常规工程勘察水上钻探实用安全技术

郑长斌，张炼红

（湖北省地质局水文地质工程地质大队，湖北荆州434020）

常规工程勘察水上钻探实用安全技术

郑长斌*，张炼红

（湖北省地质局水文地质工程地质大队，湖北荆州434020）

工程勘察水上钻探相比陆上工程勘察，存在较大的安全风险，更易发生安全事故。以常用的木筏式、双体钻船式水上钻探平台为例，介绍了钻探平台的适用范围、安装、锚泊施工技术，重点阐述了水上钻探的安全管理及技术，希望能为同行提供借鉴。

水上钻探；锚泊作业安全装置；水上钻探类型

1　概述

水上钻探又称水域钻探，是指在江河、湖泊、海上对水下地层进行地质钻探，以取得水下工程地质勘察、水下基础处理和矿产勘查资料的钻探工程。工程勘察水上钻探是工程地质勘察广泛采用的重要手段之一，通过水上钻探可以为各类工程地质勘察收集翔实可靠的地质资料，为工程设计和施工提供科学依据［1］。

近年来，随着我国交通路网等基础建设的迅猛发展，我单位承担了高速公路、铁路、跨江大桥、水电站、机场等多项大型工程的勘察。在这些项目实施过程中，我们多次运用水上钻探技术，经过不断的摸索、总结，在水上钻探安全技术与管理方面积累了丰富的实践经验，取得了较好的社会效益和经济效益。

2　水上钻探的特点

工程地质勘察水上钻探的钻进工艺和陆上钻探基本相同，但由于施工条件的差异，在安全技术与管理方面，水上钻探相对陆上钻探存在更大的安全风险。

水上钻探相比陆上钻探，主要有以下特点：

（1）在施工过程中，水上钻探平台经常会因水位、流速、风力或涨落及航行船舶的影响，容易移动或被撞，造成套管弯曲、折断，有时还会受到洪水的威胁。

（2）在设备或操作方面，比陆上钻探复杂。如钻探平台的抛锚、定位、起锚、起下套管受深水急流、水位涨落的影响。

（3）在水面上配备的安全钻探设施使用具有一定面积载重的船舶或浮具，作为水上钻探平台。

（4）水上钻探的钻探用水比较丰富，方便。

3　水上钻探的类型

工程地质勘察水上钻探，可根据江河湖泊等水域的具体情况，选择合适的水上钻探平台的类型。水上钻探平台常用类型一般分为漂浮钻探平台、架空钻探平台2种［2］。其中，漂浮水上钻探是水上钻探常用的方式，分为木筏式水上钻探和双体钻船式水上钻探。根据水域、水位、水深、流速、航运、洪枯水季节的变化等情况具体确定。在线路勘察中，线路经过的湖泊、池塘、河渠、浅滩水深较浅，常用油桶、桁木、竹跳板等搭建临时木筏钻探平台。这种方式投资少、见效快。双体钻船式水上钻探主要用在江河具备航运条件的水域进行水上钻探。

为保证水上钻探安全顺利进行，施工前应了解当地水文、气象、航运、航道等情况，周密考虑该水域的特点，做好施工计划，制定有效措施，设计和布置好锚泊作业安全装置，确保钻探工作安全顺利进行。

3.1木筏式水上钻探平台的适用范围、固定方法

3.1.1适用范围

木筏式水上钻探主要适用于水深较浅、水位变化不大、流速平衡的水域。最适合池塘、浅滩、沟渠、湖泊，钻孔深度浅，一般不超过100m。其主要特点是搭建容易，在水中移动灵活，钻探平台的浮力、面积大小是搭建时主要考虑的技术参数。

3.1.2固定方法

木筏式水上钻探平台的定位通常使用抛锚法（如图1所示）。

图1　抛锚固定钻探平台

抛锚法常在库区、池塘和距岸较远的静水中采用。锚是由较粗的圆钢做成的三角钩，锚的重量和数量根据水的深浅、水的平稳状况和平台的大小来决定。从安全的角度来讲，锚的重量越大越好，数量越多越好，锚的重量和数量决定平台的稳定性，是水上钻探安全生产的保证。

3.2双体钻船式水上钻探平台的适用范围、固定方法

3.2.1适用范围

双体钻船式水上钻探平台主要适用于水流深急、浪大漩涡多、航运频繁的大江大河及钻孔较深、地层复杂、地质要求孔径大的工程地质勘探。钻探船的载重量，应根据钻场设备（包括钻探机械、管材、工具、材料）的总重量并考虑必要的安全系数来选择，作业人员的总重量也应计算在内。大江大河水深流急，通航船舶较多，为避免对水上钻探造成较大影响，一般用载重量200～300t、长度35～40m、宽度4～5m的铁驳船，既能够满足钻场的需要，又能满足施工人员居住生活。

3.2.2钻船的组合与连接

双体钻船式水上钻探平台一般选用2只铁驳船，2船载重量、长度与宽度应大致相等，船型要基本相同或相近，结构要牢固。将2只船横排并连，中间留有一定的空隙，空隙大小根据具体情况而定，一般为0.5～0.8m。间隙大了不仅不安全，同时还要增加连接材料的用量；间隙小了没有回旋余地，起下护孔管十分困难。连接2船的材料一般用8根12m的15型工字钢横放在2船船面上。工字钢间距1.0m左右，长度应超过2船并连后的外侧0.25～0.3m。再用直径12.5mm的钢丝绳从工字钢两端围箍船底，把铁船与工字钢牢固地捆在一起，在工字钢上铺设50mm厚的木板或竹跳板，钻船周围围设栏杆和栏绳。船头船尾用缆绳拴牢，增加钻船的稳定性，基本上保持均匀对称。

3.2.3定位方法

（1）抛锚法（图2）。

图2　抛锚固定钻船

（2）缆绳法（图3）。多用于河流峡谷地带，使用抛锚法不大可靠，采用缆绳固定钻船是唯一的方法。在钻船前后使用“八”字型缆绳固定，在水流较急的地段在船头拉一根引绳，增加拉力，减轻“八”字绳的拉力。

图3　缆绳固定钻船

图4　撑杆固定钻船

（3）撑杆法（图4）。在浅水、静水及旁岸钻探时固定钻船的方法，是水上钻探固定钻船最简单的方法。

4　钻探设备的选择和安装

4.1设备选择

（1）木筏式水上钻探设备选择主要是在满足钻孔的要求的情况下，选用体积小、重量轻、拆卸方便、易吊运的设备。通用设备有xy-2钻机（重探）、xy-1钻机（北探）、BW-200/40泥浆泵、S195柴油机、3kW柴油发电机组、管子三角塔等。

（2）双体钻船式水上钻探设备的选择原则与木筏式水上钻探的选择相同，都是在满足钻孔的要求的前提下尽量选择轻便设备。常用设备有：xy-2钻机（重探），xU-300-2型钻机（重探），BW-200/40泥浆泵，S195或S1115柴油机，12kW柴油发电机组，管子三角塔等。

4.2设备的安装

由图7可知，在打滑失效区，若打磨机器人从动轮半径r1和预紧力FN的均值增大，可使端口打磨机器人趋于可靠，而主动轮半径r2和驱动电机功率P的均值增大[16-17]，则会使端口打磨机器人趋于不可靠(即失效)；使端口打磨机器人最快趋向可靠的参数是从动轮半径，其次为主动轮半径、电机功率和预紧力。该灵敏度分析结果可以很好地指导工程人员在打磨机器人的设计、制造、使用和评估中要严格控制从动轮半径、主动轮半径、驱动电机功率和预紧力的变化[14,18-19]。

（1）木筏式钻探平台由于面积小，设备安装应遵循对称平衡原则，应尽量紧凑，少占平台面积。钻机立轴应安装在木筏中心，钻机回转器面向河水上游，泥浆泵和发电机组安装在木筏的尾部两边。当设备安装完毕后，木筏迎水一端比另一端略高，施工钻进时，回转器前面可摆放钻杆、钻具、岩芯，基本上保证平台整体吃水深度一致。

（2）双体钻船式钻探平台设备安装与木筏式钻探平台相同，但因钻孔深，设备大而占用平台面积同样大。在设备大的情况下尽可能将设备安装紧凑，少占工作场面，船面安装设备时，钻机立轴位置处于船面中心，钻机在工字钢栋梁上固定牢固，当钻机受力时能使钻船均衡受力，而不至于船体不均衡受力失去平衡。船面必须用厚木板或竹跳板铺盖平整牢固，钻船周围采用脚手架钢管架设防护栏杆。

5　水上钻探实用安全技术

水上钻探平台作为一个独立的特殊工作单元，因受水文、气象、航运等因素影响，对安全技术的要求远比陆上钻探复杂得多，更容易发生安全事故。

水上钻探中，如果采取措施不当，往往会导致钻探平台位移、撞坏、冲跑、钻具折断与钻孔报废等，造成人员伤亡和财产损失。因此，采取切实有效的安全措施，防范安全事故发生，确保项目作业人员安全尤为重要。

为保证水上钻探顺利进行，在进行水上作业前必须根据水域水文情况，搭建好钻探平台，建立完善的安全保障机制，制定严格的安全操作规程和应急预案，以确保作业人员及财产安全。

（1）工程进场前首先必须了解当地水文、航运基本情况，到水上交通管理等部门办理各种手续，以及施工许可证。了解施工期间维护航行的措施，航运监管部门在施工水域范围确定后，发布安全公告，钻船按规定悬挂施工信号旗子，固定船只的缆绳（链）上下游须设置浮标，安装交通航运安全警示灯。

（2）对钻探作业人员进行技术和安全培训，特别是水上基本安全知识及安全操作规程培训，并签订安全责任书。

（3）钻船、交通渡船和渡口必须有配足救生衣、救生圈、通讯设备、船只堵漏材料、消防器材，放置在明显位置，并规定呼救信号，作业人员上班必须穿好救生衣。

（4）夜间作业，钻船与渡口必须有良好的照明，夜间无论是否施工，都必须开启照明灯，为过往船只引航，以免发生撞船事故。

（5）钻探平台装载保持平衡，不常用的器具或已装满的岩芯箱，应及时搬移上岸，妥善保管。

（6）提升钻具时不得强力提拔，不得用千斤顶坐在船上处理事故。

（7）每班有专人检查缆绳（链）、钻船绷绳、船上绞车及钻船平台安全情况，根据水情变化及时调整钻船缆绳。

（8）为隔绝水流对钻进工作的影响，应首先向孔位下入一定深度的保护套管，并保证其沿铅垂方向下入水底。

（9）及时掌握上游水情，观察水位情况。若遇洪峰警报，应及时通知作业人员做好渡汛和撤离准备。遇大风、大雾、大汛时应迅速撤离，暂停作业。

（10）平台周边应设栏杆或栏绳，平台应平整，连接部位应牢固可靠，不能留有空隙、漏洞，两船之间空当一定要盖牢。平台上的器具必须摆放整齐，以防绊倒。

（11）停钻停工时，船上必须安排专人值班，水涨水落时调整固定钻船的缆绳。

6　结语

水上钻探受作业场地和作业环境诸多因素的影响，从平台的选择和定位、钻探设备的选型、合理的钻进工艺的使用，特别是水上作业安全事项，都给施工单位提出了更高的要求。施工单位应切实贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，提高作业人员素质，把安全工作落实到机台班组，按安全标准化施工，有效预防安全事故的发生，确保作业人员及财产安全。

［1］吴礼年.长江水域钻探的施工工艺［J］.电力勘测，2004，25 （1）：57-59.

［2］袁胜超，王亚明.浅谈苏丹DAL大坝勘察水上斜孔的钻探工艺［J］.西部探矿工程，2010，30（1）：69-71.

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1004-5716（2016）04-0064-04

2015-04-12

郑长斌（1968-），男（汉族），湖北公安人，高级工程师，现从事地质勘探安全管理工作。