1、1工程地质勘探中的钻探技术【摘要】文章首先介绍了工程地质钻探的特殊要求，其次分析了工程地质钻探常用的钻探方法和设备，最后就工程地质勘探钻孔类型及其适用条件进行了介绍，希望对相关学者和专家起到一点借鉴意义。 【关键词】工程地质；勘探；钻探技术 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号： 引言 工程勘察就是通过调查、测绘、勘探与试验等方法，获得与工程建设有关的岩体、土体和水体的空间分布、变化规律及其物理力学参数等信息，以此评价、论证、检验场地的稳定性、建筑的适宜性及环境的演化性，并提出设计施工的基本资料与原则建议。而工程地质钻探是一种常规且非常重要的勘探方法之一，又是采取岩土样品和进行孔
2、内原位测试必不可少的辅助手段。钻探技术是勘察资料准确性的必要条件，特别是对于深厚碎石土、砂土及岩溶等复杂地层，钻探技术不过关，便不可能准确揭露地层结构，也不可能获得岩土的客观物理力学参数，导致一些虚假的地质信息出现在勘察报告上，严重影响了工程建设的质量，造成不必要的浪费，或者导致结构物的安全隐患。 1 工程地质钻探的特殊要求 工程地质钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的,它多具综合目的,因2而在钻进方法、钻孔结构、钻进进程中的观测编录等方面均有特殊要求。工程地质钻探对岩心采取率要求较高,一般岩层不能低于 80%;对工程建筑物至关重要的软弱夹层和断层破碎带也不能低于 60%,但往往不易取得岩心。
3、为保证获取较高的岩心采取率,针对不同的勘探对象应采用相应的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时,要尽量减少冲洗液或用干钻,降低钻速,缩短钻程,最好采用双层岩心管。 为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常运行,必须按含水层的位置和试验工作的要求,确定孔身结构及钻进方法。对不同的含水层要换径并分层止水,加以隔离。含水层愈多,换径和分层止水的次数就愈多。一般的工程地质钻孔终孔直径为 91mm,根据换径次数及位置,即可确定孔身结构。若在基岩面以上的砂卵石层中作抽水试验干钻,不允许使用泥浆加固孔壁的办法。一般钻孔要直,不能发生弯曲;孔壁要求光滑规则,同一孔径段应大小一致。这些要求在钻探
4、操作工艺上给予满足。 钻孔水文地质观测,是工程地质钻探的一项重要工作,藉以了解岩层透水性的变化,发现含水层和得知其近似水位并掌握各含水层之间的水力联系等。在外钻进过程中应按水文地质钻探的要求,做好孔中水位测量。坚硬岩石的取样可利用岩心,但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时,必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样,则必须配备专门的取土器,还应注意取样方法和操作工序,以尽量使土样不受或少受扰动。为达到上述的特殊要求,钻探人员应严格按规定操作,不能盲目追求进尺。 2 工程地质钻探常用的钻探方法和设备 自然地质条件是复杂的,各种钻探方法和设备都有一定的使用条件,3选择钻探方法和设备时,应视钻探的目
5、的和地质条件而定。钻探方法可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等 4 种。在工程地质勘探中主要采用冲击钻探和回转钻探:按动力来源又可将它们分为人力的和机械的 2 种。机械回转钻探钻进效率高,孔深大,又能采取岩心,所以在工程地质勘探中使用最为广泛。 目前,国内外正在大力革新钻探技术,逐步朝着全液压驱动、仪表控制、勘探与测试相结合的方向发展。为了研究工程土体的物理力学性质,在工程地质勘察中,应结合勘探工作采取原状土样。但是在钻孔中采取原状土样时受到很多因素影响,其中主要的是取土器的结构和取土实用。取土器主要有限制球阀式取土器、上提橡皮垫活阀式取土器、回转压入式取土器和水压活塞式取土器
6、4 种,这 4 种取土器适用于采取粘性土的原状土样。采取砂类土和饱水软粘土就比较困难了,需要使用特制的取土器。如采用厚壁管靴长筒上提活阀式取土器,反旋活阀分节取土器和真空活塞取砂器等,采取地下水位以下的原状砂类土和软粘土样,效果较好。原状土样的采取方法主要有 3 种: (1)击入法:适用于较硬的土层中取样,又可分为孔外及孔内的轻锤多击法和重锤少击法。实践证明,孔内的重锤少击法取样效果好,效率高而且土样扰动小。 (2)压入法:适用于较软的土层中取样,又可分为连续压入和断续压入法。连续压入法是借助活塞油压筒或钢绳滑轮组合装置,将取土器一次快速均匀地压入土中,土样的扰动较小,当采用连续压入法无法将取
7、土器压入土层时,则可采用断续压入法。 4(3)振动法:当振动钻进时,可利用振动器的振动作用将取土器压入土中。这种方法对土样的边缘部分扰动较大。易受振动液化的土层不适用。为了保证土样的质量,除了对取土器和取土方法进行选择外,还应注意钻探方法、钻、孔结构、清除孔内残土、操作方法和土样封存及运输等各顶问题。 3 工程地质勘探钻孔类型及其适用条件 钻孔的类型指的是钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角,也叫做钻孔倾角。按照钻孔倾角及其变化情况,可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定向孔 4 种。在进行工程地质勘探时,为了能取得尽可能多的地质资料,又节省钻探工作量,钻进方向最好与不
8、同岩性接触面或断层面垂直。 (1)直孔：倾角 90。在工程地质钻探中此类孔最常用,适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以及第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。作压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。 (2)斜孔：倾角小于 90,且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大(60),或陡倾的断层破碎带,常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。在水利水电工程地质勘探中,常用斜孔探查河床下的地质结构。尤其是在河床不很宽而水流湍急的峡谷中,可在两岸以斜孔向河底交叉钻进,既可较好地控制河床下的地质结构,又可以养活或避免河中布孔进行水上钻探的困难。 (3)水平孔：倾角多为 0。一般在坑探工程中布置,
9、可作为平硐、石门的延续,用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。5在河谷斜坡地段用以探查岸坡地质结构等效果比较好。 (4)定向孔：采用一些技术措施,可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲,进行定向钻进,如岩层上缓下陡进,或在 1 个孔中控制多个定向分枝孔,共同钻探同一目的层,或在 1 个孔中控制多个定向分枝孔,共同钻探同一目的层。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来,国内外广泛采用在 1个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案,效果极佳。 结束语 总之，不同建筑场地的工程地质条件,不同的钻探目的,决定了工程地质钻探方法和设备的选择。目的明确,技术先进,方法多样,是工程地质钻探特有的技术特点,因此有必要对钻探技术加深认识,不断地学习和创新。 参考文献 1高富丽,刘跃进,张伟.我国地质钻探技术装备现状分析及发展建议J.探矿工程(岩土钻掘工程). 2009(01) 2杨磊,杨长健,马西平.煤田钻探技术的革新与实践J.陕西煤炭. 2009(02) 3张金昌.地质岩心钻探技术及其在资源勘探中的应用J.探矿工程(岩土钻掘工程). 2009(08)
