的關(guān)系非常密切，且地下水變化很快，在該層鉆進(jìn)過程中會大量漏水，極易造成孔壁坍塌。因此，在軟土層鉆進(jìn)時，可選擇大孔徑鉆進(jìn)，或采用肋形鉆頭下套管，以加強(qiáng)對孔壁的保護(hù)。

4.5 泥漿球護(hù)壁與套管技術(shù)相結(jié)合

泥漿球墻加套管技術(shù)主要用于巖溶地區(qū)裂縫漏漿問題的調(diào)查分析。其技術(shù)原理是由工作人員控制一定的設(shè)備將濕粘土球灌入鉆孔。在充填過程中，鉆具來回移動，壓實(shí)土球，用泥漿充填巖溶裂隙。在外力作用下，土球逐漸進(jìn)入巖溶裂隙內(nèi)部形成一層泥；泥漿形成后，工作人員需要檢查泥漿。一旦某些孔隙未被泥漿覆蓋，應(yīng)及時反饋，以便進(jìn)行二次填充。在確保泥漿完全成型后，工作人員應(yīng)使用鉆具清理間隙，使泥漿球能夠深入孔內(nèi)。經(jīng)過多次清孔，最終在孔外形成泥壁，達(dá)到回填裂縫的目的。泥漿球護(hù)壁與套管技術(shù)相結(jié)合，能在短時間內(nèi)快速掌握裂縫的發(fā)展，在多次充填過程中，工作人員可根據(jù)充填量和充填次數(shù)，對巖溶地區(qū)裂縫漏漿的基本情況進(jìn)行評價，為巖溶區(qū)后續(xù)開發(fā)提供數(shù)據(jù)參考，明確開發(fā)環(huán)節(jié)巖溶裂隙處理的基本要求?？紤]到泥漿護(hù)壁與套管技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用場景，工作人員應(yīng)仔細(xì)準(zhǔn)備粘土。在制備過程中，應(yīng)保證粘土具有較大的塑性、附著力和較強(qiáng)的抗沖刷性。只有這樣，才能全面完成充填任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對巖溶地區(qū)裂縫發(fā)育和充填性的準(zhǔn)確評價。

4.6 針對巖溶地區(qū)差異選擇技術(shù)形式

①針對淺層基巖部分巖溶發(fā)育狀況，對基巖面部分基巖層漏漿隱患問題的防護(hù)?？紤]到以前巖溶風(fēng)化可能性較高的問題，盡量避免多層套管護(hù)壁法進(jìn)行溶洞處理期間，技術(shù)人員先應(yīng)用軟塑–流塑管解決孔內(nèi)投泥球困難的問題。鉆孔時，依據(jù)地層部分的復(fù)雜度，按照由小到大的順序鉆進(jìn)。當(dāng)?shù)?根管嵌入后，第2根使用DN75的粗套管進(jìn)行銜接套用，并在鉆孔框架確定后，對直徑較大的銜接套管進(jìn)行上層覆蓋，再利用金剛石雙管鉆進(jìn)，溶洞形成后，取下所有設(shè)備與額外巖芯。針對上層建設(shè)區(qū)域進(jìn)行巖層開發(fā)時，為避免局部坍塌影響項目施工建設(shè)，表層部分需采用泥球套管處理法，做好表層和基層的銜接，以避免套管銜接期間出現(xiàn)局部漏漿等問題。②粘土層鉆進(jìn)環(huán)節(jié)操作時，考慮巖溶地區(qū)地勢環(huán)境復(fù)雜，地下粘土層部分的環(huán)境勘察處理環(huán)節(jié)阻力重重。為適應(yīng)巖溶地區(qū)整體建設(shè)需要，巖溶層粘土區(qū)域鉆進(jìn)主要利用土洞、土層自重狀態(tài)下掉落的特征，做好巖溶地區(qū)環(huán)境的綜合勘察和自主規(guī)整性處理。技術(shù)人員應(yīng)先在土洞和石灰?guī)r銜接層部分進(jìn)行夯實(shí)性檢測與控制，以確定周圍區(qū)域范圍內(nèi)不會出現(xiàn)粘土層脫落等，用肋骨鉆頭鉆孔，并通過增加孔徑，利用套管設(shè)定法進(jìn)行鉆孔。

5 結(jié)語

巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)分析，是當(dāng)代巖土項目施工管理的理論歸納。在此基礎(chǔ)上，通過做好前期準(zhǔn)備活動、針對巖溶地區(qū)差異選擇技術(shù)形式、把握常見技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)等方面，分析巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探應(yīng)用方法，為國內(nèi)巖溶地區(qū)工作展開提供了新視角。