巖質滑坡體鉆探施工技術淺析

侯順威+何翔

摘要：主要介紹了巖質滑坡體鉆探施工相關技術，對滑坡復雜地層的的施工難點，制定鉆探技術設計和技術措施。以浙江省遂昌縣蘇村滑坡地質災害勘查設計鉆探施工為例，淺析該項目在鉆探施工過程中所采取的鉆探施工工藝。

關鍵字：復雜地層鉆探；蘇村滑坡；套管護壁；跟管鉆進；繩索取芯

1.項目概況

1.1項目由來

受臺風“鲇魚”集中強降雨作用的影響，2016年9月28日17時28分，遂昌縣北界鎮蘇村（破崩壇）東北側山體發生滑坡，大量滑坡物質滑出以后，沿途刮鏟并推動山麓地帶原有崩積物，沖毀和掩埋下方村莊，堆積至對岸山體，堵塞河道形成堰塞湖。

1.2鉆探目的、任務

本次滑坡勘查工作的目的主要是查明滑坡體物質組成、結構特征及滑體厚度、滑床物質組成及其物理力學性質、水文地質條件，為下一步滑坡防治工程設計提供更為準確可靠的地質資料。

其具體任務是：在充分搜集、分析利用已有地質資料的基礎上，通過工程地質測繪結合鉆探工作查明和研究以下問題：

①重點查明滑坡上部殘留的不穩定巖土體的物質組成、結構特征、厚度，分析判斷其穩定性、失穩破壞模式及一旦下滑可能造成的危害程度；

②滑坡堆積區滑坡體物質組成、結構、厚度變化、巖土體工程地質特征和物理力學性質，研究滑坡形成的機制；

③基本查明滑坡兩側邊界處及后緣山體巖土體結構特征、判斷其穩定性；

④通過勘探和測試，進一步查明邊界條件，選取物理力學指標及計算參數，為下步論證滑坡防治工程施工的技術可行性提供依據。

1.3鉆探工作量布置

根據《遂昌縣北界鎮蘇村滑坡勘查設計書》的要求，鉆孔共設計13個，設計孔深將超過滑坡堆積體至原始完整基巖為終孔目標，終孔直徑Ф75mm（圖1鉆孔布置圖）。

2.地層巖性

勘查區出露地層有第四系松散層（Q）以及燕山期侵入巖，各巖性特征簡述如下：

2.1第四系松散層（Q）

①殘坡積層Qel-dl：主要分布于勘查區山體緩坡平臺及坡麓地段，以灰黃色含碎礫石粉質粘土為主，結構松散，厚度一般1m～2m，局部可達3m以上。

②全新統沖洪積層Q4al-pl：主要沿桃源溪呈狹長條帶狀分布于河床及兩側階地，由灰黃色礫石、砂礫石組成，含漂（孤）石，磨圓度較好，分選性較差，結構松散，兩側階地表層多覆蓋有薄層耕植土。該層厚度一般2m～4m。

③崩積層Qcol：主要位于桃源溪北岸山體斜坡中下部，南岸少見，以棱角—次棱角狀塊石為主，塊石直徑以0.2m～ 1.0m為主，最大可達10m，巖性多為肉紅色細粒花崗巖，少量為淺肉紅色二長花崗巖，厚度變化較大，滑坡區附近厚度3m～8m，其余區段小于2m。

④滑坡堆積物：主要分布于原破崩壇自然村所在區域及北側和西側山體斜坡區、南側桃源溪兩側，巖性主要以碎塊石為主，密實度較差，雜亂無章，以中風化細粒花崗巖為主，夾雜流紋巖、玄武玢巖及二長花崗巖等，塊徑在30cm～ 1.0m，局部巨石可達10m，呈棱角狀和塊狀，碎塊石含量在60%～80%左右，其余為砂，粉質粘土含量稀少。

2.2侵入巖

①斑狀中粗粒二長花崗斑巖（ηγ25）

原1/5萬蕉川幅區域地質調查資料巖石譜系單元劃定為蘇村巖體，分布于勘查區南西側，淺肉紅色，斑狀結構，基質具細粒半自形-它形粒狀結構，塊狀構造，斑晶含量約占60%，礦物成分主要為鉀長石、酸性斜長石、石英，鉀長石斑晶多呈半自形短柱狀粒度2.5mm～7.5mm，最大可達15mm，酸性斜長石多呈半自形板條狀，粒度2mm～7mm，基質由鉀長石、石英及黑云母組成，可見少量的磷灰石。新鮮巖石致密堅硬，抗風化能力較強，山凹及緩坡面巖石風化較強烈，呈砂土狀、砂夾塊石狀出露。

②斑狀細粒花崗巖（γ35）

原1/5萬蕉川幅區域地質調查資料劃定為新鋪巖體，分布于勘查區北東側，肉紅色，斑狀細粒花崗結構，塊狀構造。礦物成分主要為鉀長石30%～40%、斜長石25%～30%、石英30%～35%及微量黑云母等，粒度1mm～1.5mm。巖石結構致密堅硬，破崩壇東北側一帶受斷層影響，巖石節理發育，巖石破碎。

3.鉆探施工技術難點

（1）Ⅰ層滑坡堆積層：分布于滑坡體表部，厚度一般20m～35.0m，表部為含碎石粘性土，厚度0～4.5m，其下為碎塊石層，原巖巖性為斑狀細粒花崗巖，巖質堅硬、致密，滑坡區由于受斷層及滑動錯斷的影響，極其破碎，呈碎裂～碎塊狀，塊徑以0.3m～0.8m為主，多呈較為規則的斜長方體狀（圖2滑坡堆積層）。

Ⅱ層斑狀細粒花崗巖：被滑坡體掩埋，外圍在滑坡體后緣、兩側邊緣出露，巖質堅硬、致密，以中等風化為主，強風化層厚度較薄。

（2）孔內嚴重漏失，全部鉆孔集全孔段漏水、掉快、坍塌垮孔、鉆進中由于滑坡體不穩定而導致護壁套管移位等諸多難點于一體，易造成鉆具折斷，卡鉆、燒鉆、埋鉆等情況，潤滑鉆具難度大，鉆進回轉阻力大，孔內事故頻發，堵漏及處理事故時間多，施工進度慢。

（3）巖芯破碎，取芯困難，繩索取芯鉆具外管磨損嚴重，易折斷，內管投放困難。斑狀細粒花崗巖巖質堅硬、致密，易打滑，鉆進時巖塊移動，鉆頭研磨性較低，提鉆后將很難下鉆。

（4）鉆探工程質量六大指標中的巖芯采取率對于一般巖石不低于80%，對于軟巖、破碎巖石應不低于65%，如采用單管鉆進，巖芯采取率基本無法保障。

4.鉆探技術設計

鉆孔共設計13個，設計孔深將超過滑坡堆積體至原始完整基巖為終孔目標。由于機坪位于滑坡堆積體上，機械設備穩定性較差，難度較大的鉆孔采用跟管取芯鉆進工藝能有效的提高鉆進效率和巖心采取率；由于工期短，任務緊；在拿出施工方案后；決定進場6臺鉆機，其中兩臺XY-4型機，一臺XY-300型和三臺XY-150型鉆機；施工難度較大的鉆孔將采用千米機施工并開夜班；其他鉆孔則采用300型和150型鉆機，鉆塔選用浙江省煤田隊自行研制生產的“四角簡易塔”施工，泥漿泵選用BW-150型。

鉆孔孔身結構：由于鉆探施工技術難點較多，鉆孔孔身結構將采用多層套管護壁。采用Φ150mm口徑開孔，下入Φ146mm套管。再采用Φ130mm口徑換徑，下入Φ127mm套管。再換Φ114mm繩索取芯鉆具換徑，Φ95mm繩索取芯鉆具換徑，Φ75mm繩索取芯鉆具換徑直到終孔。

采用PAM、植物膠、潤滑劑、隨鉆堵漏劑、Na-CMC等處理劑配制無固相高聚物沖洗液，各種處理劑將按照鉆探工程沖洗液配比分別溶解，并充分水化后攪勻使用。

5.鉆探施工技術措施

5.1鉆機設備安排

對于滑坡堆積體較厚、機坪穩定性較差的鉆孔，我們采用了XY-4型鉆機施工，由于鉆機重量在2噸左右，對于機械設備來說穩定性較強一些；滑坡堆積體較淺、機坪穩定性較好的鉆孔，我們采用了XY-300型和XY-150型鉆機施工。

5.2套管護壁、跟管鉆進

蘇村滑坡堆積體穩定性較差，施工過程中孔內沖洗液嚴重漏失，掉塊多，套管護壁是最為有效的護孔方法，施工的鉆孔多數均下Ф146mm、Ф127mm、Ф108mm三級套管，單孔套管多數下到不能下為止。在下套管前仔細檢查套管，選用絲扣好的、不變形的套管，在不穩定管段應盡量下入套管，下入孔內前在套管上抹上一層黃油并做好孔口封堵工作，這樣起拔套管時成功率高。

在套管下入孔內后，我們采用繩索取芯鉆進，直接使用繩取外管做套管。并聯系購置核工業二六二大隊生產的Ф114mm、Ф95mm薄壁胎體金剛石鉆頭。由于孔壁穩定性較差，隨時都有可能發生埋鉆、卡鉆的事故，我們采用Ф114mm繩索取芯鉆進至鉆頭消耗完不提鉆，只提內管，外管將作為套管使用。再換Ф95mm繩索取芯鉆具穿過Ф114mm繩取鉆桿以及鉆頭進行鉆進，直到鉆頭消耗完不提鉆，只提內管，外管將作為套管使用。最后采用Ф75mm繩索取芯鉆具穿過Ф95mm繩取鉆桿以及鉆頭進行鉆進，直到終孔。

5.3頂漏鉆進時加強孔內潤滑

蘇村滑坡勘查所有鉆孔均為全漏，采用“頂漏鉆進”的方法施工時必須加強孔內潤滑，否則鉆進回轉阻力大，鉆進效率低，且鉆桿、鉆具磨損嚴重，易發生鉆桿、鉆具折斷事故。施工中采用的方法是在鉆桿、鉆具上涂抹3號鋰基脂潤滑油，開鉆回轉后在孔壁上形成一層油膜，潤滑效果良好。

5.4卡鉆、埋鉆事故處理

處理卡鉆、埋鉆事故的方法是根據事故的性質、類型以及當時的具體情況而確定的，情況不同，處理事故的方法也不同，歸納起來有以下兩種：一是提：在設備能力允許的情況下，用升降機提拉事故鉆具，同時可以快拉、猛放，反復串動的方法，解除輕微卡埋鉆事故。二是打：用打吊錘的方法，來震動孔內事故鉆具并使之解卡，但對嚴重坍塌埋鉆事故不適用，因為越震動，孔壁坍塌越嚴重，會使孔內事故惡化。

5.5提高取芯率的技術措施

為查明滑坡上部殘留的不穩定巖土體的物質組成、結構特征、厚度，為下步論證滑坡防治工程施工的技術可行性提供依據，鉆探施工巖芯采取率尤為重要。為確保巖芯采取率，鉆探施工中主要采用S114、S95、S75單動雙管繩索取芯鉆具。開孔松散地層采用硬質合金鉆頭單管鉆進“干燒”取芯；對于滑坡堆積體較厚的鉆孔采用繩索取芯。在取芯困難的孔段，控制回次進尺在0.5m之內，并合理控制鉆進規程參數，輕壓慢轉。在底板和重要標志層中，巖芯采取率達不到要求的，須專程補芯；卡取巖芯、打撈內管、退出巖芯時要細心，盡可能的避免人為破碎（圖3巖芯）。

6.結語

該項目于2016年11月14日下午13個鉆孔均保質保量完成并終孔。鉆孔合格率100%，均已通過質量驗收，巖芯采取率達到設計要求。經過鉆探工程施工，查明了滑坡上部殘留的不穩定巖土體的物質組成、結構特征、滑坡堆積體的厚度。為下步論證滑坡防治工程施工的技術可行性提供了可靠的依據。

參考文獻：

1、GB50021—2001巖土工程勘察規范.2009年版

2、鉆探工藝學.北京地質出版社.1990

3、金剛石鉆探手冊.北京地質出版社.1991