工程地质钻探办法的选择与应用

文/贾勇，安徽省煤田地质局第一勘探队

工程地质钻探办法的选择与应用

文/贾勇，安徽省煤田地质局第一勘探队

工程地质勘探，利用一定的机械工具或开挖作业深入地下了解地质情况的工作。在地面露头较少、岩性变化较大或地质构造复杂的地方，仅靠地面观测往往不能弄清地质情况，这就需要借助地质勘探工程来了解和获得地下深部的地质情况和资料。本文论述了工程地质勘察及工程地质钻探的原理，经过对实践工作的理解与剖析，研讨出合理化调整和选用工程钻探办法，完成了优化钻探质量与提高钻探效率的目的。

工程地质勘察；钻探办法

引言

工程地质常用的勘探工程有钻探和开挖作业两大类。工程地球物理勘探有时也被归入地质勘探中。工程地质钻探是一种常见且很重要的工程地质勘察办法，又是采取岩样土样及进行原位测试不可或缺的手腕之一。钻探是勘查材料可信性和精确性的保证，特别是关于碎石土、砂土较厚地层及有特殊土地层中钻探更为重要。假如钻探技术不过关，便不能精确地揭露地层构造也不能取得岩土的客观物理力学参数，招致一些不真实的参数及材料呈现在勘察报告上，影响了工程建立的质量，以至可能产生上部拟建构造的安全隐患。

1 工程地质钻探的分类

利用钻机向地下钻孔以采取岩心或进行地质试验的工作。工程地质钻孔的深度通常仅数十米到数百米。钻孔的孔径变化较大,一般为36～205mm，有时也采用直径达1m的大孔径钻孔。工程地质勘探中的钻探方法可分为三大类。

1.1 回转钻进

回转钻进又称岩心钻探，岩心钻探指在轴心压力作用下的钻头用回转方式破坏岩石的钻进,可取岩心,也可不取岩心。回转钻进是钻进岩石的主要方法，为了保持岩心的天然状态，冲洗液通常采用清水。回转钻进可以选用不同材料的钻头，常用的有合金钻头、钢粒钻头和金刚石钻头。前一种钻头适用于钻进软至中等硬度的岩石。后两种钻头适用于钻进坚硬的岩石。为了采取薄层软弱岩石、夹泥、断层或破碎岩石的岩心，通常还采用双层岩心管或三层岩心管以减少钻进中岩心的磨损。为了减少钻杆升降次数，提高钻进效率，还可采用绳索取心钻具，在每一回次钻进后，将岩心从钻杆中提出孔口。

1.2 冲击钻进

冲击钻进利用钻具自重反复对孔底进行冲击而使土层破坏的一种钻进方法。冲击钻进分人力冲击和机械冲击两种方式。人力冲击钻具如洛阳铲，一般适用于浅孔和地下水位以上土层钻进。机械冲击一般采用机械提升和向下冲击，适用于各类土层钻进。在河流冲积的砂砾层中钻进时，为了取得砂砾石样品，通常采用平阀管钻冲击，跟管钻进。

1.3 折叠冲击回转钻进

将冲击和回转钻进相结合的钻进方法，即钻头在孔底回转破碎岩石的同时，施加冲击荷载。

2 场地钻探条件对钻探办法选用的影响

场地钻探条件指的是在工程地质钻探时，某种钻探办法在获得地质材料精确性和提高钻探效率，在钻孔构造、钻孔钻进状况、回次进尺率、岩芯采取率、野外岩芯取样与鉴别等方面，所反映出的实践状况。

关于土层的钻探办法多为回转取心钻进、冲击取心钻进、螺旋取样钻进。在工程地质钻探过程中，不只请求胜利钻入，而且的要获取充沛的如颗粒组成、密实度等指标。如何依据场地钻探条件选择钻探办法，让获得土样所反映的地层岩性与该土层的真实状况契合，不断是勘察工作需求处理的问题。关于土层，在工程地质钻探过程中决议成果精确性及牢靠性的条件主要表如今岩芯采取率和回次进尺率等方面。

岩心采取率：权衡岩石钻探工程质量的一项重要指标，是钻进采得的岩心长度与相应实践钻进尺之比。岩心采取率用系数δ来量度。

δ=(L2-L1)(L0-L3)

式中：L―本回次岩芯长度，m；

L1―上回次岩芯残留长度，m；

L0一本回次进尺，m；

L3一本回次岩芯残留长度，m；

回次进尺率：回次进尺的大小表征着两重含义，即回次时间内纯钻进时间的长短。回次进尺率主要表征钻进的机械效率，用系数η来量度。

η=(H2-H1)(H0-H1)

式中：H0―本回次钻进完毕钻孔深度，m

H1―上回钻孔实践深度，m；

H2―下回次下钻后钻孔实践深度，m；

实践钻探工作中长期的观测和总结得出，δ值在偏离1.0较大时，回次进尺率较低，钻探效率及质量产生较大影响。相反，δ值在1.0左近区间变化时，回次进尺率η值在0.9～1.0之间。为了有效提高钻探质量及效率，钻探中关于硬塑、的土层选用回转取芯钻钻进或锤击取芯钻探时，其δ、η值趋近于1.0；关于软塑、自然密度较小的土层，用螺旋取样钻钻进时，其值趋近于1.0。总结出钻探条件与不同钻探办法的关系见表1。

在工程地质钻探中，地层为碎石类土的状况较为多见，也是工程地质勘查中较为繁琐的地层之一。这种地层在力学性质上较不稳定，其根本特征是颗粒较多、无胶结，粒径不均。在这种地层上进行钻探工作时，较容易毁坏地层相对稳定状态。为保证获得精确的材料及保证钻探质量，在这些地层中必需选用合理的钻进办法，采取先进的钻进技术。因而钻探办法也多采用回转取芯钻进、锤击取芯钻进等综合钻进法。依据钻探条件，来剖析所选用的钻探办法，能否能有效提高钻探效率和提高钻探质量。首先要剖析不同钻探办法在不同的密实水平、湿润水平、粒径和充填物中的适用状况。1、关于松懈的卵碎石类地层，颗粒自在度较大，套入条件较好，容易钻进，但是也容易坍塌，适用跟管钻进，关于较密实的地层，其中颗粒自在度较小，钻进中孔壁坍塌水平较小，适用于裸孔钻进；

2、关于含水量较小的卵碎石层层，孔壁不容易发作坍塌，若其较密实，适用于裸孔钻进，含水量较大的容易钻进，孔壁也易坍塌，所以首先思索护壁要素，适用于跟管钻进，当卵碎石空隙充填较多粘性土时，亦可用裸孔钻进；

3、为获得好的钻进效果，综合剖析卵碎石粒径对钻进的影响，选择适宜的钻具口径。通常正常钻进中常运用φ127钻具或φ146钻具，假如地层粒径大于岩心管内径或者钻头内径，可适度增大钻具口径或运用小口径钻具，以破碎个体为目的进行钻进；

4、关于卵砾石间多以粘性土充填的地层来说，其粘结力较强，钻探工作中孔壁坍塌水平较小，宜用裸孔钻进；关于卵砾石问多以沙类土充填的地层来说，其粘结力较差，应在钻进中主要思索护壁问题。为避免用泥浆护壁有可能对地层进行分选，对现场鉴别增加艰难，并思索到这种办法的效益等要素，不宜采用这种办法。相比之下更常用套管护壁。

3 实践钻探工作中钻探办法的选取

在钻探工作中遇到的地层，实践状况多为以上各单一条件的复杂综合体，钻探时需根据密实度、填充、含水率等的差别，在钻探工作中依据钻探条件，及时选用顺应的钻探办法，以提高钻探效率和钻探质量。

1、遇到较为松懈的地层，含水率低，填充物多为粘性土时，回转跟管钻进，增加提钻次数，以使回次进尺后起钻便当。

2、遇到较为密实的地层，含水率低，填充物多为粘性土时，宜采用合金干钻，回次开端时钻进参数随进尺的增加应逐步增加，同时，还应根据现场进尺的快慢水平来随时调整钻进参数。

3、遇到较为松懈的地层，含水率低且填充物中粘性土含量低时，钻探宜运用跟管钻进办法。下管前用φ150钻头开孔，普通钻入地层3～6m较为适宜，随后用压入、回转后振动的办法将套管下入。

4、钻探中采取泥浆护壁可能使地层分选，将地层中细颗粒带走，影响野外地层鉴别的精确性。当在卵碎石地层中钻探时，应防止运用泥浆循环钻进；当在地层较为松懈并且粘性土含量较低的场地钻探时，可思索选用泥浆护壁。

4 结语

工程地质勘察是一个系统工程，通过合理调整和选用工程钻探办法，可以提高钻探质量从而提高钻探效率。