巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術的應用分析

劉華華

廣東省有色金屬地質局九三二隊 廣東 韶關 512000

由于中國社會經濟水平的發展，在鐵道、公路、房建、水利工程等建設項目中的巖土施工問題日益增多。巖土工程施工者需要合理利用勘察鉆探的技術。不過，由于一些巖土工程項目位于巖溶地帶，對勘測鉆探技術的要求特別高，因此需要采用適應現場地質要求的勘測鉆探技術，否則將會直接影響各項施工的順利進行以及影響勘探成果的準確度。由此可見，對巖溶地帶巖土工程項目勘測鉆探技術的運用已經十分關鍵。

1 地質勘察對巖土工作的重要價值

從巖土工程技術的角度，地質勘查工作也是必不可少的。利用地質勘查的成果，為后期建設項目實施提供有效的依據，協助實施項目的建設計劃，提高實施效益。巖土勘查項目和其他工程勘查相比存在特殊性。巖土勘察面對狹窄的勘探面和較復雜的地質現象時，還可能面臨復雜多變的不良地質。因此在沉降范圍大的勘探區開展勘查作業的過程中，勘查人員往往會花費較長的現場勘查時間，同時必須保證勘查方法的科學性。在當前時期，巖土的勘查作業能夠為后期實施奠定重要的基礎保證。為此必須制定完整的巖土勘查方案，使之能夠緊密結合當前的巖石工程范圍、測量深度及勘查施工難點問題，確保各種勘查方法能夠緊密結合勘查重點。收集有關的巖石工程施工數據，將其收集總結形成有效的勘查成果。在起始階段開展巖土工程勘查項目中，可以選用鉆孔檢測、物理測查、地貌考察和測量、原位測試等多種勘查方法，由此可以獲取完整正確的巖土勘測成果。此外，科研人員在選用勘查方法的過程中還必須做到靈活變通，使得采用的技術手段可以適應當地的地質測量要求，使得地質勘測項目可以給巖土工程施工帶來正面效益。

2 鉆探技術體系的具體原理及準備

在當前的地質鉆探工程中，鉆探工藝體系大多采用回轉鉆探和沖擊鉆探。在研究鉆探方法的過程中，一定要根據具體的巖層構造及其實際的發育特征進行整體研究，掌握各種狀態方法的適應性，如此可以高效進行地下領域的精準研究。此外，鉆探工程中應盡量減少對巖層構造的干擾，進而改善鉆探質量,提高工程地基的安全性。

在鉆孔作業施工的整個流程中，必須迅速穿越第四系覆蓋層，以熟悉石灰巖等土壤地層的情況和巖溶景觀區的發育程度，并根據常規鉆孔施工流程中可能存在的技術問題，制訂好前期的優化處理措施和補漏工作預案，以搞好技術交底，并提高對施工人員的培訓質量。從整個鉆探過程來說，首先要完成對鉆探位置的測量，然后平整現場，然后把鉆頭移動到原鉆探位置上，在現場周圍做泥漿池，再經過連續性的鉆孔、采樣和試驗，測量地下水的靜止水平參數，在測量完畢以后開始封孔、清洗現場，然后再遷移至下一次孔位，最后完成重復性測試[1]。

3 巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術

3.1 地質巖芯鉆探液固相控制技術

鉆探液固相控制技術是鉆探工作的” 血液” ，在鉆探的全過程中起著關鍵性作用，對于確保項目的安全成功進行、提升鉆孔質量、減少鉆探的投入，最后達到提質增效、安全環保都有著重大作用。過去，地質鉆探一般采取機械稀釋、替換、自動沉降、化學絮凝等常規手段以保持鉆探液固相控制技術穩定性；但近年來，隨著地質鉆探工藝技術和機械設備的不斷進步,隨著鉆探深度日益擴大、鉆遇土壤情況日益復雜，及綠色化勘探要求等因素對鉆探液固相控制技術穩定性和廢漿處理要求也越來越高，倒逼地質鉆探必須革新的固相質量檢測手段，并選擇經實踐證明執行可靠的機械凈化技術。

3.2 礦山小孔徑固體巖芯鉆探孔技術

固體礦物的地質勘探業務開展時需要大量使用巖芯鉆探技術,在實際的作業流程中，通過探頭鉆孔可以獲取巖層中不同深處的地質樣品,并通過對專業技術人員的全面研究,為地質工程施工中提供全面精確的質量依據參考。研究人員在開展巖芯的地質鉆孔研究之后，首先使用鉆頭、鉆具成圓筒形，然后對地質區域中形成的環狀裂隙進行鉆掘，并把一個柱狀石心安裝到鉆孔底部或中間區域,然后提取鉆孔內的石心，再對其開展綜合性研究與分析，從而比較精確的了解該區域地貌特征與礦物分布等實際狀況。由于巖芯鉆孔工藝研究水平與國外發達國家的標準有著相當的距離,因此鉆孔流程的部分中心零件還需要依靠進口，對我國鉆探技術迅速發展造成較大阻礙，增加了鉆機生產成本。

3.3 卵石層勘察鉆探技術

對于較薄的卵石層，可以使用旋轉鉆機或用泥墻進行鉆探，具體做法是：在卵石層鉆孔作業完成后，將鉆頭與鉆筒一起打穿，以保護孔壁；對于較厚的卵石層，可以進行旋轉鉆井，因為在鉆井時，卵石層間的孔隙很大，容易導致井壁崩塌；對于大直徑或含浮石層的砂巖，由于砂巖間的孔隙較大，粘附性不佳，因此，在實際鉆探時，可采取加大泥漿濃度、加大鉆機下壓等措施，以保證鉆井的質量。

3.4 采取試樣

勘測階段，對樣本選取非常關鍵，采集的樣品必須經過室內測量獲取有關數據，為現場巖土的定性判斷提供重要數據參考。一般多用擾動土樣、原狀土樣、巖樣等作為測量樣本，其取樣手段也較多，可在調繪的探坑中挖取，也可在勘察施工過程中提取。從根本上來看,對土樣品質好壞的判斷尺度主要在于試樣有無遭受干擾，評判主要根據為試樣的含水量、物質特征、化學組成等因素，在樣品取樣、輸送、測量等各個步驟中,都可能存在干擾因素。因此按照取樣手段的差異，中國國內一般將獲土器分成貫進式、回轉式二類,并單獨進行明確要求。前者在采樣后,利用取土器以壓入或擊入的方法深入到土壤內,這種方法包括敞口風險和鞲鞴二種類型，可按照現場需要加以選用；后者具有磷脂雙分子層，單動適合于軟土壤采樣，雙動適合于密度和硬度很大的土壤。

3.5 全煤層孔螺旋鉆桿鉆進技術

所謂的全煤層孔螺旋刃具鉆進技術，基本的來講是人員在鉆孔每一道煤層的同時都需要對現場的狀況做出整體掌握，在此基礎上這些狀況成為主要的根據，從而為鉆孔作業的順利實施起到促進作用。一般情況下，全煤層孔螺旋刃具鉆孔方法大多運用在某些煤層比較疏松的地方，不但能夠對這些部位的地質狀況做出全面掌握，同時也可以為施工人員的安全做出有效保護。此外，這項技術也能夠降低塌方事件出現的可能性，在工程中沒有對環境產生一定的損害，同時實際帶來的噪聲也相當低，這就需要煤礦開發機構要對這項技術加以適當的運用，如此才能夠提升項目的開發品質與效益。

3.6 泥球護壁結合套管技術

泥球護壁結合套管技術主要用于溶洞區裂縫和泥漿滲漏的探測分析。這項技術是由工人操作特定的裝置，在井眼內填充濕潤的泥土。在充填時，利用鉆具前后運動，將土球壓實，并用泥漿填充溶洞裂縫。由于外部動力的影響，土體逐漸向巖溶裂縫中滲透，并在裂縫中形成了一層泥漿。在泥漿成型后，工人必須對其進行檢驗。當有部分空洞沒有被泥漿覆蓋時，要立即進行二次充填。當泥漿完全成型后，用鉆機清理縫隙，并讓泥漿球進入孔內。多次清理后，在孔隙外形成一堵土墻，將裂縫填平。采用泥漿球復合套管和防護技術，能迅速了解裂縫的發展狀況，通過多次充填，可以對裂縫、礦漿進行評價，為后續巖溶區的開發和利用奠定基礎。鑒于泥球復合套管技術的實際應用，以及保護者要認真做好在粘結連接時，要保證粘性高、粘附性好、抗沖擊性能好，才能充分發揮其作用，了解巖溶地區的裂縫發育狀況，從而準確評估裂縫充填性能。

4 巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術的實踐應用

4.1 粘性層的鉆探施工

就粘土地層的鉆孔方法而言，只有鉆孔開孔后，才能采用錘擊的方法進行鉆孔。同時需要將經過前期的測量，以及提取、測試的土壤物質，合理利用泥漿護壁實現回轉鉆進，而合理使用套管護壁可以顯著提高土壤分層的精準度，并且還能夠根據二米的參數來實現回轉進尺的目的調節。

4.2 卵石層勘察鉆探技術

首先,在鉆孔之前,就必須測試卵石層的強度。若強度較低時，可直接采用泥漿護墻的回轉功能，并直接通過回轉鉆進完成施工。在鉆卵石層的工程中，需要與套管配合保護井壁。在這個區域的高密度卵石層，可直接采用旋挖法施工。另外，由于這些卵石層和地下水密切相關，其中有著豐富的地下水孔隙。在鉆井過程中，孔內會發生滲水、涌泥的現象，易造成孔室塌陷，因而應該在鉆孔中加入適量泥漿，并采用泥漿護壁的方法以提高回轉鉆井的質量。如果發生塌孔等現象，首先需要結合實際的鉆孔深度進行檢查，掌握塌孔的具體成因，選取適當的方法加以解決以后，保證平安無誤后方能夠繼續進行鉆孔。碰到壓力很大的卵石層時，因為卵石層尺寸很大，局部套管安裝可能會產生困難，這樣可利用厚壁套管利用重錘打擊的方法來實現套管安裝，另外為了避免套管卷口的現象，通過加厚套管來提高其安裝效果與安全性。

4.3 軟土層的鉆進施工

針對軟土質的鉆孔工藝，應該結合實際需要選用鎮靜技術，當前現有的鉆孔工藝也具有一定的技術特色，不過在鉆孔實施的過程中，若土壤層中具有過多可塑性較弱的組織，在提鉆過程中也會產生縮徑等現象。此外，因為地下水位情況較為復雜，也容易發生孔室塌陷的現象。所以在施工階段，可以選用孔徑大的會先進行施工，也可以采用套管配合肋骨會先，進一步加大對孔室的防護范圍和能力，盡量減少塌洞和縮徑等情況的發生。

4.4 巖溶石灰巖的勘察鉆探技術

如果在巖溶地區遇到灰巖，就要更加謹慎地選擇勘測和鉆探工藝，做好勘測前的充分準備，全面落實各項控制措施，確保鉆探質量。對于灰巖的勘探和鉆探，應注意以下問題：1）泥球擋墻與管套相結合的方法。如果巖溶裂隙中出現漏漿現象，應引起足夠重視并迅速處理。泥球護壁處理系統可充分保護孔壁，防止漏漿。2）準確應用多層套管護壁處理體系。在應用多層套管護壁處理體系之前，技術人員要全方位地監督和管理巖土工程項目，監控溶洞發育的情況，并運用精細化分析法確定巖土工程的鉆孔結構、開孔口徑，進而提升鉆探的有效性。3）合理使用勘察技術。勘察技術人員一定要從石灰巖的實際發育情況出發，合理選用勘查技術，而且要進行全面監管，確保勘察結果的準確性。如果在實際鉆探工作中選用了黏土球護壁與套管結合的方法，應當注意以下問題：1）巖溶裂隙或小型溶洞漏漿時，可采用膨潤土粉、水泥漿護壁、黃土(泥)護壁。2）如果護壁效果不是很好，就要用濕泥球填孔，用鉆具對孔施加壓力，使泥球進入巖溶裂隙。或者將泥球稀釋成泥漿后用鉆具掃孔。泥球會被擠入孔壁，填補裂縫，從而保護孔壁。3）用于制作泥球的粘土必須具有較高的可塑性和粘結性，不易被沖刷，這樣才能更有效地填補裂縫，避免漏漿，為后續鉆孔打下基礎。此外，巖溶地區地下水的富水性非常好，具備一定的承壓性，且存在頻繁的地下水活動。在地下水活動與稀釋的作用下，泥漿的濃度逐漸變低，鉆探時要留意孔內是否出現滲漏問題。如果出現，要重復采取上述措施填充裂隙或孔洞，為后續的持續性鉆探奠定基礎[2]。

5 提高巖土工程地質勘查技術質量的措施

5.1 做好地基變形參數的計算

因為在巖溶條件下的基礎巖塊、土體本身承載力比較薄弱，在遭受外力作用時，極易發生變形，而其變形量的多少也將決定該基礎是否可以進行施工，所以，根據結合的施工條件做好對基礎變形參數的測算，就可以為以后的施工操作和工程施工打好基礎。在進行變形參數測算時,可以根據當前的施工地基基礎的要求進行計算，不過同時也要仔細研究地下是否存在地下水，因為地下水的存在將直接引起基礎變形，產生不可預見性。特別是由于季節性雨水的沖擊，基礎將會發生更加危急的情況。因此以上述標準為依據，其壓應力的計算方法要在二百千帕以上，但實際的變形量計算則要通過采樣方式，首先獲取其實際的壓力模量，再通過壓力測量，獲取實際的壓力數值，最后再將壓力數值代入計算公式中加以計量，即可。

5.2 采用先進的技術手段

信息化高速發展，地質勘查部門更能利用信息化，有效提高地質勘查項目的效益。在實踐工作中，有關單位必須主動借鑒國際前沿的科技理念，進一步優化地理勘察技術手段,以進一步提高地質勘查數據處理的準確度。運用計算機技術分析地質勘查數據,以進一步提高勘查工作的快捷準確。精確可信的勘查成果,為現代巖土工程的設計與建造提供重要依據。

6 結束語

綜上所述，由于巖溶地區的地質構造相當復雜，會直接影響整個項目的工程效率，所以在前期的巖土工程勘察活動中，對鉆孔方法的選型一定要結合現狀，同時，還要掌握臨近區域周圍的地質現狀及其沿途技術資料，并科學合理地制定鉆探方法，再根據具體的巖層組成及其情況調整鉆探施工的工藝流程和方法方式，并利用前期預控方法來預測在鉆孔活動中可能會發生的情況，這就可以顯著提高巖土工程勘察的工作效率和服務質量，同時還能夠為項目后期的現場施工打下技術基礎，進而提高整個項目的工程安全與可靠性。