關于巖土工程勘察中地質鉆探技術的分析

賴 橋

(廣東核力工程勘察院東莞分院，廣東 東莞 523000)

0 引 言

在巖土工程作業中，通過鉆探取樣，可以獲得不同巖土層的地質樣本，在此基礎上，對樣本進行針對性分析，可以得到地質各項參數，從而實現為此地區后續工程施工、地基結構穩定處理、場地整體設計提供依據。但綜合現行的地質鉆探技術應用可知，大部分巖土工程在勘察作業施工時，均存在鉆探流程不規范、取芯率不達標等問題，為了解決與之相關的問題，下文將開展此方面的詳細研究。

1 巖土工程勘察中地質鉆探技術設計

1.1 勘察區工作面布置

為實現對勘察區域的地質鉆探施工，并方便后續完成相應的鉆井和鉆探取芯操作，首先結合勘察需要，對勘察區域的工作面進行選擇和布置[1]。在對勘察探點進行選擇時，首先沿著周圍擬定修建的建筑物周圍、中心以及網格結構等對勘察工作面進行布置。結合巖土工程勘察的規范以及具體施工項目的實際需要、場地地層特點等，針對勘察對象相對較低的擬建建筑結構適當縮小對其進行勘察的工作面，針對擬建建筑結構較高的勘察區域，可適當擴大勘察工作面[2]。對于勘察區工作面當中的探測點，采用GPS技術對其進行定位，并結合巖土工程項目區域內以往歷史勘察資料提供的控制點和高程點引測。同時，為了確保在后續鉆探的過程中，減少或避免對難鉆地層的鉆探施工，應當在工作面上首先利用鉆探測量設備對區域內進行各個位置上的初步勘察，并將存在難鉆地層結構的區域設置記號，在實際鉆探時，盡可能避開標有記號的位置，以此進一步提高后續鉆探和巖心采取的效率。

完成對勘察區工作面的布置后，針對后續鉆探工作對其工作面上的各個鉆探設備進行選擇。在工作面上需要運行的設備包括鉆機、水泵、鉆塔以及動力機等。工作面上的鉆探設備設置位置是否合理會嚴重影響到后續鉆井工作能否順利進行。在確定鉆探設備的運行區域時，還需要根據巖土工程項目施工區域的地質條件、地理條件、鉆探目標等因素，對其進行合理布置[3]。針對鉆塔的高度設置，應當在充分考慮鉆桿立根長度、提升工具組長度以及超高系數的基礎上，結合鉆探期限、巖石物理力學性質、鉆進方法等多種因素，對鉆塔高度進行確定。同時，在對其高度設計時，應當明確鉆孔結構越深，鉆進的時間越長，鉆塔的布設應當越高。

1.2 鉆孔結構及鉆進工藝優選

在完成對工程勘察面的布置后，應對鉆孔設計前的地質影響因素進行分析，掌握在地質鉆進過程中，相關因素對作業的干擾，并以此為依據，進行鉆孔結構與鉆進工藝的選擇[4]。鉆進影響因素描述如圖1所示。

圖1 巖土鉆進影響因素分析

上述圖1提出了多個影響巖土鉆進工程的因素，在掌握影響巖土鉆進的相關影響因素后，根據勘查地區的巖石物理性質、開孔區域地層結構、表面覆蓋層厚度、水文地質環境等因素，進行鉆孔結構的分析。為了滿足常規鉆進施工需求，本文提出一級聯合三級的鉆孔結構進行現場鉆探[5]。其中鉆孔結構示意圖如圖2所示。

按照圖2所示的內容，進行鉆孔結構設計，對于一些地質較為復雜的地區，可根據實際需求，進行鉆孔直徑的調整。在完成鉆孔結構的選擇后，對鉆進方法進行設計。在此過程中，可根據地區早期鉆進施工經驗，在巖層的可鉆性等級在1.0～6.0級別時，選擇硬質結構的合金材料作為鉆頭，當可鉆性等級為7.0級別時，使用金剛石鉆芯進行鉆進，按照此種方式進行地質鉆探方法的選擇，不僅可以提高鉆進過程中的去芯率，也可以提高鉆進施工的效率。

圖2 鉆孔結構(單位：mm)

在完成上述相關工作后，進行鉆探取芯要求的分析，相關要求見表1。

表1 進行鉆探取芯要求

按照表1中內容進行巖土工程中不同土層的取樣，并當嚴格按照樣本的運輸標準進行樣品對接。在運輸的樣本包裝上，使用鉛筆進行標注，以便于后期對樣本試驗數據的獲取。標注過程中，應確保外包裝的清晰、完整。綜上所述，完成對鉆探取芯過程質量的嚴格把控。

2 對比實驗

以某高速公路項目作為依托，開展地質鉆探，為該項目的后續勘察工作提供準備。為了驗證本文所提出的鉆探技術的應用優勢，在該工程項目區域內平均劃分兩個地質結構基本相同的區域，其中區域Ⅰ采用本文提出的地質鉆探技術進行施工，區域Ⅱ采用傳統地質鉆探技術進行施工。該高速公路項目全線路長度約為35 km，該項目所處地理位置為某山脈西段，其路線整體呈現出由西向東走向，其地勢結構從總體上來看為南低北高結構，并且地形的起伏十分明顯。通過對該項目所在區域的歷史勘查結果分析得出，該區域主要巖性為粉質黏土、泥巖、砂巖和礫巖。本文選擇將鉆探技術在應用過程中的巖芯采取率作為評價指標，巖心采取率數值越高，則說明鉆探的效率越高，越能夠為后續勘察工作提供有利的勘察條件；反之，巖心采取率越低，則說明鉆探的效率越低，無法為后續勘察工作提供充足的勘察條件。巖心采取率的計算公式為：

(1)

式中:γ為巖心采取率；l為巖心長度；m為取巖芯進尺長度。根據公式(1)計算得出兩種鉆探技術的巖心采取率，并將其相應的實驗數據結果繪制成如圖3所示。

圖3 兩種鉆探技術應用效果對比圖

從圖3可以看出，在4個不同的鉆孔施工結構當中，本文提出的鉆探技術可以達到80.0%及以上的巖心采取率，而傳統鉆探技術只有40.0%～50.0%的巖心采取率。因此，通過上述實驗證明，本文提出的地質鉆探技術在實際應用中能夠達到更加理想的巖心采取率。將本文提出的鉆探技術應用到實際的巖土工程勘察當中,可為項目提供更加有利的勘察條件，確保后續工程施工的安全實施。

3 結束語

鉆孔是巖土工程勘察作業中的關鍵作業環節。為了提高鉆孔取芯的質量，為后續工程相關工作的實施提供進一步的指導,本文對鉆探技術展開了詳細的設計，并以對比實驗作為依托，進行本文方法與傳統方法鉆在探過程中巖芯采取率的對比分析，結果證明本文方法的采取率更高，證明本文法在實際應用中具有更高的適用性與市場價值。但此次研究并不是巖土工程勘察鉆探研究的終點，而是相關研究的起點，要想在后續的勘察作業中，實現施工成本的進一步控制，還應當加大對復雜地層結構的研究，并嘗試探索一個有效的地質層堵漏方法，避免鉆探施工過程中，受到作業設備或作業環境的局限與影響，出現鉆探不符合標準與規范的現象發生。