时间：2013-11-29 分类：矿业
摘要：岩土工程地质钻探是利用人力、机械等手段，揭示地层层序、岩土工程特征、认识地表以下地层或某一特定位置的情况或特点的一种勘探手段。其目的是通过钻探取样，样品分析，现场工程地质测试等，以获取建筑基础的地质资料和岩土层的各项参数，为选择修建地点，地基处理方式，基础形式，确定建筑物类型，及制定合理的施工方法提供设计和施工依据。钻探得出的结果是否准确、真实可靠直接影响着岩土工程勘察报告的分析和结论，因此掌握岩土工程勘察的钻探技术具有重要的意义。本文首先分析了岩芯采取率的影响因素，然后从钻探设备的选取，不同岩层的钻探方法等方面探讨了提高岩芯采取率和钻探技术的要点。
关键词：岩土工程师评职范文,岩土工程勘察,钻探,岩芯采取率,钻速,岩层
一、岩芯采取率的影响因素
在生产中常常有这样的现象，经过努力，岩芯采取率从数量上虽然达到了质量指标的要求，但由于种种原因，岩芯的结构被破坏，成分被污染;或岩芯虽完整，但选择性磨损较严重，其中较软的成分被丢失了。这样的岩芯虽然在数量上达到了要求，在品质上并没有真正的代表性。严格意义来讲，这样的钻孔仍然是质量不合格的。导致钻孔质量不合格的技术因素主要有：
(一)钻压
孔底压力过大，给进不均，对于钻进松软、粘性大的地层，则有糊钻、岩芯堵塞自磨，或烧灼变质，严重者还会引起烧钻事故;对于钻进硬岩层则易使钻头变形，岩芯堵塞磨损。同时，压力过大还增加了钻具的弯曲和摆动，从而加剧了对岩芯的机械破坏，孔底压力不足，则进尺缓慢，增长了岩芯受破坏作用的时间;由于压力过小，等于\"吊起\"钻进，钻头摆动加剧，离心力增大，易将岩芯柱震断造成岩芯堵塞磨损的机会。
(二)转速
钻具与孔壁间隙大的钻进方法，钻进时转速愈快，钻具受离心作用大，其振动、摆动亦越大。对岩芯的破坏作用亦加剧。间隙小、导向好，转速快有利于提高钻速，亦缩短了岩芯受破坏作用的时间。
(三)冲洗液量
冲洗液量大小的选择，应根据地层条件和钻进方法，钻速高低、排粉的需要、孔壁的保护、以及岩芯的保全、免遭冲刷等酌情选择。
(四)回次进尺的时间和长度
回次进尺的时间和长度对岩芯的磨损也有影响，其影响的程度，要视地层情况而定。按规程，回次进尺最多以2～3米为宜，就是为了尽量减少过长的回次时间和进尺对岩芯的影响。
(五)操作技术不当
卡芯方法与操作，是取芯的最后一道工序，即使钻速高，岩芯保存完好，如果卡取不上或中途脱落，势必前功尽弃。在用干钻法或双动双层管取芯时，掌握不当，会使岩心严重挤压或烧灼变质。还有岩芯堵塞问题，除地质等因素引起外，操作方法不当，也是重要一环。
二、岩土工程勘察中钻探设备的选取
(一)钻探工具的选取
在岩土工程勘察中对勘察质量有直接影响的是钻进方法的选择及钻探工具的选择。主要的钻探工具为钻杆、钻头、岩芯管。下面详细说明其选取。
1、钻杆的选取
首先应定期检查钻杆保证钻杆的轴线的直线度误差小于0.1%;其次笔者建议在钻机应该配备两套钻杆，其中一套为直径42mm的钻杆，主要应用于软层、较硬土层的钻进及原位测试;另一套为直径50mm的钻杆，主要应用于硬层钻进，可以预防钻杆的折断和脱落。
2、钻头的选取
在目前岩土工程勘查中主要用的钻头类型为螺旋钻具和硬质合金取心钻具。钻具的选取主要由钻进方法所决定。螺旋钻具应用于螺旋钻进，硬质合金取心钻具应用于硬质合金钻进。
常用的螺旋钻主要分为长螺旋钻、短螺旋钻、环状螺旋钻、振动螺旋钻、套管螺旋钻和麻花钻。
(二)常用的钻探方法
1、勺型钻锤击干法掏土钻进方法
该种方法代表的钻机型号是SH30—2型工程钻机，采用钢丝绳、重锤孔内锤击，勺型钻提土，对于20m以上的各种土层、砂层、粒径较小的卵砾石土层，配合套管护壁，施工方法简便，能全断面取芯，岩芯采取率比较高，施工效率很高，特别适合地下水位以上，不允许使用冲洗液时采用，所以该设备和工艺用途广泛。
不足之处在于该方法钻探深度有限，对土层有比较大的扰动，公认所采集的土样质量达不到Ⅱ级，甚至有人提出要禁止使用该种方法。根据探井采集的土样和用该种方法采集的土样指标的对比分析，土样指标的差异性非常明显。
2、岩芯回转泥浆护壁钻进方法
该种方法代表的钻机种类比较多，常见的有GJ一100，ADPP-100汽车钻机等，因动力比较大，对于20m～150m的各种松散层、各种岩石等，配合泥浆护壁，施工方法简便，岩芯采取率比较高，施工效率高。能较全面地满足各种岩土和岩土工程勘察深度的要求，所以该设备和工艺用途也比较广泛。
不足之处在于该方法必须使用冲洗液，对于地下水位以上采取天然状态原状土样时不适用。对于成分杂乱的杂填土、砂土等地层消耗较大，岩芯采取率比较低，容易漏掉厚度较小的砂土层。
三、不同岩层的钻探方法#p#分页标题#e#
(一)上层为硬塑的粘性土，下层岩层较完整
上层可采用锤击，也可采用给水回转钻进且靠水压取芯，孔壁稳定，取样方便，可顺利完成孔内触探等原位测试。岩层可采用裸孔清水硬质合金回转钻进。
(二)上层为硬塑的粘性土，下层岩体含洞穴或裂隙
喀斯特地区和采空区多洞穴，其表层采用常规硬粘性土的钻进方法，而下部的空洞或大的破裂带常用套管隔离。尤其是发育多层洞穴时，还要安装多层套管。若岩体中溶蚀或裂隙张开性不大，可用清水合金回转钻进，根据冲洗液的颜色或流量变化准确判断溶蚀的位置与规模;若溶蚀或裂隙张开性较大，影响清水上返时，则改用优质泥浆或水泥浆护壁堵漏。
(三)上层为无粘性土或软弱土，下层岩体完整
无粘性土可能源于河流冲积、岩石风化、急流洪积或人工堆积等，软弱土常由淤积或人工堆积而成，钻进时其孔壁难稳定，故常跟管护壁至岩层，采用冲击、锤击或干法合金钻进，下部完整岩体仍采用裸孔钻进。
(四)上层为无粘性土或软弱土，下层岩体含洞穴或裂隙
这种地层结构比较复杂。在综合上述三种情形的基础上，上层采用锤击、冲击或干法合金回转钻进，跟管护壁至岩体;下部主要靠优质泥浆或套管护壁，采用回转钻进工艺。当溶蚀强烈发育时，套管级数增多，孔内事故频繁，工期长，成本高。
(五)砂层
砂层在钻探过程中主要考虑地下水的影响。在地下水位以上的砂层也要考虑砂土的粒径及砂土中的粘粒含量，粘粒含量较大的粉细砂可采用螺旋钻进，如果孔深较深，可以在后期更换小直径螺旋钻。
在地下水位以上的中粗砂、砾砂及在地下水位以下的砂土钻探一般采用品字形硬质合金钻头。钻头外径较岩芯管稍大，能很好的约束岩芯管，使其回转稳定保障岩芯的原始结构。但是为防止孔壁坍塌，需用泥浆护壁，泥浆的稠度视砂粒粒径的大小决定。如泥浆护壁不能满足要求时，需用套管跟进钻探，以防止孔壁坍塌造成埋钻、废孔的事故。
(六)卵石层
该层主要应考虑其中充填物及地下水位。在地下水位以上且以粘性土充填为主的，粘性土含量较大的卵(碎)石层，因其粘结力较强，粘土粒自由表面张力大，钻进中孔壁坍塌程度较小，可直接在裸孔的情况下钻进，钻具选用单管岩芯管或加厚螺旋钻;在地下水位以下的卵(碎)石层，因受地下水影响，孔壁极易坍塌，采用泥浆护壁或根据需要选择套管护壁跟管钻进。如碰到大于管径的卵石或碎石，可以用角锥或一字钻头等击碎，后跟管钻进。如遇直径很大的孤石，可以在其上钻孔，后继续钻进。
四、不同孔洞的施工技术
(一)竖向孔
竖向孔指垂直向上或向下的孔洞，用于矿山、军工和土木工程等领域，可以充填或不充填，以满足受力或提供空间的需要。土木工程中常指地基基础中的桩孔，其成孔工艺主要有螺旋钻进、正(反)循环回转钻进、潜水钻进、冲击钻进和冲抓钻进等。单一的钻进方法各有其适宜地层，在此不赘述。
(二)斜孔
在岩土工程中，有很多构造物需要支护、补强与加固，其方法之一就是在岩土体中钻孔后设置土钉或锚杆，以调动和提高岩土的自身强度和自稳能力。目前，岩土锚固孔的钻进方法有长螺旋干钻、冲击回转挤密钻进、冲洗液全面钻进和风动潜孔锤冲击回转钻进等几种。钻进中所用钻头应根据岩石可钻性等级、钻进方式和钻孔倾角决定，一般原则是:可钻性6 级以下的岩石宜用合金钻头或牙轮钻头;可钻进6级以上的岩石可用钢粒和金刚石钻头钻进。钢粒钻进宜用于倾角>60b的钻孔。
五、处理钻孔内事故的一般方法
1、提拉
在设备能力允许的条件下，可用升降机配合滑轮组，强力提拉孔内受阻钻具。当钻具被卡埋时，可有此方法。
2、击震
利用吊锤打击的震动力，向上或向下打击事故钻具，此法适用于浅孔处理挤夹事故。
3、捞锥
用公锥、母锥、卡管器等捞取脱落或折断的事故钻具。
4、冲刷
用小径钻具或钻杆下乳孔内，通过泥浆泵的高压液流冲刷事故钻具周围的埋卡物，但需在孔壁稳定的情况下，使用此法。
结语
综上，钻探是一门成熟而又不断发展的工程技术，在岩土工程勘察、施工和检测中至关重要。由于地质环境和成因条件的千差万别，所以它们对钻探工艺所表现的适宜性也总是有所不同，因而在钻探工艺上很难采用某一数据作为标准。钻探要结合具体的岩层情况采用适合的钻探机具和钻探方法。
参考文献：
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