水深流急海域工程地质勘探技术研究

牛东NIU Dong

（山东广源岩土工程有限公司，青岛 266000）

0 引言

在水深流急海域进行工程地质钻探，是一项充满风险、工艺复杂的野外工作，包括钻探船与钻机型号选择、施工前准备、施工工艺等多个方面，它关系到岩土分层、原位测试和岩土试样的采取，关乎整个勘察工作的优劣成败。

1 海域和地层

施工区域位于珠山头西南部海域，水深15～30 米；流速最大可达1.5 米/秒，其北侧的鱼池南山更是被当地人称“阎王鼻子”，海流变化无常，凶险无比。施工海域距避风港口十多公里，受除西北风和北风外其它六个方向的风影响较大。该海域称“珠山头”，与“成山头”“崂山头”“岚山头”并称山东省“四大头”，均以水深流急，施工条件险恶著称，历来被视为海上施工禁区。

该海域分布的土层主要为淤泥层、淤泥质粉质粘土层、粉质粘土层、粉土层、中粗砂层、碎石层和残积土层等，其中，“阎王鼻子山”正对的西南部大部分海域由于急流冲刷，顶部直接为粉质粘土，除20～30cm 被水泡软的外，其下均为硬可塑～硬塑状态，给钻探船只抛锚定位造成较大困难。

2 钻探船与钻机型号选择

船型及钻机型号选择对钻探工作起着非常重要的作用，2008 年本海域钻探的多支勘测队伍使用了多种船型，有的船型和钻机型号非常适宜工作环境，有的无功而返，所以，船型与钻机型号选择对于水深流急海域钻探是至关重要的。共分五类船型和三类钻机，其特点分别见表1 和表2。

表1 钻探船型的对比分析

表2 钻机性能参数表

通过船型的对比分析，选择编号为2 的船型（铁壳自航驳船，船体底部中间开直径1.0～1.2 米圆洞）最为合适本海域勘探。

3 钻探施工前准备

3.1 验潮站

验潮站宜选择在施工海域内，如果选择在较远的港口内，可能带来较大误差。曾经做过测算对比，因合抱型港湾海水流出流入不畅，已建成的某军港内和离此港8 公里港外验潮站的潮位时差在1.5 小时左右，且潮位时间随着离军港的距离发生变化，由此引入较大水深误差，最终导致岩土层位误差较大。

3.2 安装套管纠偏钢丝绳

3.3 计划施工时段

在水深流急海域钻探施工需选择施工时间，每月农历十五～廿和初一～初五时潮大流急时段，多次尝试过，只有海底表层分布超过1.5 米厚淤泥地段成功完成过钻孔，表层是硬粘土地段，均未成功过。

每月其它时段都可钻探施工，但要充分高效利用退潮最后一小时和涨潮的第一个小时共两小时水流很小甚至无水流的时段，我们称为平流期，这一时段是施工最黄金的时段。因沿岸流方向在涨落潮时变化较大，易导致钻探船较大位移而无法施工，故钻探工作务必在同一个潮次完成。

钻探船只要计算好自港口到施工海域的准确时间，一般要提前在平流期前一个小时赶到预定海域，边组织船只抛锚定位，边下套管。在平流期前，套管应下至海底表面，待到平流期，抓紧施工。大量实践证明，熟练操作手一般2个小时左右可完成12～15 米土层钻探进尺。

3.4 安全管理

施工前宜派专人负责收听收看天气和海况预报，风力大于6 级或涌浪高于0.5 米及雨雾雷电天气不得施工。

因春夏期间，海上浓雾天气较多，施工前宜把施工孔位坐标和停泊码头泊位坐标输入导航软件系统，根据水深图画出安全航线。海上突然起大雾时，可利用罗盘或罗经确定方向，根据预定安全航线顺利归港。

4 钻探施工

4.1 海上定位

采用GPS 信标机实时差分进行钻孔定位，定位误差小于1.0 米。因水深流急，不宜抛浮漂确定钻孔位置，可根据GPS 信标机在电脑上显示的船只与钻孔位置相对关系，利用水流方向科学指挥抛锚。各型钻探船有各自的适合锚重，理论上说使用钢丝绳加锚链效果最好，但实际并非如此。大量的实践证明，锚链需要加4 米左右即可，确实起一定作用；但钢丝绳或尼龙锚缆效果相同，关键因素在于锚缆长度。到平台30 米水深，锚缆长度宜采用250～300米，锚缆与海底表面所称的角度约为5.5～6°。船只定位时，应船头顶流上溯300 米下顶流锚，下漂250 米，距勘探点位50 米距离固定锚缆，在船拖动下，锚齿缓慢插入硬粘土中，但始终要保持船只在点位的顶流上方一段距离。船只稳定后在船尾部下两口锚，离钻孔位置10 米左右时，每松2～3 米锚缆，待稳定后，慢慢调整到预定位置。经过大量工程实践，顶流一口锚下好后，再下两口锚、三口锚差别不是很大。

4.2 水深测量和孔位监测

4.2.1 水深测量

细胞内蛋白的降解主要是通过泛素化过程进行。因此，CRM1的降解过程可能与细胞内CRM1蛋白的泛素化增强有关。因此，本研究进一步通过激光共聚焦技术检测CRM1的货物蛋白RanBP1[19]的细胞核输出情况。结果显示，随着LFS-01药物浓度的增加，RanBP1在细胞核内的聚集量逐渐增加（图2显示细胞核内的绿色荧光逐渐增强），说明CRM1的细胞核输出功能受到抑制。并且，20 μmol/L LFS-01抑制CRM1的细胞核转运能力与50 nmol/L阳性对照药物LMB[20]相当，约80%的RanBP1蛋白被滞留在细胞核内（P值均＜0.01）。

水深测量对于海上钻探至关重要，钻具到平台的总长度减去水深与海平面至平台之和即为钻探深度。在静水区域，使用水砣绳（细软钢丝绳加正四面体水砣）能够保持竖直且无弹性，精度能满足规范要求。但在水深流急海域钻探，水砣绳因水流漂移而不能保持竖直，带来水深误差较大，应采用电子水深仪进行水深测量。曾做过实验，在海流相对平静的时段，水砣绳测出水深比电子水深仪测出要深0.90 米以上，当海流大时其精度更难以保证。因水深误差直接影响到岩土层层位精度，从而影响到钻探深度计算精度。

水深仪要每隔半月到港湾静水区通过水砣绳进行校正，校正用水砣绳宜采用软细钢丝绳。

4.2.2 孔位监测

在水深流急海域钻探，钻孔位置的GPS 信标机监测十分重要，在风浪影响下，船只晃动范围在1～2 米范围内基本是安全的。如果船只位置在仪器监控下连续向同一方向移动，超过3 米，且不断加大，多数已经脱锚，必须立即停钻后，抓紧时间拔出套管，否则容易折断钻具，甚至伤人。我们在水深流急海域进行工程地质钻探时，一直采用GPS 信标机全程监控，效果很好，既保证了施工质量，又保护了钻探机具和人身安全，一举两得。

4.3 钻探及岩土层位划分

套管下入硬粘土层深度不宜超过2 米，否则，起拔难度较大。淤泥类土、软塑～软可塑粘性土或稍密～中密粉土可采用单管单动钻具干钻取芯，硬可塑～硬塑粘性土、密实粉土和砂土可采用双管双动钻具连续取芯，岩层采用单管单动钻具取芯。

根据取芯特征及长度划分层位。因砂土、软土取芯率较低，分层时应以粉土或粉质粘土厚度为基准，推算其它岩土层位及厚度。每次遇到钻探进尺突然加快或减慢时，应立即量测水深，推算位置，待取上样品后进行分析，找准原因，以确保岩土分层的合理性。

4.4 土试样采取及原位测试

4.4.1 土试样采取

试验表明，软土采用薄壁取土器采取原状试样，不如采用单管单动钻具加上同直径薄壁PVC 管采取的原状试样质量好，原因是薄壁取土器采取的土试样要通过机械挤出来，存在二次扰动；而PVC 管采取的土试样可压入环刀，根据环刀厚度切成薄片，纵向锯开PVC 管，剥离出环刀，不存在二次扰动，所以得到的试验数据相对薄壁取土器采取的土试样得到的数据要更准确。

采用薄壁取土器采取的硬可塑～硬塑粉质粘土或粉土试样，也因二次扰动，试验数据比厚壁取土器或单管干钻采取土试样的试验数据要差，钻探时应注意分析选用取土器类型的合理性。

采取试样须一次性压入，以防止船体升高时断样和进水；上提取土器时宜回转几圈，使土样从底端扭断。

4.4.2 原位测试

因水深影响，钻具长度较大，容易出现测量误差，故量准钻具长度和水深，清净孔底虚土，方可进行原位测试。标准贯入试验段长度应同在波峰或波谷状态确定，以免引入误差。

5 结束语

①水深流急海域勘探，首选应根据海域的水深、流速和海底底质选择适宜船型和钻机型号，架高钻机，增大其立轴行程，提高工作效率。

②钻探施工前准备很重要，包括选择验潮站、安装套管纠偏钢丝绳、选择施工时段、收听天气和海况预报，预设好安全返港航线。

③钻探施工时，根据流速和水深，用GPS 信标机控制适宜锚缆长度和抛锚方向，迅速准确定位；电子水深仪测定水深；针对不同岩土层合理使用钻具，根据取芯疼整合长度合理分层。清净虚土后，进行原位测试，合理选择取土器类型高质量采取土试样。

总之，根据当地地理位置、海浪、潮汐、海流及岩土层特征，结合海上勘探施工经验，制定出合理钻探施工方案，定能优质高效完成勘探任务。