工程地质勘探中的钻探技术

1、工程地质勘探中的钻探技术引言 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

2、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。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

3、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。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。

4、 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,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

5、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 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

6、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 续压入法无法将取土器压入

7、土层时 , 则可采用断续压入法。(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

8、 , 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) 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。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。(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