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岩土工程勘察钻探设备及运行工艺

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：李舒华

[导读] 摘要：岩土工程是与工程建设地质问题相关的重要技术类型，做好工程勘察工作，是做好地基设计及相关技术处理的基本前提。

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        摘要：岩土工程是与工程建设地质问题相关的重要技术类型，做好工程勘察工作，是做好地基设计及相关技术处理的基本前提。本文在简要阐述岩土工程勘察钻探设备的钻进方法的基础上，研究岩土工程勘察常用钻探工艺及选择要点，以此为相关工程施工提供理论参考，有效提升工程建设整体水平。
        关键词：岩土工程勘察；钻探设备；运行工艺
        在岩土工程勘察过程中，需要面临极为复杂的地质环境，勘察工作质量受到多方面因素影响。从主观层面而言，有针对性的选择钻探设备，构建更加完善的工艺体系，能够有效避免外部因素的影响，提升勘察工作质量，为工程建设奠定坚实基础。
        1、岩土工程勘察钻探设备和钻进方法
        1.1 钻探设备
        在我国工程建设依然保持高速发展的时代背景下，工程建设所面临的环境更加复杂，在新型勘察技术支撑下，设备选择和具体方法应用空间朝着多元化方向发展。在具体勘察工作开展中，需要应用到钻机、空压机、钻探泵、动力机和钻塔等不同设备，不同的设备选择方案和组合模式，都会对实际工作开展质量造成直接性影响[1]。尤其是在部分特殊地质环境勘察工作中，还要选择专门的设备进行处理，确保勘察工作精度满足工程设计和建设要求。
        1.2 钻进方法
        钻进方法主要是指在钻进工作开展中，地下钻孔、破碎孔底岩石等流程中采取的方法及技术措施总称。根据工艺应用方式不同，又可以将其分为冲击钻进、回转钻进、振动钻进及冲击回转相结合的钻进模式。根据工程建设类型的实际要求，又可以分为取心钻进和不取心钻进两种形式，为满足相关技术参数勘察要求，目前多是以取心钻进方式为主。
        2、岩土工程勘察常用钻探工艺及选择
        2.1 工艺选择基本原则
        在岩土工程勘察工作开展中，选择合适的工艺类型，不仅能够有效提升整体工作效率，提升勘察工作质量，还能够减少不必要的操作流程，提升项目建设经济效益。因此在工艺选择过程中，应当坚持精细化原则和科学性原则。精细化原则是指在工艺选择过程中，要全年坚持精细化工作理念，根据业主提供的前期资料，明确勘察计划，合理配置勘察设备和人力资源，尽量采用新型勘察技术，高水平推进勘察工作流程，严格依照计划进度实施勘察工作。科学性原则是指在选择勘察设备时，要根据勘察计划及相关参数要求，选择更加合适的设备类型，确保检测数据精度能够满足计划要求，能够为设备和工艺选择提供更加精准的参考。
        2.2 软弱粘性土层工艺选择
        软弱粘性土层是一种较为常见的地质类型，针对其强度低、渗透系数小、可压缩性强，流动和触变性强等方面特征，在进行钻探作业时，通常是采用重锤冲击方式或者螺旋钻的工艺处理方式，确保钻探结果准确性。冲击回转式工艺效率比较高，但是其工艺较为复杂，对泥浆要求标准较高。重锤冲击方式在应用于地下水位以下位置时，钻进效率会受到较为明显的影响，同时也会对周边地层造成影响。在这种情形下，应当选用螺旋钻进方式，能够减少对周围土层的破坏，提升岩土工程勘察工作效率。
        2.3 硬性粘土层工艺选择
        硬性黏土层具有较高的土质强度，渗透系数和可压缩比都比较低，在采用螺旋钻进工艺时，如果操作不当，极有可能会出现钻具被折断现象，并且在钻进过程中还会对上层土体产生扰动。

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因此在实际勘察工作中，通常是以选择回转钻进工艺为主，尤其是在遇到较为坚硬的土层时，可以辅以加压钻进技术进行处理。在钻具切入土层后，要将钻头保持在中速状态，并且保持速度的稳定性。在钻进状态达到稳定状态时，可以根据实际情况将速度适当提升，这样能够有效避免由于速度变化过快造成的钻具损伤问题。在回转钻进过程中，应当根据粘土的硬度和钻进情况实时调整水泵流量。在应用取芯法进行钻进时，应当采用干孔取法，注意控制提钻操作过程，避免由于岩心脱落造成的勘察作业失败。
        2.4 卵石层工艺选择
        在不同的岩土工程作业环境中，会出现卵石层或者碎石层现象，这种地层勘察作业受到地层厚度、含水率及密实度等多种因素影响。因此只有综合考虑这些因素的影响，才能有针对性的选择对应的钻探工艺[2]。对于密实度较高的情形，可以选择回转钻进工艺，同时在施工中以投黏土球的方式进行护壁处理，避免出现孔洞坍塌现象。一旦出现钻孔坍塌，则应当根据坍塌程度，制定下一步钻进方案，通过加大泥浆浓度和更换钻进管的形式进行处理。对于粘土较少的卵石层，可以采用3-5m长度的根管辅助钻进，适当控制钻速，确保钻进作业不间断进行。
        2.5 砂土层工艺选择
        在地下水较为富裕的地质结构中，砂土层分布较为广泛，并且由于其透水性强特征，使得钻进工艺选择难度较大。通常情形下可以选择螺旋钻进工艺，并且可以根据实际情况对工艺细节进行优化。如果在砂土的份粒相对较小，则可以选择小直径的螺旋钻，并做好压力控制，确保钻进过程中能够满足上下浮动操作要求，同时将泵量调节至合适状态下再开始钻进工作。在停止作业前，需要利用泥浆将钻孔中的粉细砂带入泥浆池，将泥浆全部清洁后才能停泵。在泵机停止工作后，还要进行一定时段的干钻，避免造成岩浆的脱落。在中粗型砂石地质条件或者是地下水位以下的砂土，应当将钻头更换为品字形的合金钻头，以确保钻进流程顺利完成。
        3、岩土工程勘察工作发展方向
        岩土工程勘察是工程建设的基本环节，在未来技术发展中，必将朝着智能化方向发展。在外业环节，智能化发展主要集中在5个基本方面：一是智能化数字成像技术，能够实现对井内信号的采集，将钻井实时图像显示出来；二是智能钻探设备的智能化，也就是使钻探设备具有数字化采集和数据处理功能，有效提升钻孔定位精准度和成孔质量，并实现自动取芯功能；三是原位测试技术智能化；四是勘测技术的智能化，包括激光放样、超站仪、测量计数技术等方面的智能化；五是视频监控采集技术的智能化，目前我国在这方面的发展相对还较为滞后[3]。在外业环节与内业勘察智能化相互衔接的基础上，最终实现勘察工作一体化的智能运行体系，以此不仅能够减少勘察环节链接不畅、人力资源浪费、精细化水平低等方面问题，还能够减少由于人为操作带来的误差过大，现场处理技术不对应等方面问题，促进岩土工程勘察整体水平不断提升，为工程设计、建设奠定更加坚实的基础。
        4、结束语
        岩土工程勘察钻探环节的设备和运行工艺选择是确保勘察工作顺利开展的基本要素，目前我国在这方面的传统工艺应用上已经较为成熟，但是在智能化技术研究方面相对还较为欠缺，无法满足现代岩土工程勘察工作开展的实际要求。对于相关方面的技术人员来说，必须要强化这方面的技术研究，将现有技术与智能化技术深度结合，实现技术层面突破，以此为我国工程建设事业发展做出更大贡献。
        参考文献：
        [1]苏定立，胡贺松，谢小荣.岩土工程勘察智能信息化技术研究现状[J].广州建筑，2019，47（06）：10-18.
        [2]卢剑星.岩土工程勘察中对钻探工艺的研究[J].智能城市，2019，5（16）：71-72.
        [3]罗龙.岩土工程勘察中钻探设备及工艺的选择[J].工程技术研究，2019，4（12）：106-107.