李树德

摘要:随着工程地质勘察技术程度的越来越成熟，准确的分析评价工程地质状况越来越受到重视，因此钻探技术的应用越来越广泛，已经成为勘察中必不可少的手段。本文从钻探的技术特点对工程地质钻探技术进行了分析和阐述。

关键词:工程地质勘探 钻探

中图分类号：P2文献标识码： A

钻探工程的进行，是为了通过钻探取样、样品分析、现场工程地质测试,以获取建筑基础的地质资料和岩土层的各项参数,为工程选址，施工设计提供依据。

1、工程地质钻探的特点及适用条件

在工程地质勘察中,钻探是最基本最常用的勘探手段。不同类型的建筑物,不同的勘察阶段,不同的工程地质条件下,勘察的技术要求也不尽相同。与地质找矿钻探相比,工程地质钻探的特点是:

(1) 钻孔多具综合性目的,一个钻孔除了需查明地层岩性、地质结构和水文地质条件外,还要作各种试验、取样。有些试验往往与钻进同时进行,所以进尺较慢。

(2)钻进深度一般不大,除了大型水利工程,深埋隧道以及为了解专门的地质问题(如控测深岩溶)外,孔深均为十余米至数十米,所以经常采用简易钻探法和轻便钻机。

(3) 勘探工程钻孔布置,不光要考虑自然地质条件,还需结合工程类型及特点。如水坝一般应顺坝轴线布孔,工业与民用建筑则需按建筑物的轮廓线布孔等。

(4)工程地质钻探在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面,均有特殊的要求。

与物探、坑探相比较,钻探工作有其独特的优点,它可以在各种环境下进行,不受地形地质条件的限制。它能直接观察岩心和采样,勘探精度高。勘探深度大,不受地下水的限制,钻进速度也较快,这是坑探所不能比拟的。

2、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,它多具综合性目的,因而在钻进方法、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%,但往往不易取得岩芯。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,要采用泥浆护壁,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。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。

3、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,选择钻探方法和设备时,应视钻探的目的和地质条件而定。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。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。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。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活塞式取土器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) 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。

(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土器压入土层时,则可采用断续压入法。

(3) 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。

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；及时清除孔内残土；土样及时用石蜡封存；运输时轻拿轻放等各项问题。

4、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,钻进方向最好与不同岩性接触面或断层面垂直。

(1) 水平孔

倾角多为0°。一般在坑探工程中布置,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。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地质结构等效果比较好。

(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) 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。

(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。

5、结语

工程地质条件的不同决定了钻探工艺的差别，从而导致工程地质钻探方法和设备有所选择性。因此工作人员有必须加强对钻探技术的学习和认识，提高自己的作业水平。