工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)的應(yīng)用淺述

陳鴻濤

摘 要：在國家經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的推動下，工程地質(zhì)勘察也取得可喜可賀的突出成績。我國土地地形和地勢差異較大，在一定程度上給工程地質(zhì)勘察增加了難度。鉆探技術(shù)作為工程地質(zhì)勘察的重要手段，由于其具備精確的分析手段故在實際應(yīng)用中得到的大范圍的運用。本文結(jié)合工程地質(zhì)勘察的簡要介紹及其特征，詳細(xì)地闡述了幾種鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察的實際應(yīng)用，期望能夠推動地質(zhì)勘察工程的快速進(jìn)步與提升。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)勘察；鉆探技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TU195 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

我國土地資源遼闊，但近些年隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口眾多的影響，對于礦產(chǎn)及其能源的消耗量在逐年增加。所以就需要對于工程地質(zhì)勘察工作的開展給予足夠的重視。鉆探技術(shù)作為工程地質(zhì)勘察的最重要的方法，能夠保證勘察數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確度及高效率。目前鉆探技術(shù)方法種類較多，就需要在實際的現(xiàn)場施工中根據(jù)地質(zhì)條件的差異選擇適宜的鉆探技術(shù)。

1 工程地質(zhì)勘察的簡要介紹及其特征

1.1 簡要介紹

工程地質(zhì)勘察可以簡單地理解為通過一定的技術(shù)手段對地形及地質(zhì)的整體狀況進(jìn)行縝密的勘測、調(diào)研與實驗，以此能夠?qū)Φ赜蚍秶恼w地形及地質(zhì)的狀況有比較詳盡的了解，能夠為后期項目的施工奠定良好的基石。勘察的具體內(nèi)容包涵地質(zhì)情況的勘測、樣品的實驗開展、地質(zhì)情況的調(diào)查及其測繪等，在相關(guān)工作完成后對項目籌建地點的土層情況和相關(guān)的力學(xué)參數(shù)有了準(zhǔn)確的認(rèn)識，結(jié)合勘察相關(guān)數(shù)據(jù)就能夠?qū)椖窟m應(yīng)性做好剖析與檢測，最終得出符合項目施工要求的方案與技術(shù)性建議。

1.2 特征

工程地質(zhì)勘察的目的是技術(shù)人員對項目施工地的地勢與地質(zhì)條件有足夠的了解，其特征大體包含如下4方面：第一，工程地質(zhì)勘察的勘察目標(biāo)是土地。因此需在開展詳細(xì)的施工操作開始之前對地勢及其地形有充分的了解，保證判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性及其合理性，從而確保能夠選取最佳的鉆探技術(shù)。第二，在鉆探過程中，需要認(rèn)識到布孔和取樣是同等重要的，既要保證合適的布孔又要確保取樣的代表性。在選取巖心過程中所布孔盡可能地控制在10m以內(nèi)，且沒必要過大，只有這樣才能保證對地質(zhì)的結(jié)構(gòu)未造成損害的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理分析。第三，鉆探技術(shù)是通過布孔的方式來實現(xiàn)采樣的目的，取樣的同時不能忽略布孔的重要性。布孔是一項技術(shù)含量較高的技術(shù)，在布孔中會應(yīng)用到很多技巧，對于布孔的地點、深度的確定都需要布孔操作人員做好正確的評估。而且布孔的目的完成取樣的同時能夠?qū)ΜF(xiàn)場的水源特征及其自然災(zāi)害的類別有初步的了解。第四，在地形情況較難估量的地點進(jìn)行勘察時對于布孔的要求就相對較高，若布孔操作人員的技術(shù)未達(dá)標(biāo)，不但很難保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時還會給現(xiàn)場人員的生命安全產(chǎn)生一定的危害。

2 常用方法

2.1 擊入法

對于質(zhì)地較為堅硬的地層，使用一般的鉆探方法往往由于對巖層的沖擊力不夠而無法快速的破碎巖石，使得鉆進(jìn)時效受到影響。擊入法則能夠提供足夠的能量，使得巖石快速的破碎，有利于鉆探工作的順利開展，通常孔內(nèi)、孔外擊入兩種方式。

2.2 壓入法

對于質(zhì)地柔軟的巖層，不需要較大的沖擊力，只需要適當(dāng)?shù)氖┘訅毫Γ蚨藭r可以采用壓入法來進(jìn)行鉆探，這樣就可以減少鉆進(jìn)過程中的能量消耗。通常來說根據(jù)工作連續(xù)性不同有連續(xù)壓入和間歇壓入兩種。

2.3 振動法

振動法對于一般性的巖層鉆探均能適用，它可以利用振動器來使得土層產(chǎn)生震動，并將鉆頭鉆進(jìn)到土層中。但應(yīng)當(dāng)注意該方法不適用于巖石層的鉆探以及原狀樣的提取。

3 應(yīng)用分析

鉆探技術(shù)是進(jìn)行地質(zhì)勘探以及獲取勘探成果的重要手段。我國國土資源極其豐富，在面積遼闊的土地及海洋中埋藏著極多的資源寶藏，要想獲得這些資源就需要利用鉆探技術(shù)來進(jìn)行資源的勘探，為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供資源支持。另外，地質(zhì)勘探中樣品的采集也需要利用鉆探技術(shù)來獲取，人類到訪月球及火星甚至在未來去更遙遠(yuǎn)的星球進(jìn)行科學(xué)考察，也需要采用鉆探技術(shù)來進(jìn)行取樣，可見鉆探技術(shù)是人類了解地球的必要手段。常見的鉆塔技術(shù)有以下幾種：

3.1 反循環(huán)鉆探

反循環(huán)鉆探技術(shù)起始于20世紀(jì)中葉，歐洲國家開始使用，并逐漸推廣普及開來，并在發(fā)展過程中形成了多種形式。在一開始的反循環(huán)鉆探功能較少，主要用于巖礦屑的采集，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的對巖心進(jìn)行鉆探收集。“壓送法”反循環(huán)鉆探適用于之地較軟或者是中硬質(zhì)地的勘探現(xiàn)場，工作時先壓送沖洗液進(jìn)入套管內(nèi)，隨后沖洗液又從鉆桿內(nèi)返回繼而形成循環(huán)，這樣鉆取的巖心就隨著沖洗液帶到地表。空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)實現(xiàn)了節(jié)水的鉆探，特別是在一些水資源緊張的地區(qū)特別適用，它的循環(huán)介質(zhì)為空氣，多用于固體礦產(chǎn)鉆探。有些礦產(chǎn)質(zhì)地較為松散，適用其他的鉆探技術(shù)有可能對巖心造成較大的擾動，使得取樣準(zhǔn)確率不高，特別是一些高嶺土?xí)谒淖饔孟掳l(fā)生膨脹現(xiàn)象，造成礦巖心的污染而使用空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)可避免此類問題，從而高效率的準(zhǔn)確取樣。實際的操作時，隨著鉆探深度的加深，鉆機轉(zhuǎn)速不斷提高，巖心礦物隨著空氣循環(huán)到地上，取樣人員只需要在按照一定的時間節(jié)點接收收集。

3.2 繩索取心技術(shù)

進(jìn)行地質(zhì)勘探時，如果使用鉆探技術(shù)鉆進(jìn)到巖心時，巖心物質(zhì)進(jìn)入到管中，此時在提取巖心時不用將鉆上提，而是使用繩索等專業(yè)取樣工具將其從巖心管取出來，這樣就可以大大地縮短鉆探的有效時間。據(jù)統(tǒng)計，在進(jìn)行金剛石巖心的勘探時，如果采用升降鉆機的方式進(jìn)行取樣，其升降鉆機的時間就占到總工作時間的四成左右，而使用繩索取心技術(shù)就可以節(jié)省這一部分時間，提高了工作效率。另外這種技術(shù)采用的厚壁鉆頭雖然鉆進(jìn)速度略慢，但總體上減少了升降工序，仍然有較高的鉆探效率，并且在出現(xiàn)巖心管堵塞時，能夠馬上進(jìn)行疏通，還能夠保證巖心的完整程度。采用升降鉆機取心還會導(dǎo)致鉆機的磨損加大，據(jù)統(tǒng)計，繩索取心技術(shù)使用的鉆頭使用壽命可以延長一倍。由于提鉆少，使得鉆桿始終處在鉆孔內(nèi)，一定程度上有護(hù)壁的作用。綜合來看，該方法減輕了勞動強度，使得鉆探成本降低，但是同時也應(yīng)注意到，由于鉆頭壁厚，會對巖石產(chǎn)生大面積的削切，同時鉆進(jìn)的能耗較高。

3.3 液動潛孔錘

液動潛孔錘是一種新的鉆探技術(shù)，它在回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后形成的，屬于液動的類型，并在液動能量的支持下給予鉆頭一定的沖擊力，使其向下錘動，加速了巖石的破碎。在進(jìn)行實際的工作時，完全可以利用現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)鉆探的配套設(shè)施，其操作步驟也相同，而且適應(yīng)孔深可以達(dá)到5000m以下，具有較高的鉆進(jìn)時效，特別是對于一些硬質(zhì)的地層，使用液動潛孔錘技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)時，通常不會有堵塞的情況，并能夠有效地降低孔斜強度，無須使用較大的能耗，也不會對環(huán)境產(chǎn)生較大的污染。對于含水層的鉆進(jìn)同樣有效，能夠利用液動潛孔錘機械本身的性能來提高護(hù)壁能力，容易操作，進(jìn)行維護(hù)檢修工作也較為方便。

3.4 組合鉆探技術(shù)

工程地質(zhì)勘探工作通常面臨較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，有時僅憑一種鉆探方法難以達(dá)到理想的效果，因此可以綜合使用各種鉆探技術(shù)，根據(jù)實際情況來進(jìn)行組合，這樣就可以整合各類鉆探技術(shù)的優(yōu)勢，從而提高鉆探的效率，減少工作人員的勞動強度，節(jié)約鉆探工作的成本，達(dá)到更好的鉆探效果。

結(jié)語

就目前我國工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用來看，可供選擇的鉆探技術(shù)上面提及的幾種方法可供選擇，其所涵蓋的內(nèi)容較全面，所以在實際的現(xiàn)場施工中就需要根據(jù)地質(zhì)條件的差異選取適宜的鉆探技術(shù)，期望能夠保證勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，推動地質(zhì)勘察工程的快速進(jìn)步與提升。只有保證鉆孔技術(shù)的正確應(yīng)用才能從根本上促進(jìn)地質(zhì)勘測工程的良好發(fā)展態(tài)勢。

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