岩土工程勘查中钻探技术的方法及应用研究

岩土工程勘查中钻探技术的方法及应用研究

王胜军 、程美平

青岛明煦工程技术有限公司 050000

摘要：钻探技术是岩土工程勘察中较为常用的勘察技术之一，有着悠久的应用历史和广泛的应用。文章以岩土工程钻探技术为研究对象，介绍了当前较为常用的几种钻探技术，分析了地质钻探技术的特点，对各种钻探方法的应用展开了深入的研究，希望对我国岩土工程钻探水平的提升有所帮助。

关键词：岩土工程：勘查：钻探技术：方法及应用

前言：钻探技术是岩土工程地质勘查中的一项关键技术，是岩土工程地质勘查的有效手段，不同地质情况对钻探技术要求不同，因此，岩土工程勘察中，钻探技术的选用是至关重要的环节之一。基于此，有必要对岩土工程勘察钻探技术加强分析和研究。

1岩土工程勘察钻探技术的特点

实际工作开展前，应了解施工现场地质环境和地貌情况，结合工程具体需求，确定实际工作开展的钻孔区域。例如，进行建筑物勘察时，需按照实际情况，了解建筑场地施工范围，明确钻孔区域实际位置；进行水坝工程勘察时，则要按照拟定坝轴线位置，根据规范要求布置钻孔。在进行实际勘察工作的过程中，如果工程没有明显的技术特点，可采用较为常用的钻探方法进行操作，如若工程技术要求较高或整体工作比较复杂，那么就要选择其他形式的钻探方式。在开展勘察工作前，必须了解当地的地层分布、区域地质情况和水文环境情况，初步判断工程场地的地质情况，有针对性地选择钻探方法。采用合适的钻探技术开展勘察工作，可以准确掌握场地地质情况，提升勘察工作效率，同时也可以提高地质数据的代表性和准确性。

2岩土工程勘察钻探技术

2.1勺型钻锤击钻进技术

该技术主要用于地下20m以内且地下水位以上范围内各类土层、砂层以及小粒径松散砾石层的钻进工作，配合套管护壁，能够实现全断面取芯，岩芯采取率较高。该方法的施工方法较为简便，施工效率很高，使用范围相对较广。该钻探技术的主要不足之处在于钻探深度有限，对土层有较大的扰动，所采集的土样质量一般达不到Ⅱ级。根据探井采集的土样与用该方法采集的土样指标进行对比分析，土样指标的差异性非常明显。

2.2泥浆护壁回转钻进技术

该技术钻机种类较多，钻机动力一般较大，能够钻进地下20～150m范围内的各类土层和岩石，与泥浆护壁配合时，能够确保较高的岩芯采取率，具有施工方法简便、效率高、场地适应性强等优势。该技术能够满足大部分岩土工程对勘探精度和勘探深度的要求，因而得到了较为广泛的应用。不足之处在于该技术必须使用冲洗液，对于地下水位以上采取天然状态原状土样时不适用；当遇到密实砂土层、密实卵石层、坚硬岩石等地层时，由于钻具能量消耗较大，钻进速率较慢，同时容易漏掉厚度较小的砂土层。

2.3反循环钻探技术

2.3.1空气反循环钻探技术

钻探过程中，以压缩空气为介质，通过双臂钻杆外管，将压缩空气输送到孔底，压缩空气膨胀后会产生较大冲击力，驱动孔底的孔锤对岩土层进行冲击，而后压缩空气在钻杆中心孔道中将粉碎的岩土屑带回地面，进入岩样收集器，从而实现对岩土样的采集。

2.3.2水力反循环钻探技术

主要以泥浆或水为介质，利用双壁钻杆，通过水泵把冲洗液沿双壁钻杆的内外管环空隙输送到孔底，然后，借助于冲洗液的液动力液压力把岩土屑经内管的中心通道输送到地面，从而实现无须提钻就能获得所需地质样品的目的。

反循环钻探技术主要应用于水井、水文地质钻孔、大口径工程施工孔的钻井，可解决井漏和大口径井眼的携砂问题，可避免钻井流体、钻屑、泵脉冲对地层的破坏。虽然该技术的特点明显，但是由于行业需求少、缺乏规范地质取样、编录和化验等要求的原因，应用范围不够普遍。

2.4绳索取心技术

该技术是在钻进过程中，当岩芯充满岩芯管后，不需提钻取岩芯，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩芯管中的岩芯提升到孔外的取心钻进方法。

绳索取芯钻具具有打捞速度快、提升平稳以及岩芯堵塞后能即时报警等特点，因此，该技术钻进岩芯采取率高、完整度较好。因该钻探技术不需要频繁的提升钻杆，升降次数比较少，因此，施工人员的劳动强度比较低，钻头的使用寿命也比较长。该技术操作简单方便，适应性强，已经广泛应用于工程地质勘察中。在具体工程中应用该技术时，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多、一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。

2.5空气泡沫钻进技术

空气泡沫钻进技术是将气体、液体以及少许发泡剂混合起来的泡沫流体充当冲洗介质的钻进技术。

当勘查场地遇到采空区、空巷等问题地层时，取芯较困难，采取传统的钻进技术很难成功实现勘察目标，甚至可能会造成工程事故。而该技术可以有效克服复杂地层破碎、坍塌、漏失、干旱、地下水位埋深等条件下的钻井难题，可以成倍地提高钻效，降低钻探成本。由于该技术存在涌水量大地层钻进效率低、岩芯阻塞后反馈滞后、配套设备的成熟度以及人员素质相对较低等原因，需在在基础工作上进一步开发研究，以便为更广泛的推广应用提供良好的技术支持。

2.6液动潜孔锤钻探技术

液压潜孔锤钻进技术的主要工作原理是在回转钻探的基础上，利用现场泥浆泵输出的冲洗液驱动液动潜孔锤其内部的冲锤对钻头施加冲击功，加速碎岩，即钻头上带有冲击负荷的回转钻探。在钻进期间，液动锤安装在钻杆或岩心管与钻头之间，随钻孔延深而潜入钻孔中对钻头施加冲击负荷，它是在冲击和回转的共同作用下碎岩，从而最终取得岩石样本。输送清洗液主要是为了推进潜孔锤，其主要工作由泥浆泵实现。

与常规回转钻进相比，液动锤钻进可以充分常规配套设备、适应孔深更大、可有效提高钻进时效、破碎地层不易堵心、回次进尺长等特点，因此可大幅度提高硬岩钻进时效率，降低成本，提高综合效益。

2.7组合钻探技术

实际钻探过程中，往往会将反循环式钻探技术与绳索取芯钻探技术结合使用， 两种技术的有机结合可以最大程度地发挥二者的优势并弥补二者的不足，形成具有很强适用性的综合地质钻探技术，实际应用中，这样的组合技术能根据地质情况的不同，发挥两种钻探技术的长处，大幅度提高钻探效率，降低钻探成本。

结束语：

在岩土工程勘察过程中，经常存在地质条件复杂、工程勘察难度大等问题，因此，如何根据勘察场地的实际情况，选择适宜的钻探技术，是摆在勘察技术人员面前的首要问题。本文旨在通过介绍各种钻探技术，分析各钻探技术的优缺点，为其他同行在进行岩土勘察过程中，根据实际地层及场地情况，选择适宜的钻进方法提供一些以资借鉴的建议，以期全面提高地勘的效益和效率，保证勘察工程整体质量。

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