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浅析道路桥梁地质勘察中钻探技术的应用

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：吴琳琳

[导读] 摘要：近些年来，随着经济与技术同步发展，推动了行业进步，特别是我国提高了能源技术水平，为生产建设提供了推动力。

        广东省地质物探工程勘察院
        摘要：近些年来，随着经济与技术同步发展，推动了行业进步，特别是我国提高了能源技术水平，为生产建设提供了推动力。钻探技术在地质勘探作业中实现跨越式发展，发挥了巨大的优势。我国目前在各个领域应用中钻探技术均得到了充分肯定，但与发达国家相比仍存在着一定距离，本文对钻探技术工作原理、特点、工作内容以及在道路桥梁勘察中的具体应用进行了的详细的分析。
        关键词：道路桥梁；地质勘察；钻探技术
        引言：
        钻探技术是科学检测施工场地的土质、岩石层等情况、进一步获得地质参数的一种常见的地质勘察手段。系统分析这部分地质参数，初步明确工程的设计方案和施工方向，为道路桥梁建设提供有价值的地质资料，有效指导了施工建设工作。
        一、地质勘察概述
        工程地质勘察是在施工区域勘探、调查和测绘工程项目，汇总勘察数据获得紧密联系工程建设的各项数据，包括水文、土壤和岩石等。分析这部分数据的过程中，为工程建设施工提供合理化建议。在工程地质勘察中，最重要的是勘察技术，主要对岩石内部岩土进行提取从而掌握岩石的内部构造，帮助勘察人员迅速后获取复杂地质环境的有关资料，贯彻落实施工方案。目前该项工艺大规模应用在地质勘察中，并体现出以下特点：
        ①在勘察工作中，对岩体进行钻孔。比如：项目建设如是住宅或工业建筑，按照建筑轮廓施工布孔；如是大型水坝等工程，则按建筑物的轴线实行勘察。
        ②钻孔中，除了大型的水利项目，其它工程的孔径要避免过深，均未达到10m，且使用轻便简单的设备实行钻孔。
        ③一般勘探钻孔的功能较多。它客观反映了施工环境的地质特点、地质构成或岩石状况。在勘探中利用取样和观测的方法获得更详细的数据。
        ④勘探施工的钻孔必须及时观测，根据钻探区域的特殊性实行编录。
        二、地质勘察中钻探技术介绍
        地质勘察有利于工程单位对施工地区的地质特点综合判断。近年来，国家迅速发展，建筑行业也迎来了巨大的发展机会，为保持发展劲头，应对勘察技术不断强化，合理分析勘察技术，从多个方面考察，提升建筑的安全水平，确保建筑的可靠性。而钻探工艺推动了地质勘察的可持续发展，在现场考察中科学应用钻头，可以化解安全问题。
        （一）绳索取芯技术的应用
        堵塞时打捞工具和填充岩矿心的岩心管是重要的伸缩取芯工具。通常情况下绳索取芯技术为了获取岩心一般要提升钻杆柱，而仅在极少数替换钻头与处理事故时提升钻杆，无需反复升降，在提钻、下钻的过程中节省了时间，不但保证了钻进的质量和钻头的使用时间，还帮助工作人员减轻了工作压力，避免频繁发生事故。如在施工中发生阻塞的问题，发挥作用的是打捞工具，可以预防钻杆工具摩擦岩心，提高取芯的水平绳索取芯技术更方便，效率更高，扩大了使用范围。
        （二）液动潜孔锤钻探技术的应用
        回转钻探技术综合冲击力与回转力，提高了机械设备的钻进效率，最大程度节省了钻孔成本。另外，该技术根据岩石抗剪强度偏低的特性，提高钻孔质量以及简化地形实施钻探。但是，由于该项技术始终保持高频作业的状态，在坚硬岩体和较大脆性的地质构造中较适用，在施工过程中降低设备紧固的概率。

        图 1 液动锤钻探与回转钻探对比
        （三）反循环钻探技术的应用
        根据循环介质的不同分为水力反循环技术和空气反循环技术。其中，空气反循环技术以压缩空气作为循环介质，借助双臂钻杆外管把压缩的空气输送至钻孔底部，激烈碰撞的空气产生强大的冲击力，推动岩石上的空地潜孔锤发挥作用。空气通过钻杆中心的通道再次返回至地表，掺入一些岩屑，即是搜集的钻探样本，对其实施检验；水力反循环钻探技术的介质是泥浆或水，采取类似于空气循环的方法，把介质沿钻杆传递至孔底，取芯钻头向地面带入柱状的岩心。空气反循环节省了投资成本，劳动强度偏高，保证了钻探的效率，可以全面了解岩层的变化规律，在一些干旱缺水的区域应用，通过岩屑对岩样实施判断，全面、精确的体现地层构造。水力反循环钻探的优势即对岩心及时获取，在既定时间内精确分辨岩土层。

        图 2 空气反循环钻探技术示意图
        三、道路桥梁地质勘察中钻探技术的应用─以绳索取芯技术为例
        （一）工程概况
        该项目属于扩改建公路工程，公路里程长9.6km，规定行车速度40km/h，路面采用沥青混凝土类型。
        （二）钻探技术在公路工程中的应用
        全面调查工程实际情况，制定与工程相符的施工方案，综合分析包括：①抛锚定位。为了更好开展后续工作，必须科学定位，在岸上搭建全站仪，参考坐标点科学定位钻孔。首先，在距离水流上游大约5-10m处拖拽钻船，距离船前两侧大约500m的交叉角将锚入水，对船体固定。②下套管。采取测绳掌握水深，垂直下入套管。③制作泥浆。控制泥浆比例，造浆材料优先选择黏土粉，加入5%-6%的纯碱，完全搅拌。④钻进工艺。利用硬质合金钻头嵌入土层。钻至砂层时，对钻压和泵量有效调整，按照护壁套管提钻扩孔。钻至若弱风化岩层时，套管直接深入至稳定岩层。
        表1 表镶金刚石钻压、钻速和泵量表

        四、地质勘察常用的钻探方法与设备
        我国有不同的工程落脚点，由于各个工程的地质环境不同，在施工过程中会遇到各种各样的问题。这就需要工程人员根据项目的真实情况采取最适合的钻探方法与设备。为了顺利实现勘查工作，一般最常用的钻探技术包括冲击钻探与回转钻探。根据动力来源科学划分，包括人工与机械两大类。其中机械回转技术凭借自身的高钻进效率和孔大、深的优势应用于地质勘察。它们的实际选择方法见下：①击入法：在具体施工中，击入法包括孔内和孔外击入。②压入法：在地质勘察中，与击入法比较，这种方法在较软地质中应用更适合，它仅需要普通的压力便能开始工作。按照不同的压入方法，划分为连续压入法和断续压入法。③振动法：这种方法采取振动器向土壤压入取土器从而完成取样操作。相较于压入法，该种方法形成了较大振动。
        由于持续增加的地质勘察工作，钻探的钻头也提高了磨损率，通常优先使用金刚钻头，但其已经无法达到钻头的使用要求，科研机构在合金和特种钢材方面利用新科技再次创新钻头。在动力方面尽可能使用一些稳定性较强的动力输出，确保钻探设备运行的可靠性。基于前期基础建设需要，根据实际情况，制定最理想的钻探方案。综上所述，传统钻探方式如击入法、振动法、压入法，其中击入法利用重锤本身的重力促使钻头迅速转动，进而冲击钻探坚硬的岩石；振动法主要使用振动器振动岩层令其松散，实现冲击钻探，振动很可能产生其他事故，故只能在规定的环境内使用这一方法；压入法主要通扛过分段处理土壤而实行压入钻探，进一步获取岩心样本，压入法不会造成较大的影响，但效率偏低。
        结束语
        综合分析，在道路桥梁工程地质勘察中，钻探技术是一种至关重要的勘探技术。钻探技术在我国公路桥梁地质勘察工作中有效应用，增强了工作效率，保证了工作质量。但在具体工程中，选择钻探技术时仍应根据地质、水文等条件，提高勘察水平，为工程建设提供全方位的地质材料。随着我国科技的飞快发展，涌现出很多新的技术，但作为地质勘察工作组成部分之一的地质钻探，其合理应用有效保证了勘察工作质量，为道路桥梁建设提供可靠的地质资料，有效指导了施工建设工作。
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