厚壁套管在大粒徑砂礫石地層覆蓋層鉆探的應(yīng)用

馮澤波

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 概述

在常規(guī)的水利水電工程項(xiàng)目進(jìn)行水上勘探作業(yè)中，一般采用多層變級(jí)的常規(guī)套管跟管鉆進(jìn)方法通過(guò)砂礫石覆蓋層，此鉆探工藝方法在淺薄層中小粒徑砂礫石地層鉆探工效良好，操作簡(jiǎn)便。

在四川岷江航電樞紐工程項(xiàng)目，上壩址水上勘探鉆探中，采用常規(guī)套管跟管鉆進(jìn)工藝技術(shù)方法進(jìn)行施工，由于岷江水流湍急，河床砂礫石粒徑較大（基本上砂礫石粒徑在20 cm～100 cm之間），同時(shí)伴有孤石，砂礫石覆蓋層厚度（15～30）m，常規(guī)鉆探工藝在實(shí)際鉆探過(guò)程中應(yīng)用效果極差，工效極低，反反復(fù)復(fù)做無(wú)用工，成孔困難，且大量損耗套管、管靴及鉆頭，施工速度不能滿足進(jìn)度要求。針對(duì)此狀況，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員經(jīng)多方取經(jīng)及實(shí)地考察學(xué)習(xí)，及時(shí)引進(jìn)應(yīng)用厚壁套管跟管鉆進(jìn)工藝技術(shù)，有效地解決了水上大、超大粒徑砂礫石層跟管鉆進(jìn)工藝難題，大大提高了工效，降低了生產(chǎn)成本，加快了施工進(jìn)度。

2 厚壁套管的選擇及鉆進(jìn)原理

（1）厚壁套管的選擇。根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際工程地質(zhì)條件及覆蓋層的厚度，采用規(guī)格為Φ127 mm×9 mm的45#無(wú)縫地質(zhì)鋼管，通過(guò)專(zhuān)業(yè)人員加工成長(zhǎng)度為（50～100）cm的方反絲公母扣套管；管靴除去絲扣凈長(zhǎng)約20 cm，底部呈喇叭形并淬火處理以增加其強(qiáng)度，打頭采用實(shí)芯圓鋼加工而成，以利于打入套管時(shí)其強(qiáng)度足夠承受吊錘沖擊力。

（2）鉆進(jìn)原理。利用厚壁套管的自身強(qiáng)度，采用吊錘強(qiáng)夯、強(qiáng)擠、強(qiáng)排向砂礫石覆蓋層打入套管護(hù)孔，在遇到大粒徑礫石套管完全跟不進(jìn)的情況下，再用小兩級(jí)的Φ91 mm鉆具鉆掏、撈取套管內(nèi)的殘?jiān)皫r芯直至管腳底部，然后再進(jìn)行正常跟管鉆進(jìn)至一定深度砂礫石覆蓋層，多次往返重復(fù)上述鉆探、取芯、跟管工序，直至套管完全進(jìn)入完整基巖保護(hù)覆蓋層成孔為止，方進(jìn)行下部基巖正常地質(zhì)勘探施工。

3 厚壁套管與常規(guī)套管跟管鉆進(jìn)技術(shù)的比較

（1）厚壁套管跟管鉆進(jìn)技術(shù)。套管單位成本投入較大，套管壁厚增大，單位長(zhǎng)度重量大，操作較為費(fèi)力，在地層復(fù)雜、軟硬頻繁互層變化大的情況下采用具有較大局限性，不能逐級(jí)下入套管護(hù)孔，成孔困難；但是在單一的砂礫石覆蓋層中使用厚壁套管損耗較小，工序簡(jiǎn)化，成孔較為快捷，效率較高。

（2）常規(guī)套管跟管鉆進(jìn)技術(shù)。常規(guī)套管管壁較薄，單位長(zhǎng)度重量較小，施工時(shí)操作工序繁瑣，有時(shí)可能反復(fù)做無(wú)用功，成本高，投入各級(jí)套管數(shù)量多，管材積壓、損壞消耗大，施工速度慢，多級(jí)套管護(hù)孔，成孔工藝復(fù)雜，效率低；但是該工藝技術(shù)適應(yīng)各種覆蓋層鉆進(jìn)使用，各級(jí)管材來(lái)源廣，易逐級(jí)換徑成孔。

4 厚壁套管跟管鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

四川岷江航電樞紐工程項(xiàng)目河床水上鉆探作業(yè)時(shí)，在大粒徑砂礫石夾漂礫石覆蓋層施工中，初始采用植物膠護(hù)壁、常規(guī)套管跟管護(hù)孔鉆進(jìn)工藝技術(shù)措施，由于江水流速大，砂礫石層孔隙率大、滲透性強(qiáng)，植物膠護(hù)壁失效，下入常規(guī)套管護(hù)孔時(shí)采用吊錘強(qiáng)行擊打套管，遇到堅(jiān)硬礫石極容易導(dǎo)致管靴內(nèi)卷、刃口崩裂掉塊或套管斷裂、膨脹變形發(fā)生損壞，需反復(fù)起拔更換套管，而鉆孔難以正常成孔與加深，必須采取多級(jí)套管跟進(jìn)護(hù)孔，施工速度慢，工期一天天消失。顯而易見(jiàn)，此鉆探工藝技術(shù)的實(shí)施，管材損壞嚴(yán)重，輔助器材投入大，成孔困難，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率極低，施工成本奇高，施工進(jìn)度根本無(wú)法滿足工程進(jìn)度要求。

在現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探工作如此被動(dòng)的情況下，針對(duì)復(fù)雜砂礫石覆蓋層的特殊性，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員多方取經(jīng)學(xué)習(xí)，統(tǒng)一施工思想，引進(jìn)厚壁套管跟管鉆進(jìn)工藝技術(shù)，采取吊錘強(qiáng)夯、強(qiáng)排、強(qiáng)擠的方法把套管打入砂礫石層內(nèi)，遇到大粒徑砂礫石或孤石則先用小兩級(jí)的鉆具實(shí)施小眼鉆進(jìn)、掏芯、打撈孔內(nèi)殘留巖芯，然后吊錘擊打套管跟進(jìn)，成孔雖有難度，但是可以實(shí)現(xiàn)一徑穿過(guò)砂礫石覆蓋層，簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)，顯著降低管材損耗，鉆探效率明顯提高，有效加快地質(zhì)勘探進(jìn)度，獲得建設(shè)方的高度評(píng)價(jià)。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況分析，厚壁套管主要局限不能變級(jí)跟管，僅限于一層套管跟管鉆進(jìn)，砂礫石覆蓋層厚度較小時(shí)此鉆探工藝技術(shù)極為有效，但在遇到厚度大、軟硬頻繁互層的覆蓋層與巖溶地層鉆進(jìn)則無(wú)法順利實(shí)施一級(jí)厚壁套管跟進(jìn)成孔，這種情況下可以采取厚壁套管與常規(guī)套管相結(jié)合的綜合護(hù)孔措施。在今后類(lèi)似的工程地質(zhì)勘探項(xiàng)目中可以根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)條件改進(jìn)厚壁套管的規(guī)格，加大厚壁套管口徑，配合常規(guī)套管，能有效地解決深厚復(fù)雜覆蓋層、砂礫石層的鉆探技術(shù)難題，對(duì)提高工效有很大的幫助。

[1]李建軍，李家利.伸縮擴(kuò)孔鉆頭在砂卵石層鉆進(jìn)中的應(yīng)用[A].全國(guó)水利水電勘探及巖土工程技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新[C].2015.

[2]謝實(shí)宇，謝柳楊，游小川.云南滇中引水工程香爐山隧道深孔鉆探技術(shù)實(shí)踐[A].全國(guó)水利水電勘探及巖土工程技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新[C].2015.