巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術分析

胡學山

山東省地質礦產勘查開發局第四地質大隊 山東濰坊 261021

巖土工程具有技術要求高、關聯性強等特征。為保障項目工程施工品質，減少項目施工過程中的阻力，須做好勘探技術應用要點的梳理和整理。

1 巖溶地區地質環境條件

巖溶地區地基巖層主要以可溶性石灰巖和白云巖為主，也稱之為喀斯特地貌。就我國地理環境分布基本情況而言，西南地區是巖溶的主要分布區域。此類巖溶地形地貌復雜，生態環境脆弱，交通基礎設施相對阻塞。

結合我國巖溶地區地質環境考察具體狀況，可將巖溶地區地質環境條件形成的原因歸納為：①巖石的可溶性。硅質巖層中含有豐富的燧石結核或條帶石灰巖，石灰巖溶解性較高。石灰巖在長期受到外部高壓作用時，巖層外部將逐步溶解；②巖石的透水性。巖層表面上有許多小孔，隨著裂縫風化數量的逐步增加，裂縫深度逐步加強，外部水分浸入的可能性也在擴大，出現了地下水和斷層區域巖層滲透性增強的狀況；③水溶蝕和流動作用。水與空氣中CO2成分結合為碳酸。同時，水源流動也會在巖層表面形成痕跡，繼而也就出現了區域巖層外層侵蝕。

2 巖土工程勘察工作簡介

巖土工程工作的開展，運用相應的勘查技術，目的是科學合理的運用工程地質有關學科理論和技術成果，并借助先進的勘查技術設備和手段，了解和掌握巖土工程項目區域有關地質參數以及巖土結構特性，詳細預測和分析區域當中巖土結構出現的發展變化趨勢，科學合理的指導巖土工程勘察有關方案的制定，確保更加科學合理的應用施工技術，而且在預測預報各種地質災害方面，也能提供相應的支持。在勘察工作當中，會應用到很很多知識和技術，包括地質，物理化學等各個方面。同時，隨著現代科學技術高速發展，巖土工程勘察技術越來越多，其完善性也在不斷提高。在當前巖土工程勘察工作實際主要涉及取樣劃分層位，進行鑒定描述以及測試，同時還包括愛鉆探以及室內試驗等各方面內容，就巖土工程勘察工作而言，其存在的技術方法非常多，具體工作實際，必須要充分考慮工程現狀科學合理的進行選取，在野外進行巖土工程勘察工作當中，來科學合理的整理相關資料與數據，確保設計方案更加科學有效，進而大幅提高巖土工程勘察效率和質量，保證巖土工程勘察工作持續穩步發展，以免由于不合理的施工，引發工程隱患，并科學合理的預防和控制各種地質災害的發生，避免造成巨大的經濟損失，因此對于巖土工程勘察工作給予充分重視，采取切實有效的措施提高巖土工程勘察水平，意義重大。

3 巖土工程勘察中鉆探的重要性

在巖土工程勘察工作當中，鉆探施工是非常重要的組成內容，鉆探施工具有很強的實用性與技術性，能夠更加準確地開展地質勘查工作，獲取更加全面詳實的勘察數據。不論是在開采地下水還是進行工程地質勘察，以及勘查礦產資源過程當中，鉆探技術都發揮著非常重要的作用，對于推動巖土工程勘察工作的順利健康發展意義重大。鉆探施工過程當中，利用鉆探技術進行開鉆孔，能夠有效采集巖層深部的巖土土樣，結合土樣進行認真的分析和研究，進而科學合理的判斷地下巖土的性質與其結構，確保地質結構更加的合理，充分了解其特性。所以在巖土工程勘察工作當中，鉆探技術占據著核心地位，能夠為各項工程的順利開展奠定堅實的前提與基礎。近年來，伴隨經濟社會不斷發展以及巖土工程建設工作的快速推進，在鉆探技術方面的要求日漸提高，怎樣在確?？辈煨屎唾|量的同時，來有效創新鉆探技術，是當前巖土工程勘察工作當中面臨的最為重要的問題。

4 巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術

4.1 工程概述

為合理解決巖溶地區環境問題，需系統分析巖土工程勘察實際狀態。本工程項目勘察地區為T地區，施工區域屬云貴高原斜坡地帶，勘察地區地勢較高，中部地區江河低谷縱橫分布，盆地地貌，周圍海拔最高點為1140m，最低點為200m。結合當地地區范圍內勘察結果，將巖溶地區巖土工程勘察結果確定為。①工程勘察建設區域地下水較為豐富，且地下巖層活動頻繁，個別地段底下暗河涌動，上層由粘土層和沖擊砂卵石層鋪砌而成，地下水位環境相對復雜。②主要選擇基巖作為地基基礎受力支持層。各部分地區巖層基礎形式，以人工挖孔灌注樁為主。此外，為保障項目工程竣工后，各部分灌注樁地質勘察區域內，建設區域的整體穩定性和夯實性得到保障，現場采取巖溶發育圈孔法，對工程建設地質環境進行綜合剖析。③結合工程建設前期收集到的資料，查明巖溶位置、形態、規模、充填狀況、巖石結構的完整度，應進行樁基、樁長度、嵌巖深度等方面的相應分析，以保障樁端持力與整體建設之間能保持協調的狀態。

4.2 做好前期準備活動

巖溶地區巖土工程活動順利實施的前提，應從做好工程前期操作準備條件開始。結合工程建設和開發的具體情況，工作人員可將前期準備環節內容分為技術、設施及人員3個方面。技術部分是指針對巖溶地區工程建設基本狀況，采取特殊的技術操作工作。設施部分是指選取與工程工作活動相互對應的設備手段。人員部分是指從巖溶地區建設和開發的具體環境出發，采用專業視角進行多樣性工作探索。

工程具體推進和探索時，為適應當前工作開展的具體建設需求，將前期準備活動的探索要點歸納為。①技術人員對巖溶地區地表、地下環境進行詳細考察，系統實行各項巖土勘察因素的系統化整合。同時，針對性做好套管法、多層套管法等方面的剖析，做好工程建設技術結構的安排與調整。②為確保項目工程實施活動合理化展開，工程勘察設備選擇時，鉆探設備選用型號以GXY-150、XY-1002種型號為主；同時，項目工程開展前期，應準備好不同型號的套管、金剛石鉆頭、水泥、高粘性粘土等材料。③工程項目施工建設人員準備時，一方面結合工程建設設計圖，對施工區域、重點施工領域進行綜合控制；另一方面結合以往工作經歷，做好項目工程推進系列活動方面的詳細勘察，以保障項目工程人員系列操作可循序漸進展開。前期準備環節操作充分，基礎設備、資源安排合理，后續出現巖溶地區規整品質不佳的可能性就會大幅降低，項目實施品質自然也會實現最優化控制。

4.3 卵石層鉆進技術

（1）當厚度較小時，可采用泥漿護壁旋挖鉆機或旋挖鉆機鉆進。鉆穿該地層后，下套管以保護井壁。

（2）如果有大厚度和高密度，可以旋轉。卵石層中通常含有一定量的地下水，且存在空隙。在鉆井施工過程中，孔內經常出現漏水現象，容易造成孔壁坍塌。粘土可以加進去保護墻壁。旋挖施工過程中，如無塌孔，應繼續鉆進。如果出現塌孔，應進一步提高泥漿濃度。使用套管和管道鉆井會導致卵石層致密，顆粒尺寸大。局部出現漂石，下套管時會大大增加鉆井主力，此時采用厚壁套管，用重錘完成錘擊過程，效果較好。如果選用普通套管，在下井過程中會產生卷邊，需要合理增加套管鞋，否則難以滿足深度要求。

（3）當存在粒徑較大的漂石或卵石層時，由于卵石顆粒之間存在空隙，膠結性較差，可選用旋挖鉆機進行鉆進。如果遇到大于鉆具直徑的卵石顆粒，在鉆具旋轉過程中，卵石顆粒也會旋轉，因此有必要擴大泥漿濃度，或者可以通過增加鉆具下壓力來處理，也可以控制ROP。此外，還可選用金剛石鉆頭，以提高鉆井效果。

（4）在套管掘進過程中，套管中會存在卵石。旋轉鉆進時，套管和芯管之間會粘上一些卵石，芯管和套管一起旋轉。使用正時導線時，螺紋會滑動，套管會脫落。管道接頭應采用電焊焊接。

（5）鉆入厚芯管。無論卵石有多厚，在鉆進卵石層的過程中，選擇厚壁芯管，用重錘敲擊，效果很好?？梢杂弥劐N擊碎卵石，起到很好的擠壓效果。同時，芯管壁厚且無卷邊。擊打時可加入粘土，起到良好的護壁效果，達到相應深度后，拔出芯管，取出芯，反復循環，達到預期效果。由于采用了泥漿護壁，不會造成塌孔。如果發生井眼坍塌，可下入主套管，下一進尺可使用小直徑芯管。

4.4 軟土鉆孔技術

任何鉆井技術的選擇速度都非?？?。如果有土洞和填料，將導致鉆孔損失。淤泥質土壤塑性低，非常軟。在提升鉆進過程中，會產生縮徑問題。再次鉆孔時，無法達到原始深度。如果土孔中填充物很少或沒有填充物，則會有一定的空間，再次下鉆時會造成原位孔偏移。當土洞被填滿時，由于土洞與下部灰巖的關系非常密切，且地下水變化很快，在該層鉆進過程中會大量漏水，極易造成孔壁坍塌。因此，在軟土層鉆進時，可選擇大孔徑鉆進，或采用肋形鉆頭下套管，以加強對孔壁的保護。

4.5 泥漿球護壁與套管技術相結合

泥漿球墻加套管技術主要用于巖溶地區裂縫漏漿問題的調查分析。其技術原理是由工作人員控制一定的設備將濕粘土球灌入鉆孔。在充填過程中，鉆具來回移動，壓實土球，用泥漿充填巖溶裂隙。在外力作用下，土球逐漸進入巖溶裂隙內部形成一層泥；泥漿形成后，工作人員需要檢查泥漿。一旦某些孔隙未被泥漿覆蓋，應及時反饋，以便進行二次填充。在確保泥漿完全成型后，工作人員應使用鉆具清理間隙，使泥漿球能夠深入孔內。經過多次清孔，最終在孔外形成泥壁，達到回填裂縫的目的。泥漿球護壁與套管技術相結合，能在短時間內快速掌握裂縫的發展，在多次充填過程中，工作人員可根據充填量和充填次數，對巖溶地區裂縫漏漿的基本情況進行評價，為巖溶區后續開發提供數據參考，明確開發環節巖溶裂隙處理的基本要求?？紤]到泥漿護壁與套管技術相結合的應用場景，工作人員應仔細準備粘土。在制備過程中，應保證粘土具有較大的塑性、附著力和較強的抗沖刷性。只有這樣，才能全面完成充填任務，實現對巖溶地區裂縫發育和充填性的準確評價。

4.6 針對巖溶地區差異選擇技術形式

①針對淺層基巖部分巖溶發育狀況，對基巖面部分基巖層漏漿隱患問題的防護?？紤]到以前巖溶風化可能性較高的問題，盡量避免多層套管護壁法進行溶洞處理期間，技術人員先應用軟塑–流塑管解決孔內投泥球困難的問題。鉆孔時，依據地層部分的復雜度，按照由小到大的順序鉆進。當第1根管嵌入后，第2根使用DN75的粗套管進行銜接套用，并在鉆孔框架確定后，對直徑較大的銜接套管進行上層覆蓋，再利用金剛石雙管鉆進，溶洞形成后，取下所有設備與額外巖芯。針對上層建設區域進行巖層開發時，為避免局部坍塌影響項目施工建設，表層部分需采用泥球套管處理法，做好表層和基層的銜接，以避免套管銜接期間出現局部漏漿等問題。②粘土層鉆進環節操作時，考慮巖溶地區地勢環境復雜，地下粘土層部分的環境勘察處理環節阻力重重。為適應巖溶地區整體建設需要，巖溶層粘土區域鉆進主要利用土洞、土層自重狀態下掉落的特征，做好巖溶地區環境的綜合勘察和自主規整性處理。技術人員應先在土洞和石灰巖銜接層部分進行夯實性檢測與控制，以確定周圍區域范圍內不會出現粘土層脫落等，用肋骨鉆頭鉆孔，并通過增加孔徑，利用套管設定法進行鉆孔。

5 結語

巖溶地區巖土工程勘察鉆探技術分析，是當代巖土項目施工管理的理論歸納。在此基礎上，通過做好前期準備活動、針對巖溶地區差異選擇技術形式、把握常見技術優勢和特點等方面，分析巖溶地區巖土工程勘察鉆探應用方法，為國內巖溶地區工作展開提供了新視角。