赖 桥

(广东核力工程勘察院东莞分院，广东 东莞 523000)

0 引 言

在岩土工程作业中，通过钻探取样，可以获得不同岩土层的地质样本，在此基础上，对样本进行针对性分析，可以得到地质各项参数，从而实现为此地区后续工程施工、地基结构稳定处理、场地整体设计提供依据。但综合现行的地质钻探技术应用可知，大部分岩土工程在勘察作业施工时，均存在钻探流程不规范、取芯率不达标等问题，为了解决与之相关的问题，下文将开展此方面的详细研究。

1 岩土工程勘察中地质钻探技术设计

1.1 勘察区工作面布置

为实现对勘察区域的地质钻探施工，并方便后续完成相应的钻井和钻探取芯操作，首先结合勘察需要，对勘察区域的工作面进行选择和布置[1]。在对勘察探点进行选择时，首先沿着周围拟定修建的建筑物周围、中心以及网格结构等对勘察工作面进行布置。结合岩土工程勘察的规范以及具体施工项目的实际需要、场地地层特点等，针对勘察对象相对较低的拟建建筑结构适当缩小对其进行勘察的工作面，针对拟建建筑结构较高的勘察区域，可适当扩大勘察工作面[2]。对于勘察区工作面当中的探测点，采用GPS技术对其进行定位，并结合岩土工程项目区域内以往历史勘察资料提供的控制点和高程点引测。同时，为了确保在后续钻探的过程中，减少或避免对难钻地层的钻探施工，应当在工作面上首先利用钻探测量设备对区域内进行各个位置上的初步勘察，并将存在难钻地层结构的区域设置记号，在实际钻探时，尽可能避开标有记号的位置，以此进一步提高后续钻探和岩心采取的效率。

完成对勘察区工作面的布置后，针对后续钻探工作对其工作面上的各个钻探设备进行选择。在工作面上需要运行的设备包括钻机、水泵、钻塔以及动力机等。工作面上的钻探设备设置位置是否合理会严重影响到后续钻井工作能否顺利进行。在确定钻探设备的运行区域时，还需要根据岩土工程项目施工区域的地质条件、地理条件、钻探目标等因素，对其进行合理布置[3]。针对钻塔的高度设置，应当在充分考虑钻杆立根长度、提升工具组长度以及超高系数的基础上，结合钻探期限、岩石物理力学性质、钻进方法等多种因素，对钻塔高度进行确定。同时，在对其高度设计时，应当明确钻孔结构越深，钻进的时间越长，钻塔的布设应当越高。

1.2 钻孔结构及钻进工艺优选

在完成对工程勘察面的布置后，应对钻孔设计前的地质影响因素进行分析，掌握在地质钻进过程中，相关因素对作业的干扰，并以此为依据，进行钻孔结构与钻进工艺的选择[4]。钻进影响因素描述如图1所示。

图1 岩土钻进影响因素分析

上述图1提出了多个影响岩土钻进工程的因素，在掌握影响岩土钻进的相关影响因素后，根据勘查地区的岩石物理性质、开孔区域地层结构、表面覆盖层厚度、水文地质环境等因素，进行钻孔结构的分析。为了满足常规钻进施工需求，本文提出一级联合三级的钻孔结构进行现场钻探[5]。其中钻孔结构示意图如图2所示。

按照图2所示的内容，进行钻孔结构设计，对于一些地质较为复杂的地区，可根据实际需求，进行钻孔直径的调整。在完成钻孔结构的选择后，对钻进方法进行设计。在此过程中，可根据地区早期钻进施工经验，在岩层的可钻性等级在1.0～6.0级别时，选择硬质结构的合金材料作为钻头，当可钻性等级为7.0级别时，使用金刚石钻芯进行钻进，按照此种方式进行地质钻探方法的选择，不仅可以提高钻进过程中的去芯率，也可以提高钻进施工的效率。

图2 钻孔结构(单位：mm)

在完成上述相关工作后，进行钻探取芯要求的分析，相关要求见表1。

表1 进行钻探取芯要求

按照表1中内容进行岩土工程中不同土层的取样，并当严格按照样本的运输标准进行样品对接。在运输的样本包装上，使用铅笔进行标注，以便于后期对样本试验数据的获取。标注过程中，应确保外包装的清晰、完整。综上所述，完成对钻探取芯过程质量的严格把控。

2 对比实验

以某高速公路项目作为依托，开展地质钻探，为该项目的后续勘察工作提供准备。为了验证本文所提出的钻探技术的应用优势，在该工程项目区域内平均划分两个地质结构基本相同的区域，其中区域Ⅰ采用本文提出的地质钻探技术进行施工，区域Ⅱ采用传统地质钻探技术进行施工。该高速公路项目全线路长度约为35 km，该项目所处地理位置为某山脉西段，其路线整体呈现出由西向东走向，其地势结构从总体上来看为南低北高结构，并且地形的起伏十分明显。通过对该项目所在区域的历史勘查结果分析得出，该区域主要岩性为粉质黏土、泥岩、砂岩和砾岩。本文选择将钻探技术在应用过程中的岩芯采取率作为评价指标，岩心采取率数值越高，则说明钻探的效率越高，越能够为后续勘察工作提供有利的勘察条件；反之，岩心采取率越低，则说明钻探的效率越低，无法为后续勘察工作提供充足的勘察条件。岩心采取率的计算公式为：

(1)

式中:γ为岩心采取率；l为岩心长度；m为取岩芯进尺长度。根据公式(1)计算得出两种钻探技术的岩心采取率，并将其相应的实验数据结果绘制成如图3所示。

图3 两种钻探技术应用效果对比图

从图3可以看出，在4个不同的钻孔施工结构当中，本文提出的钻探技术可以达到80.0%及以上的岩心采取率，而传统钻探技术只有40.0%～50.0%的岩心采取率。因此，通过上述实验证明，本文提出的地质钻探技术在实际应用中能够达到更加理想的岩心采取率。将本文提出的钻探技术应用到实际的岩土工程勘察当中,可为项目提供更加有利的勘察条件，确保后续工程施工的安全实施。

3 结束语

钻孔是岩土工程勘察作业中的关键作业环节。为了提高钻孔取芯的质量，为后续工程相关工作的实施提供进一步的指导,本文对钻探技术展开了详细的设计，并以对比实验作为依托，进行本文方法与传统方法钻在探过程中岩芯采取率的对比分析，结果证明本文方法的采取率更高，证明本文法在实际应用中具有更高的适用性与市场价值。但此次研究并不是岩土工程勘察钻探研究的终点，而是相关研究的起点，要想在后续的勘察作业中，实现施工成本的进一步控制，还应当加大对复杂地层结构的研究，并尝试探索一个有效的地质层堵漏方法，避免钻探施工过程中，受到作业设备或作业环境的局限与影响，出现钻探不符合标准与规范的现象发生。