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巖土勘察中鉆探設備及工藝如何選擇
我國廣袤的環(huán)境和變化多端的地質條件為巖土工程勘察提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。伴隨著現代科技的發(fā)展，應對各類地質環(huán)境的鉆探工藝相繼被研發(fā)。巖土工程勘察中鉆探設備及工藝應該如何選擇呢，一起來看看!
1 鉆探設備及工藝
巖土勘探利用鉆機控制鉆具從地表向地下鉆進，在地下形成圓柱形鉆孔，并通過鉆孔獲取處于不同深度下的巖芯、土、水樣品，送往實驗室分析取得第一手基礎資料的手段。巖土勘測綜合性強、工藝復雜，不僅對地層、測定界限要準確劃分，還要進行原位測試，原狀土采集。因此，鉆探技術的高低和鉆探方法的選擇對整個勘察的質量起決定性作用。
1.1 鉆探設備
鉆探設備是能夠完成鉆孔所必需的一切技術裝備的總和，一般包括鉆機、鉆探用泵、空氣壓縮機、動力機和傳動裝置以及與之配套的鉆塔、擰管裝置等。按其裝載方式，可分為整體式和組裝式，前者依據可移動性而分為固定式、拖引式和自行式三種。依據巖土鉆探設備用途可分為工程地質、水文水井、工程施工、巖芯和取樣鉆探設備等。工程地質鉆探設備常用于工業(yè)和民用建筑、橋梁、道路和碼頭等基礎設施的工程地質勘察鉆進。水文水井鉆探設備專門用于水文地質勘察孔和水井的鉆進。工程施工鉆探設備用途繁多，特點各異。巖芯鉆探設備和取樣鉆探設備能夠在巖石、土層或混凝土結構中鉆進取樣勘察。
1.2 鉆進方法
鉆進方法是指在鉆探或鉆井工程中，向地下鉆進時，破碎孔/井底巖石所采取的一切方法和技術總稱。依據鉆進工藝可分為：正循環(huán)回轉鉆進、反循環(huán)鉆進、振動鉆進、螺旋鉆進、沖抓錐(斗)鉆進、潛水鉆進、沖擊鉆進。按鉆進時是否采取巖芯，又可分為取芯鉆進與不取巖芯鉆進。按回轉鉆進時破碎巖石所使用的磨料，又分為硬質合金鉆進、鉆粒鉆進和金剛石鉆進等。
2 不同地層的鉆探工藝
2.1 粘性土(可塑偏軟/硬粘性土)
針對軟弱粘性土強度低、壓縮性很大且滲透系數很小、觸變性及流變性大等特點，可采取重錘沖擊鉆進和長/短螺旋鉆進，如果鉆探環(huán)境位于地下水位以下，可采取套管螺旋鉆進或沖擊回轉鉆進。重錘沖擊鉆進效率比較低，且對孔底附近一定范圍內地層有擾動。螺旋鉆進通過電動機帶動螺旋鉆桿在鉆壓作用下使鉆頭回轉吃入地層，將地層按螺旋線逐步切削，切刮下的土質碎屑沿螺旋葉片上返到孔口，該方法鉆進效率高且不用清洗設備。長螺旋鉆進直徑應小于1m，深度不超過15～20m之間。短螺旋鉆進屬于非連續(xù)型鉆機，較之長螺旋鉆效率稍低，其孔徑多在2～3m內，鉆進深度一般小于30m，最深不超過50m。沖擊回轉鉆進對泥漿比例要求較高(表1)，避免水流將鉆進土層沖散混入泥漿。必要時可在回次終了時，停止送水，增加干鉆進尺距離已獲得土層樣品，或采用雙動雙管取心鉆具。 對于硬塑狀粘性土，一般的螺旋鉆進在土的粘性較大時易發(fā)生埋鉆或鉆桿折斷的現象，且對土層擾動較大，應盡量選用小肋骨鉆頭，沖擊回轉鉆進方法。沖擊回轉鉆進技術分)液動、氣動和氣液混合動力三種，具有效率高、鉆具轉速低、鉆頭壽命長和孔內事故少等特點。液動沖擊回轉鉆進以清水或泥漿形成高壓作為動力，鉆孔直徑一般為56-130mm，最大不超過400mm，鉆孔深可達800-1000m;氣動沖擊回轉鉆進以高壓空氣為動力，鉆孔直徑介于65-228mm之間，最大可達到762mm。施工中，應先慢速鉆進，使鉆頭切入土層后改用中速轉進，可加快鉆進速度且鉆具提升阻力小。
2.2 砂層
該地層的鉆探工藝與砂粒粒徑有很大關系，且受地下水影響較大。螺旋鉆進適合砂土中粘粒含量較高且砂粒主要為粉細砂的地質環(huán)境，如果需深孔鉆進，可在施工后期換用小直徑螺旋鉆。粉細砂雜粘性土情況下，應降低鉆速，減小鉆進壓力，泵量調整至適中。回次終了前，應以泥漿清洗鉆孔，將孔內懸浮的粉細砂帶入泥漿池后方可停泵，減小沉砂卡鉆事故發(fā)生的幾率，停泵后干鉆0.3-0.5m，確保巖心不脫落。對于中粗砂、礫沙以及地下水位以下的沙土，一般采用品字形硬質合金鉆頭，低轉速，灌漿泵吸反循環(huán)鉆進，過程中需不斷浮動鉆具，慢提快放，形成空底反循環(huán)(其推薦參數可見表1)。因鉆頭外徑略大于巖芯管，所以能很好地約束巖芯管，確保巖芯的原始結構。沒回次終了前，以泥漿清洗鉆孔，去除空中懸浮粗、礫沙，防止沉砂卡鉆。最后停泵干鉆0.2-0.3m，停止浮動鉆具精細干燒，防止鉆孔周壁坍塌造成廢孔，并帶出巖芯樣品。
2.3 卵石層
該層鉆探工藝受地層厚度、密實度、含水率和粘性土填充情況影響，不同地層情況應選用不同鉆探工藝。地層厚度不大時，可采用泥漿護壁回轉鉆進，地層厚度大，粘性土含量低時可采用跟管鉆進。跟管長度3-6m，鉆速30-60r/min，盡量保證進尺的連續(xù)性和順利性。地層密實度較高時，可采用回轉鉆進，為防止孔壁坍塌，可采用投入粘土球的方法，對孔壁進行暫時保護。出現塌孔現象時，應加大泥漿濃度或鉆進一定深度后，拔出鉆具，放入跟管繼續(xù)鉆進，鉆速以20-40r/min為宜，對于套管中可能留有卵石，導致絲扣脫滑現象，可采用反絲套管。
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