岩土工程地质勘查中钻探工艺选取方法分析

时间：2024-08-31

梁宁克桂林理工大学勘察设计研究院

1 前言

我国经济发展中，建筑工程项目随之增多。地质勘察工作在工程建设中发挥着十分重要的作用，一方面可为工程项目提供丰富的地质信息，另一方面也可根据现有的地质问题提出切实可行的对策，推动工程建设的有序开展。为此，有必要结合工程实际，科学选择钻探工艺，以发挥出岩土工程地质勘察工作的作用与价值。

2 岩土工程勘察中研究钻探工艺选取的作用

我国疆域辽阔，不同区域的地质条件存在明显差异，岩土工程勘察工作中也面临着诸多的问题。科学技术发展中，岩土工程地质勘察技术也在不断完善。不同的地质条件可采取不同的钻探工艺技术。岩土工程勘察人员需采取针对性钻探工艺，完成不同水文地质环境的勘察工作，以加强工程数据的准确性和可靠性。但是现有的岩土工程勘察钻探技术应用环境无法高度满足不同地质条件勘察的个性化要求。对此，岩土工程勘察工作者就需要依据工程建设概况科学选择钻探技术。同时，研究人员还应全方位了解岩土工程勘察中影响钻探工艺选取的主要因素，从而提升钻探技术应用及工程资料使用的科学性和灵活度，在维持工程勘察施工质量的同时，加快勘察速度，促进工程建设的平稳进行。

3 岩土工程勘察中常用的钻探设备及钻探方法

岩土工程勘察工作中，需要使用多种钻探设备，推动钻探工作的有序开展，且在工程岩土地质钻探工作中，工程地质存在着十分明显的差异，不同的岩土地质条件需要采用不同的钻探技术和方法。所以在岩土工程勘察中，要科学选取钻探设备，结合当地的地质条件和施工要求，科学选择钻探方法，进而有效改进岩土工程地质勘察钻探工作质量，为工程建设奠定坚实的基础。

3.1 钻探设备

岩土工程勘察工作中，钻孔时应用的设备即为钻探设备。常见的钻探设备有传动装置、钻探用泵、钻机、钻塔、拧管装置、动力机、空气压缩机等，不同的钻探设备仅仅影响岩土工程勘察的周期，并不影响勘察的质量和准确性，在岩土工程勘察工作中需要根据地质勘察的要求，合理应用钻探设备。

钻探工具和钻探方法的影响较为明显，现阶段常用的钻探工具有钻头、钻杆和钻芯管，人员需根据钻探的方法选择不同的钻头。在诸多的钻头中，硬质合金取芯钻和螺旋钻具应用较为广泛，前者广泛应用于硬质合金钻，后者应用于短螺旋钻（如图1）、长螺旋钻（如图2）、麻花钻等。再者，钻杆的状态对钻探进度也起到显著的影响。在岩土工程勘察钻探中，要定期检查钻杆，严格控制轴线直线度误差，规定误差率不得超过0.1%。为做好钻探工作，人员还需配备两套钻杆，依据土层的概况交替使用钻杆，以此优化钻杆的使用性能，延长钻杆的使用寿命，为钻探工作的有序开展奠定坚实基础。

图1 短螺旋钻

图2 长螺旋钻

3.2 钻探方法

岩土工程勘察中，钻进、破碎孔及井底岩石的过程中所采用的方法均可称为钻探方法，其能够获取岩层孔和岩石的破碎样品。相关人员要根据钻进过程中所使用的工艺、岩芯和回钻过程中采用的磨料，选择不同的钻探方法。按照工艺划分，主要可分为正/反循环回转钻进、螺旋钻进、振动钻进、冲击钻进和潜水钻进等多种钻进方式。按照磨料，主要有硬质合金钻进、金刚石钻进和钻粒钻进等方法。结合岩土工程勘察工作中的钻进要求科学选择钻进方式。

此外，应以冲压钻进、回转钻进或回转冲压钻进方式做好机械碎岩工作。为顺利获取岩芯，可以采用提钻取芯、反循环连续取芯或绳索取芯等方式。若采用碎石工具或磨料，则可使用硬质合金钻进、金刚石钻进或复合片钻进等多种钻进方式。若想获取冲洗液，则需采用空气钻进、清水钻进、泥浆钻进等多种钻进方式。

4 岩土工程勘察中钻探工艺选取分析

岩土工程勘察中使用的钻探工艺较多，而且对于不同的岩土地质，需要结合其特点选择不同的钻探工艺，只有在了解岩土工程地质特点和钻探需求的基础上，选择针对性的钻探工艺，方可为此钻探数据的准确性和可靠性。

4.1 软弱粘性土层钻探工艺选取

软弱粘性土钻进时，螺旋钻具得以广泛应用，为确保钻进施工的效果，施工人员必须严格控制螺旋钻具叶片的长度。通常情况下，叶片长度为1m，且钻具的直径不得超过钻孔的直径。钻进施工中，规定进尺深度为1.5m～1m，但受螺旋钻自身厚度的影响，若进尺深度设为1m，则采样的长度多半在1m 以上。因此，需适度增加钻杆的长度。工作人员可以根据采样的深度确定钻杆的增长，从而有效维护工程建设和施工的质量。

另外，严格控制钻进的速度，钻进速度多为90r/min～100r/min，保持该速度主要是因为软弱粘性土层钻进施工中，土层本身储有一定数量的水，加大钻进速度的控制力度，可有效推动钻进施工的有序开展。同时，技术人员也要参照岩土工程勘察的等级，科学选择钻探施工技术和工艺。

4.2 硬粘性土钻探工艺选取

硬粘性土的强度较大，渗透系数较低，且压缩性、流动性和触变性较弱。对此，在钻探施工中，如依然采用螺旋钻进，在钻探施工中可能发生钻杆折断或埋钻等问题。钻进施工中，下层土壤发生振动后也会对上层土产生较为显著的影响，进而降低土壤结构的稳定性。

冲击回转钻进的动力形式主要有三种，分别为液动、气动和气液混合。钻具的转速较慢，钻头使用寿命较长，且钻进效率优势明显，不易发生意外事故，安全性较强。选取气压动力钻进的过程中，灌输材质应以高压空气为首选，孔径控制在70m～200m区间范围内。液压动力钻进中，要循序渐进地控制速度，且以清水作为高压的支撑媒介，将孔径控制在60m～120m，保证探测的深度在900m左右。

钻进的过程中，严格控制钻进速度，初始速度不宜过快，随后逐渐加快钻进速度。在钻头切入到土层当中后，便可适度加快转速，防止由于钻进速度过快引起结构阻力增大，进而对工具的性能产生不利影响。若在钻进的过程中发生卡钻等问题，工作人员不得莽撞地将钻探设备直接提出，而是要先按照规范要求拧断岩芯，严控钻进阻力。采用冲击回转钻进的过程中，工作人员需要结合硬粘性土的硬度调节和控制水泵流量。以干孔钻取的方式取岩芯，提钻过程中必须做到谨慎小心，不得出现岩芯脱落等问题。

4.3 砂土钻探工艺选取

砂土具有十分显著的透水性，易受到地下水因素的影响。为此，采用螺旋钻探工艺能够取得更为理想的钻探效果。该项技术一方面能够协调砂土内部的粘粒效应，另一方面也可在深孔中根据实际更换小直径钻头。若为小粒径的粉细砂夹粘性土，则可在深钻孔施工的后期更换小直径螺旋钻。与此同时，严格控制钻进压力和钻进时的上下浮动，把控螺旋钻的钻进速度和压力。将泵量调整到似流状态后，方可组织开展钻进施工。

在完成阶段性工作内容后，需使用泥浆将孔内的粉细砂沉入泥浆池的底部，及时清理钻孔。泵机暂停运行后处于干钻状态时，将干钻的深度控制在0.4m以内，有效规避岩芯脱落问题。若为中粗砂、砂砾或地下水以下的砂土，可在施工中利用品字形硬质合金钻头完成灌浆无泵低速反循环钻探施工，选择低速状态保证钻进施工中钻具的浮动力度满足施工要求。再者，坚持结构慢提快放，优化孔底反循环机的使用效果。交接过程中的钻探施工中，需及时以泥浆清理钻孔，防止发生卡钻问题，并处理浮动钻具干烧问题，防止结构坍塌引发的废孔问题，充分提取芯样。

4.4 卵石层钻探方法选取

结合松散卵石层的特点选用跟管钻进法。钻进施工中，规定跟管长度为3m～6m，钻具钻进速度为30r/min～60r/min。稍密或中密卵石层中的岩土层含水量较少且存在部分粘土时，可使用回转跟管钻进方式。钻进速度为20r/min～40r/min。密实卵石层施工中，需根据土层特点，选择合金干钻法，钻进之初选择较低的参数，随后逐步加大参数值，且严格控制上下窜动，避免钻头烧死的问题。