貴州喀斯特地層地埋管施工直接成本影響分析

趙華宣，陳 濤，賈玉川，曾遠明

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州 遵義 563000）

1 概述

貴州省淺層地熱能資源賦存量及開發潛力巨大，僅主要城市地表以下100m 深度內淺層地熱能總熱容量達35.2×1013kJ/℃，賦存地層巖性有碳酸鹽巖類灰巖、白云巖、泥質白云巖、泥質灰巖等和碎屑鹽巖類泥巖、頁巖、砂巖等[1-2]。貴州淺層地熱能勘查及開發起步較晚[3-4]，貴州特殊的喀斯特地層，碳酸鹽巖地層出露占全省面積60%以上，淺表巖溶裂隙極發育[5-6]及建筑物場地內不同程度的開挖回填等復雜地層，地埋管施工常遇松散無結構回填層、軟弱巖溶破碎帶的淺表層和巖溶裂隙發育、變化規律性較差的復雜地質條件，鉆孔困難、施工難度大、成本較高[7-8]。

地埋管施工直接成本主要為鉆探成孔成本、下管（含雙UPE管）和回填成本。貴州地埋管埋置深度內地質條件復雜，多存在不同程度開挖回填和軟弱破碎帶淺表層和下伏巖溶裂隙發育（局部溶洞、巖溶強烈破碎）碳酸鹽巖地層而鉆進施工孔壁垮塌、掉塊、漏失至失返等不良現象[9-10]。鉆探施工成本由于巖層可鉆性、巖溶特征及鉆探工藝差異性而鉆探施工成本高、差異大、規律性差。目前貴州地區淺層地埋管工程實例較少、地埋管施工成本類比分析少，承接項目成本風險高。通過工程實例分析巖層可鉆性級別、巖溶類型特征及鉆探工藝技術對鉆探施工成本的影響并總結降低成本風險的措施，對降低同類地層項目承接成本風險、減少地埋管施工成本具有較強的借鑒和參考意義。

2 巖溶類別特征

貴州喀斯特地區淺表層地質條件復雜，地埋管施工常遇松散無結構回填和巖溶軟弱夾層的淺表層、局部巖溶裂隙（溶洞）極為發育、巖溶破碎帶、沖洗液漏失至全漏—孔內無液面（巖溶疏干）等復雜地層，導致成孔困難、溶洞跑管（PE管）等復雜情況頻發。本文為便于喀斯特地層地埋管施工直接成本分析，以地埋管鉆探成孔施工鉆遇地層結構特征與鉆進特征，歸納分為淺表層回填和巖溶軟弱夾層、巖溶破碎（漏失）、巖溶溶洞發育、巖溶疏干四類巖溶類別（表1）。

表1 貴州省喀斯特地區巖溶類別及特征表

3 巖溶類型特征、工藝直接成本

地埋管鉆探成孔施工是地埋管施工關鍵環節，鉆探工藝效率成本直接影響和決定地埋管施工效率、成本，貴州復雜地質狀況使地埋管埋置深度內的巖層可鉆性差異大、各區域及同場地各位置的巖溶發育類型特征差異也大，不同巖層可鉆性、巖溶類型特征適宜的鉆探工藝措施和施工成本不同。應根據不同巖溶類型、巖性特征和鉆進特征，采取適宜鉆探工藝以提高鉆探施工效率、降低鉆探成本和地埋管施工直接成本。

3.1 淺表回填及巖溶軟弱夾層

貴州地埋管施工淺表均有不同厚度的無結構回填和巖溶軟弱夾層，回填及巖溶軟弱夾層的物質成分、厚度、松散膠結程度、穩定和漏失情況等地層特征，決定了鉆探工藝和對應的鉆探成孔困難程度和成本高低。施工中宜根據回填巖溶軟弱層巖性特征、厚度及孔壁掉塊垮塌情況等采用套管護壁鉆進、大徑鉆進+下管護護壁和偏心潛孔錘跟管鉆進技術[11-12]。淺表層為松散無結構、膠結差、垮塌嚴重致不能成孔地層深度5m 以淺宜采用套管護壁鉆進、深度5m以深宜采用偏心潛孔錘跟管，淺表層為碎塊石粘土回填、有膠結結構、小漏失及短時間較穩定地層宜采用復合片大徑鉆進+下管護壁以提高鉆探施工效率和降低成本（表2）。

表2 貴州淺表回填及巖溶軟弱夾層巖性特征與鉆探工藝及效率成本表

3.2 巖溶破碎（漏失）地層與巖層可鉆性

貴州喀斯特地層淺表至200m 以淺碳酸鹽巖（灰巖、白云層）在地質構造和溶蝕作用下，巖溶裂隙發育、軟弱充填。在區域地質構造作用下，局部巖溶破碎（漏失）。地埋管鉆探施工宜根據鉆遇巖溶破碎（漏失）程度、孔壁掉塊垮塌情況、巖層可鉆性級別及工程施工其他要求等采用復合片清水鉆進、復合片泥漿護璧鉆進等工藝措施，以提高鉆探施工效率、降低成本。地埋管鉆探施工直接成本與巖溶破碎（漏失）程度、厚度、鉆探工藝及鉆遇巖層可鉆性級別密切相關（表3）。

同地層巖性特征、同鉆進工藝（三翼復合片）的遵義大酒店地埋管工程，因80～90m 段巖溶強烈破碎、富水等特性，無/固相沖洗液排屑護壁效果好，鉆探直接成本降低至82.5～85.2 元/m，鉆探成本占地埋管施工成本73%以上。巖層可鉆性級別對鉆進效率、鉆進成本影響大：相似巖溶特征的婁山關白云巖地層，局部含硅質多白云巖（遵義大酒店，可鉆性平均7.5級）施工時間較含硅質少白云巖（仁懷炮臺巷，可鉆性6.4 級）多13h/孔，鉆探直接成本高8.7 元/m，鉆探成本占地埋管施工成本70%；低可鉆性（4.5 級）和低研磨性的砂質泥巖、泥巖、砂巖互層（赤水人民醫院地埋管施工）13.1～14.2h/孔、鉆探直接成本低至43.9～48.1 元/m、鉆探成本占地埋管施工成本50%左右。

3.3 溶洞發育溶疏干地層

貴州淺表層至200m以淺碳酸鹽巖（灰巖、白云層）巖溶裂隙（溶洞）發育，局部區域在溶濁、斷裂構造及河流深切割作用[13]，呈地埋管埋置深度內無水的巖溶疏干型。地埋管鉆探成孔施工全孔段無液面，常規工藝液體沖洗介質隨巖溶裂隙全流失導致巖屑不能排出，事故隱患大，宜使用空氣潛孔錘鉆進。未處理溶洞存在跑管（PE管）、回填困難等技術難題，鉆探施工中需根據巖溶裂隙大小、溶洞發育程度（尺寸大小、位置深度）采用水泥砂漿固結封隔溶洞、止漿墊+圓木封隔溶洞、提吊下管及水泥砂漿固結穩固等技術措施[14]，以提高施工效率和質量及確保施工安全，鉆探施工成本較高（表4）。

巖溶裂隙、溶洞發育巖溶疏干型地層，地埋管施工唯有空氣潛孔錘鉆進工藝能確保鉆探施工安全和提高施工效率，因裂隙、溶洞漏風影響鉆進效率和排屑效果而鉆效低、成本較高。鉆探施工成本與松散回填及巖溶軟弱層厚度和鉆探工藝及鉆遇巖溶裂隙、溶洞發育程度、尺寸及深度相關：未鉆遇溶洞鉆孔鉆探施工成本82.1～87.0元/m、鉆遇中部較大溶洞鉆孔成本97.8.0元/m（含溶洞處理）、鉆遇底部較大溶洞鉆孔成本89.2～91.8元/m（含溶洞處理）等。鉆探直接成本占地埋管施工成本的69.6%～75.9%。

4 結論與建議

（1）喀斯特地區，巖溶類型特征和巖層可鉆性是影響鉆探及地埋管施工成本的主要因素。

（2）貴州喀斯特地區地質條件復雜，應根據巖溶類型特征采取適宜的鉆探工藝技術降低成本。

（3）貴州喀斯特地區，地層巖層可鉆性和巖溶類型特征差異性大，在項目承接前的熱響應試驗盡可能多實施試驗孔，盡可能多了解項目場內巖性特征情況，減少承接成本風險及為后續施工工藝技術提供借鑒依據。

（4）喀斯特地區淺表層碳酸鹽巖巖溶裂隙發育，項目開展前盡可能取得項目區域內水文地質相關資料，減少投資或項目承接實施的成本（價格）風險。