工程地质勘探中的钻探技术应用

王雪春　姜新华　胡保忠

摘要：在建筑行业高速发展的今天，施工中需要面对越来越多的质量问题以及安全问题，尤其对于施工以前的勘探工作而言。钻探技术作为地质勘探的主要施工方法，不但可以确保施工团队随时掌握施工所在地的地质特点，还可以提高建筑工程的完成效率以及总体工程的品质。文章对工程地质勘探中的钻探技术应用进行了探讨。

关键词：建筑工程；地质勘探；钻探技术；建筑行业；工程质量 文献标识码：A

中图分类号：TU195 文章编号：1009-2374（2016）30-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.072

我国地大物博、资源丰沛，并且可利用的土地类别较多。我国通过全面发展，寻找更为适宜的方式进行有效运用，可是我国人均土地资源占有量过低，所以应当有效运用土地资源，持续打造新能源。因此需要运用工程资源，而且还需持续研发新的能源，运用工程地质勘察内钻探技术为我国给予更加丰富的矿产能源。并且我国在经济方面依旧处在发展时期，所以应当多加参考其他发达国家先进的钻探技术。

1 工程地质钻探中的常用方法与设备

在工程地质钻探的方法和设备的选择方面，需要通过施工所在地的地质特点执行。钻探的方法较多，在工程地质勘探中时常运用冲击钻探和回转钻探的方式。钻探方法如果通过动力来源进行区分，能够分成人力钻探、机械钻探，而最普遍的方式则为机械回转钻探方法，这是由于其效率较高、钻孔较深、较易获取岩心。当前，全球均在持续探寻钻探技术，并且逐步将全液压驱动、仪表控制、测试以及勘探等方式相结合进行。在勘探工程地质的过程中，为了探寻工程土体在物力力学方面的性质，则需融合勘探工作对于原状土样采取的集合，会被诸多因素所影响，而影响最大的则为取土器，取土器适合用于获取黏性土的原状土样。在获得砂类土、饱水软黏土时则较为艰难，应当选择特殊的取土器。采取原状土样的方法有以下三种：（1）击入法。可以对较硬土层在取样的过程中进行运用，还能够分别在孔的内外通过轻锤多击的方法和重锤少击的方法进行。经过实际操作后能够看出，孔内重锤少击的方法的取样效果较好，土样扰动并不明显，且在效率方面较为理想；（2）压入法。可以用在获取较软土层当中，能够分成持续压入和断续压入。持续压入是通过活塞油压筒或钢绳滑轮进行结合，把取土器一次性迅速均匀压进土里，土样具有较小的扰动，在通过持续压入法不能把取土器压进土层时，可以通过断续压入的方式进行操作；（3）振动法。进行振动钻进的操作时，可通过振动器振动的状况将取土器压进土内，这一方式会对土样周遭有较大的扰动。

为保障土样具有良好的品质，不仅在挑选取土器时需要进行正确的选择，而且还应当注重钻探的方法、钻孔时的结构、执行的方式、孔中的残土清除以及土样如何进行正确封存及正确运输。

2 工程地质勘探钻孔类别及适宜因素

对于钻孔的类别而言，包含了钻孔的方位和角度。钻孔角度指的是钻机立轴钻杆以及地平线的夹角，因此被称作钻孔的倾角。对于勘探工程地质而言，为了获取丰富的地质材料且降低了钻探的工作量，对于钻进的方位而言，应当接触各种岩性。

2.1 直孔

直孔的倾角是90°。对于工程地质钻探而言，这一类型的孔大多运用于寻找岩浆岩、岩石、基岩的缓倾角度、厚度和性质的断裂及沉积，而对于压水测验的钻孔而言，大多运用铅直孔进行执行。

2.2 斜孔

斜孔的倾角应当小于90°。在钻孔倾角小于90°时，应当阐明钻孔具体的位置。例如对于沉积岩的岩层而言，当其通过钻探技术进行操作时，钻孔在角度方面更应当超出65°，在钻进时需要选取岩层断层带反向的点。斜孔勘探大多使用在水电以及水利工程方面的地质勘探中，如此则十分有利于掌控水利工程的地质结构。假如对于峡谷乃至河床等一些较窄的工程而言，则应当通过斜孔钻进的方式进行，如此不但能够有效掌控河床的构造，还可以免除在河的核心位置较难布孔的状况。

2.3 水平孔

水平孔在倾角方面来讲，大多数为0°。水平孔普遍用于平铜以及石门的延伸方面，可以对河谷的斜坡处用来勘探岸坡地质构造。

2.4 定向孔

对于工程地质勘探而言，依照工程地质的真实状况，通过一些较为先进的技术方式，使得钻孔的方向因为深度的转变而变化，从而进行钻孔的定向钻入，定向钻孔在角度方面需要大于60°。在对上缓下陡一类的岩层进行钻孔作业时，钻孔需要具有一定的深度间距，如此才可以在相同的钻孔中掌控多个定向孔，在同一个岩石层进行钻入，定向钻孔的方位应当与岩石层呈现垂直的状态。定向钻孔的工艺操作从环节上来讲较为复杂，在运用时可以采取一个钻孔中掌握不同定向分支孔的方法，对钻孔进行定向。

3 钻探技术方面的应用

地质的钻探技术指的是对于地下钻孔而打碎岩石的一个施工方法。地质的钻探技术是对地下岩层各个方面评估的一种检验方式。由于受到钻探目的不同影响，所以在采用钻探的工艺和钻探使用的设备方面存在一定的差别。我国目前的钻探技术投入了较大的人力、物力、财力，使得我国在钻探的技术层面逐渐形成了一个较为完善的技术体系。对于地质的勘测，时常运用绳索取心、全新节水钻探、反循环钻探等技术。

3.1 绳索取心技术

此种技术无需通过钻杆则能够直接取出岩心，假如将此种技术使用在钻杆当中，仅在钻头产生问题或需更换时才进行运用，其主要方面为通过岩矿心将岩心管填满或在钻杆出现问题时，能够通过绳索取心技术进行解决，通过将钻杆内的岩矿心取出，在无需提高钻杆的前提下，则能够顺利完成。当前运用最为普遍的为此种技术，这是由于这一钻探技术的钻进深度较低，工作效率较高，能够提升钻进效率，节约钻具升降所耗费的时间，并且也规避了钻杆与钻心相互间的摩擦，延长了设备的使用时间。绳索取芯技术因为具有诸多优势，因此获得了广泛的运用。

3.2 反循环钻探的技术

首先，水力反循环的钻探技术。此技术通过泥浆或水作为介质，通过与空气反循环技术相同的循环形式，经由钻杆把介质送到孔底，钻头将岩心取出输送回地面。

其次，空气反循环钻探技术。其将压缩空气作为循环介质，通过双臂钻杆外观将这些压缩空气输送到钻孔底端，空气在压缩环境中急剧膨胀，形成相应的冲击力，孔底潜孔锤则会在岩石上进行作用，在空气作用之后，孔底潜孔锤则能够再次透过钻杆的核心返回地面，这一经过则会携带岩心的岩屑，通过分析岩屑，能够实现地质分析的目的。

反循环技术较为符合运用于地质勘察取样工程当中，这一方式能够对较为松软、塌陷底层进行勘察，还能够对水文水井或较为繁琐的注浆进行勘察，经由钻杆隔空性判断孔底状况，以便顺利成功。

通过把空气当作介质所投入的劳动强度以及成本均较低，能够提升钻探效率，可以判断岩层的变化，较为符合缺水的干旱地区。可是这一方式是透过获得岩屑来当作标准，如此则无法真实体现出底层结构和不足之处。在水利反循环技术进行岩心的钻取时则较为完善，具有较高的取心品质，工人施工的劳动强度不高，能够较为准确地判断岩心，可是钻进的速度与效率却无法令人满意，并且耗能较大。

3.3 液动潜孔锤钻探技术

液动潜孔锤钻探技术在我国获得广泛的运用，技术较为成熟，尤其在回转钻探技术方面。回转钻探技术指的是转盘、回转器、动力头等设施对钻杆进行驱动，从而拉动钻头进行回转。通过轴向的钻头会令压力过大，回转中会将岩石击破，从而将岩心取出，形成钻孔，回转中的速度会由于钻机的差异而并不相同，通常石油钻机可以实现160r/min，金刚石钻机在2400r/min以内。液动潜孔锤技术转变了钻头能量的驱动方式，透过冲洗液使液动潜孔锤受到冲击，则会将能量转移至钻头，从而令钻头产生轴向压力，冲液压能够经由现场泥浆泵进行配送，在回转力以及冲击力的作用下，较大地提升了钻孔的作用，减少了打孔的成本，较为适合用在岩石硬度较高、抗剪力较强中。

3.4 组合钻探技术

这是一项对于繁琐地形构成的工艺，其融合反循环取样以及绳索取心的技术，从而获得较为综合的钻探工艺，具有较大的应用性。这一构成可以与地质环境所结合，对繁琐地质环境也能够使用，并且提升了钻探的效率，减少了工程的成本。

3.5 新型钻探技术

在科技发展当中，众多新型材料与工艺使用于钻探技术当中，新型钻探技术通常为改进钻探头，通过超声波技术打造金刚石钻头，这一方式较为适合用在干旱地区，通过改进钻头，可以令效率显著提升，延长使用的时间，并且新型冲洗液也属于新型材料，新型冲洗液可以降低冲洗液在钻杆中的残留。

4 结语

总而言之，工程地质施工对勘探的品质以及工程的施工品质具有较大的影响。只有提升工程施工质量安全，才能够令工程地质勘探构造更加精准。当前需要对钻探的技术在投入方面加大力度，掌握更多有关于钻探技术方面的知识，以此有效提升钻探技术。

参考文献

[1] 杨剑英.地质岩心钻探技术及在资源勘探中的应用

[J].科技创新与应用，2012，（7）.

[2] 刘东恒，李日喜，杨勇.超前水平钻探技术在隧道地质勘探中的应用[J].中国高新技术企业，2011，（11）.

[3] 李绍昆.钻探技术发展探析[J].现代商贸工业，2011，（12）.