巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的應(yīng)用分析

劉華華

廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊 廣東 韶關(guān) 512000

由于中國社會經(jīng)濟水平的發(fā)展，在鐵道、公路、房建、水利工程等建設(shè)項目中的巖土施工問題日益增多。巖土工程施工者需要合理利用勘察鉆探的技術(shù)。不過，由于一些巖土工程項目位于巖溶地帶，對勘測鉆探技術(shù)的要求特別高，因此需要采用適應(yīng)現(xiàn)場地質(zhì)要求的勘測鉆探技術(shù)，否則將會直接影響各項施工的順利進行以及影響勘探成果的準(zhǔn)確度。由此可見，對巖溶地帶巖土工程項目勘測鉆探技術(shù)的運用已經(jīng)十分關(guān)鍵。

1 地質(zhì)勘察對巖土工作的重要價值

從巖土工程技術(shù)的角度，地質(zhì)勘查工作也是必不可少的。利用地質(zhì)勘查的成果，為后期建設(shè)項目實施提供有效的依據(jù)，協(xié)助實施項目的建設(shè)計劃，提高實施效益。巖土勘查項目和其他工程勘查相比存在特殊性。巖土勘察面對狹窄的勘探面和較復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象時，還可能面臨復(fù)雜多變的不良地質(zhì)。因此在沉降范圍大的勘探區(qū)開展勘查作業(yè)的過程中，勘查人員往往會花費較長的現(xiàn)場勘查時間，同時必須保證勘查方法的科學(xué)性。在當(dāng)前時期，巖土的勘查作業(yè)能夠為后期實施奠定重要的基礎(chǔ)保證。為此必須制定完整的巖土勘查方案，使之能夠緊密結(jié)合當(dāng)前的巖石工程范圍、測量深度及勘查施工難點問題，確保各種勘查方法能夠緊密結(jié)合勘查重點。收集有關(guān)的巖石工程施工數(shù)據(jù)，將其收集總結(jié)形成有效的勘查成果。在起始階段開展巖土工程勘查項目中，可以選用鉆孔檢測、物理測查、地貌考察和測量、原位測試等多種勘查方法，由此可以獲取完整正確的巖土勘測成果。此外，科研人員在選用勘查方法的過程中還必須做到靈活變通，使得采用的技術(shù)手段可以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)測量要求，使得地質(zhì)勘測項目可以給巖土工程施工帶來正面效益。

2 鉆探技術(shù)體系的具體原理及準(zhǔn)備

在當(dāng)前的地質(zhì)鉆探工程中，鉆探工藝體系大多采用回轉(zhuǎn)鉆探和沖擊鉆探。在研究鉆探方法的過程中，一定要根據(jù)具體的巖層構(gòu)造及其實際的發(fā)育特征進行整體研究，掌握各種狀態(tài)方法的適應(yīng)性，如此可以高效進行地下領(lǐng)域的精準(zhǔn)研究。此外，鉆探工程中應(yīng)盡量減少對巖層構(gòu)造的干擾，進而改善鉆探質(zhì)量,提高工程地基的安全性。

在鉆孔作業(yè)施工的整個流程中，必須迅速穿越第四系覆蓋層，以熟悉石灰?guī)r等土壤地層的情況和巖溶景觀區(qū)的發(fā)育程度，并根據(jù)常規(guī)鉆孔施工流程中可能存在的技術(shù)問題，制訂好前期的優(yōu)化處理措施和補漏工作預(yù)案，以搞好技術(shù)交底，并提高對施工人員的培訓(xùn)質(zhì)量。從整個鉆探過程來說，首先要完成對鉆探位置的測量，然后平整現(xiàn)場，然后把鉆頭移動到原鉆探位置上，在現(xiàn)場周圍做泥漿池，再經(jīng)過連續(xù)性的鉆孔、采樣和試驗，測量地下水的靜止水平參數(shù)，在測量完畢以后開始封孔、清洗現(xiàn)場，然后再遷移至下一次孔位，最后完成重復(fù)性測試[1]。

3 巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)

3.1 地質(zhì)巖芯鉆探液固相控制技術(shù)

鉆探液固相控制技術(shù)是鉆探工作的” 血液” ，在鉆探的全過程中起著關(guān)鍵性作用，對于確保項目的安全成功進行、提升鉆孔質(zhì)量、減少鉆探的投入，最后達(dá)到提質(zhì)增效、安全環(huán)保都有著重大作用。過去，地質(zhì)鉆探一般采取機械稀釋、替換、自動沉降、化學(xué)絮凝等常規(guī)手段以保持鉆探液固相控制技術(shù)穩(wěn)定性；但近年來，隨著地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)和機械設(shè)備的不斷進步,隨著鉆探深度日益擴大、鉆遇土壤情況日益復(fù)雜，及綠色化勘探要求等因素對鉆探液固相控制技術(shù)穩(wěn)定性和廢漿處理要求也越來越高，倒逼地質(zhì)鉆探必須革新的固相質(zhì)量檢測手段，并選擇經(jīng)實踐證明執(zhí)行可靠的機械凈化技術(shù)。

3.2 礦山小孔徑固體巖芯鉆探孔技術(shù)

固體礦物的地質(zhì)勘探業(yè)務(wù)開展時需要大量使用巖芯鉆探技術(shù),在實際的作業(yè)流程中，通過探頭鉆孔可以獲取巖層中不同深處的地質(zhì)樣品,并通過對專業(yè)技術(shù)人員的全面研究,為地質(zhì)工程施工中提供全面精確的質(zhì)量依據(jù)參考。研究人員在開展巖芯的地質(zhì)鉆孔研究之后，首先使用鉆頭、鉆具成圓筒形，然后對地質(zhì)區(qū)域中形成的環(huán)狀裂隙進行鉆掘，并把一個柱狀石心安裝到鉆孔底部或中間區(qū)域,然后提取鉆孔內(nèi)的石心，再對其開展綜合性研究與分析，從而比較精確的了解該區(qū)域地貌特征與礦物分布等實際狀況。由于巖芯鉆孔工藝研究水平與國外發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)有著相當(dāng)?shù)木嚯x,因此鉆孔流程的部分中心零件還需要依靠進口，對我國鉆探技術(shù)迅速發(fā)展造成較大阻礙，增加了鉆機生產(chǎn)成本。

3.3 卵石層勘察鉆探技術(shù)

對于較薄的卵石層，可以使用旋轉(zhuǎn)鉆機或用泥墻進行鉆探，具體做法是：在卵石層鉆孔作業(yè)完成后，將鉆頭與鉆筒一起打穿，以保護孔壁；對于較厚的卵石層，可以進行旋轉(zhuǎn)鉆井，因為在鉆井時，卵石層間的孔隙很大，容易導(dǎo)致井壁崩塌；對于大直徑或含浮石層的砂巖，由于砂巖間的孔隙較大，粘附性不佳，因此，在實際鉆探時，可采取加大泥漿濃度、加大鉆機下壓等措施，以保證鉆井的質(zhì)量。

3.4 采取試樣

勘測階段，對樣本選取非常關(guān)鍵，采集的樣品必須經(jīng)過室內(nèi)測量獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場巖土的定性判斷提供重要數(shù)據(jù)參考。一般多用擾動土樣、原狀土樣、巖樣等作為測量樣本，其取樣手段也較多，可在調(diào)繪的探坑中挖取，也可在勘察施工過程中提取。從根本上來看,對土樣品質(zhì)好壞的判斷尺度主要在于試樣有無遭受干擾，評判主要根據(jù)為試樣的含水量、物質(zhì)特征、化學(xué)組成等因素，在樣品取樣、輸送、測量等各個步驟中,都可能存在干擾因素。因此按照取樣手段的差異，中國國內(nèi)一般將獲土器分成貫進式、回轉(zhuǎn)式二類,并單獨進行明確要求。前者在采樣后,利用取土器以壓入或擊入的方法深入到土壤內(nèi),這種方法包括敞口風(fēng)險和鞲鞴二種類型，可按照現(xiàn)場需要加以選用；后者具有磷脂雙分子層，單動適合于軟土壤采樣，雙動適合于密度和硬度很大的土壤。

3.5 全煤層孔螺旋鉆桿鉆進技術(shù)

所謂的全煤層孔螺旋刃具鉆進技術(shù)，基本的來講是人員在鉆孔每一道煤層的同時都需要對現(xiàn)場的狀況做出整體掌握，在此基礎(chǔ)上這些狀況成為主要的根據(jù)，從而為鉆孔作業(yè)的順利實施起到促進作用。一般情況下，全煤層孔螺旋刃具鉆孔方法大多運用在某些煤層比較疏松的地方，不但能夠?qū)@些部位的地質(zhì)狀況做出全面掌握，同時也可以為施工人員的安全做出有效保護。此外，這項技術(shù)也能夠降低塌方事件出現(xiàn)的可能性，在工程中沒有對環(huán)境產(chǎn)生一定的損害，同時實際帶來的噪聲也相當(dāng)?shù)?，這就需要煤礦開發(fā)機構(gòu)要對這項技術(shù)加以適當(dāng)?shù)倪\用，如此才能夠提升項目的開發(fā)品質(zhì)與效益。

3.6 泥球護壁結(jié)合套管技術(shù)

泥球護壁結(jié)合套管技術(shù)主要用于溶洞區(qū)裂縫和泥漿滲漏的探測分析。這項技術(shù)是由工人操作特定的裝置，在井眼內(nèi)填充濕潤的泥土。在充填時，利用鉆具前后運動，將土球壓實，并用泥漿填充溶洞裂縫。由于外部動力的影響，土體逐漸向巖溶裂縫中滲透，并在裂縫中形成了一層泥漿。在泥漿成型后，工人必須對其進行檢驗。當(dāng)有部分空洞沒有被泥漿覆蓋時，要立即進行二次充填。當(dāng)泥漿完全成型后，用鉆機清理縫隙，并讓泥漿球進入孔內(nèi)。多次清理后，在孔隙外形成一堵土墻，將裂縫填平。采用泥漿球復(fù)合套管和防護技術(shù)，能迅速了解裂縫的發(fā)展?fàn)顩r，通過多次充填，可以對裂縫、礦漿進行評價，為后續(xù)巖溶區(qū)的開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。鑒于泥球復(fù)合套管技術(shù)的實際應(yīng)用，以及保護者要認(rèn)真做好在粘結(jié)連接時，要保證粘性高、粘附性好、抗沖擊性能好，才能充分發(fā)揮其作用，了解巖溶地區(qū)的裂縫發(fā)育狀況，從而準(zhǔn)確評估裂縫充填性能。

4 巖溶地區(qū)巖土工程勘察鉆探技術(shù)的實踐應(yīng)用

4.1 粘性層的鉆探施工

就粘土地層的鉆孔方法而言，只有鉆孔開孔后，才能采用錘擊的方法進行鉆孔。同時需要將經(jīng)過前期的測量，以及提取、測試的土壤物質(zhì)，合理利用泥漿護壁實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，而合理使用套管護壁可以顯著提高土壤分層的精準(zhǔn)度，并且還能夠根據(jù)二米的參數(shù)來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)進尺的目的調(diào)節(jié)。

4.2 卵石層勘察鉆探技術(shù)

首先,在鉆孔之前,就必須測試卵石層的強度。若強度較低時，可直接采用泥漿護墻的回轉(zhuǎn)功能，并直接通過回轉(zhuǎn)鉆進完成施工。在鉆卵石層的工程中，需要與套管配合保護井壁。在這個區(qū)域的高密度卵石層，可直接采用旋挖法施工。另外，由于這些卵石層和地下水密切相關(guān)，其中有著豐富的地下水孔隙。在鉆井過程中，孔內(nèi)會發(fā)生滲水、涌泥的現(xiàn)象，易造成孔室塌陷，因而應(yīng)該在鉆孔中加入適量泥漿，并采用泥漿護壁的方法以提高回轉(zhuǎn)鉆井的質(zhì)量。如果發(fā)生塌孔等現(xiàn)象，首先需要結(jié)合實際的鉆孔深度進行檢查，掌握塌孔的具體成因，選取適當(dāng)?shù)姆椒右越鉀Q以后，保證平安無誤后方能夠繼續(xù)進行鉆孔。碰到壓力很大的卵石層時，因為卵石層尺寸很大，局部套管安裝可能會產(chǎn)生困難，這樣可利用厚壁套管利用重錘打擊的方法來實現(xiàn)套管安裝，另外為了避免套管卷口的現(xiàn)象，通過加厚套管來提高其安裝效果與安全性。

4.3 軟土層的鉆進施工

針對軟土質(zhì)的鉆孔工藝，應(yīng)該結(jié)合實際需要選用鎮(zhèn)靜技術(shù)，當(dāng)前現(xiàn)有的鉆孔工藝也具有一定的技術(shù)特色，不過在鉆孔實施的過程中，若土壤層中具有過多可塑性較弱的組織，在提鉆過程中也會產(chǎn)生縮徑等現(xiàn)象。此外，因為地下水位情況較為復(fù)雜，也容易發(fā)生孔室塌陷的現(xiàn)象。所以在施工階段，可以選用孔徑大的會先進行施工，也可以采用套管配合肋骨會先，進一步加大對孔室的防護范圍和能力，盡量減少塌洞和縮徑等情況的發(fā)生。

4.4 巖溶石灰?guī)r的勘察鉆探技術(shù)

如果在巖溶地區(qū)遇到灰?guī)r，就要更加謹(jǐn)慎地選擇勘測和鉆探工藝，做好勘測前的充分準(zhǔn)備，全面落實各項控制措施，確保鉆探質(zhì)量。對于灰?guī)r的勘探和鉆探，應(yīng)注意以下問題：1）泥球擋墻與管套相結(jié)合的方法。如果巖溶裂隙中出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，應(yīng)引起足夠重視并迅速處理。泥球護壁處理系統(tǒng)可充分保護孔壁，防止漏漿。2）準(zhǔn)確應(yīng)用多層套管護壁處理體系。在應(yīng)用多層套管護壁處理體系之前，技術(shù)人員要全方位地監(jiān)督和管理巖土工程項目，監(jiān)控溶洞發(fā)育的情況，并運用精細(xì)化分析法確定巖土工程的鉆孔結(jié)構(gòu)、開孔口徑，進而提升鉆探的有效性。3）合理使用勘察技術(shù)?？辈旒夹g(shù)人員一定要從石灰?guī)r的實際發(fā)育情況出發(fā)，合理選用勘查技術(shù)，而且要進行全面監(jiān)管，確?？辈旖Y(jié)果的準(zhǔn)確性。如果在實際鉆探工作中選用了黏土球護壁與套管結(jié)合的方法，應(yīng)當(dāng)注意以下問題：1）巖溶裂隙或小型溶洞漏漿時，可采用膨潤土粉、水泥漿護壁、黃土(泥)護壁。2）如果護壁效果不是很好，就要用濕泥球填孔，用鉆具對孔施加壓力，使泥球進入巖溶裂隙?；蛘邔⒛嗲蛳♂尦赡酀{后用鉆具掃孔。泥球會被擠入孔壁，填補裂縫，從而保護孔壁。3）用于制作泥球的粘土必須具有較高的可塑性和粘結(jié)性，不易被沖刷，這樣才能更有效地填補裂縫，避免漏漿，為后續(xù)鉆孔打下基礎(chǔ)。此外，巖溶地區(qū)地下水的富水性非常好，具備一定的承壓性，且存在頻繁的地下水活動。在地下水活動與稀釋的作用下，泥漿的濃度逐漸變低，鉆探時要留意孔內(nèi)是否出現(xiàn)滲漏問題。如果出現(xiàn)，要重復(fù)采取上述措施填充裂隙或孔洞，為后續(xù)的持續(xù)性鉆探奠定基礎(chǔ)[2]。

5 提高巖土工程地質(zhì)勘查技術(shù)質(zhì)量的措施

5.1 做好地基變形參數(shù)的計算

因為在巖溶條件下的基礎(chǔ)巖塊、土體本身承載力比較薄弱，在遭受外力作用時，極易發(fā)生變形，而其變形量的多少也將決定該基礎(chǔ)是否可以進行施工，所以，根據(jù)結(jié)合的施工條件做好對基礎(chǔ)變形參數(shù)的測算，就可以為以后的施工操作和工程施工打好基礎(chǔ)。在進行變形參數(shù)測算時,可以根據(jù)當(dāng)前的施工地基基礎(chǔ)的要求進行計算，不過同時也要仔細(xì)研究地下是否存在地下水，因為地下水的存在將直接引起基礎(chǔ)變形，產(chǎn)生不可預(yù)見性。特別是由于季節(jié)性雨水的沖擊，基礎(chǔ)將會發(fā)生更加危急的情況。因此以上述標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，其壓應(yīng)力的計算方法要在二百千帕以上，但實際的變形量計算則要通過采樣方式，首先獲取其實際的壓力模量，再通過壓力測量，獲取實際的壓力數(shù)值，最后再將壓力數(shù)值代入計算公式中加以計量，即可。

5.2 采用先進的技術(shù)手段

信息化高速發(fā)展，地質(zhì)勘查部門更能利用信息化，有效提高地質(zhì)勘查項目的效益。在實踐工作中，有關(guān)單位必須主動借鑒國際前沿的科技理念，進一步優(yōu)化地理勘察技術(shù)手段,以進一步提高地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度。運用計算機技術(shù)分析地質(zhì)勘查數(shù)據(jù),以進一步提高勘查工作的快捷準(zhǔn)確。精確可信的勘查成果,為現(xiàn)代巖土工程的設(shè)計與建造提供重要依據(jù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，由于巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，會直接影響整個項目的工程效率，所以在前期的巖土工程勘察活動中，對鉆孔方法的選型一定要結(jié)合現(xiàn)狀，同時，還要掌握臨近區(qū)域周圍的地質(zhì)現(xiàn)狀及其沿途技術(shù)資料，并科學(xué)合理地制定鉆探方法，再根據(jù)具體的巖層組成及其情況調(diào)整鉆探施工的工藝流程和方法方式，并利用前期預(yù)控方法來預(yù)測在鉆孔活動中可能會發(fā)生的情況，這就可以顯著提高巖土工程勘察的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，同時還能夠為項目后期的現(xiàn)場施工打下技術(shù)基礎(chǔ)，進而提高整個項目的工程安全與可靠性。