岩土工程勘察钻探技术探讨Word格式.docx
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文献引用的规范性等。
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）
修改意见：
（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。
评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。
毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）：
评阅结论：
（同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）
评阅人姓名
中国地质大学（武汉）
评阅时间
2012.9.15
论文原创性声明
本人郑重声明：
本人所呈交的毕业论文《岩土工程勘察钻探技术探讨》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果和使用过的材料。
对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。
论文作者（签字）：
日期：
2012年08月31日
摘要
随着工程地质勘察技术的越来越成熟。
对深入研究各种工程地质方面的问题，进行准确的分析、评价工程地质状况，钻探等勘察手段越来越被广泛的采用，并逐渐成为主要的勘探手段。
本文对工程地质勘察钻探技术进行了探讨。
【关键词】：
1、工程地质勘察2、钻探3、钻探技术4、评价
前言
工程地质钻探是利用人力、机械等手段，揭示地层层序、岩土工程特征、认识地表以下地层或某一特定位置的情况或特点的一种勘探手段。
是为桥梁、道路、房屋建筑等的基础进行取样试验，也用于现有工程基础、地基的检验。
以和物探方法获得的有关资料的钻探验证。
如果在钻孔中进行各种物探方法的测井，查明地层的物理和其他特性，还可以扩大和修正对钻孔周围空间地层的认识。
铁路房屋建筑（车站站房、信号楼等）、桥梁、路基工程（包括边坡防护工程）、隧道等工程的基础都需要进行勘察，且一般都以钻探为主要勘察手段。
为工程地质勘察进行的钻探工程，其目的是通过钻探取样，样品分析，现场工程地质测试等，以获取建筑基础地的质资料和岩土层的各项参数，为选择修建地点，地基处理方式，基础形式，确定建筑物类型，和制定合理的施工方法提供设计和施工依据。
一、工程地质钻探概述
工程钻探根据钻探目得的可分为：
1.工程地质钻探（工程地质勘察钻探）主要为工程地质勘探服务和用于工程基础勘查的钻探工作。
2.工程施工钻探作为某种工程施工手段的钻探工作。
（一）工程地质钻探的目的、分类和特点
1、工程地质钻探的目的
1）揭露并划分地层，鉴定和描述岩土的性质和成分；
2）查明地质构造，不利地质现象分布界限和形态等；
3）对孔内采取的岩石样品，进行分析实验，搞清岩石的物理力学性质；
4）查明地下水的类型，水位测量，采取水样，分析地下水的物理化学性质。
5）在钻孔内进行原位测试。
2、工程地质钻探的分类
1）测绘孔：
为工程测绘而钻的浅孔，在孔中采取原状样品以供室内实验适用，以查清建筑物基础的工程地质特征；
2）勘探孔：
在勘察阶段中，了解建筑物的基础的详细地质资料，决定施工方法；
3）控制孔：
是为编制岩性和水文地质剖面进行工程地质分层；
4）实验孔：
是为在孔内进行原位测试、水文地质试验而钻的孔。
3、工程地质钻探的特点
1）孔浅，一般50米以内；
2）取未扰动和原状土样；
3）孔内进行多种多样试验（时间较长，完成后必须止水，以防止地下水的侵入）；
4）钻进条件变化大，勘察对象分散。
（二）工程地质钻进方法和工具
钻进方式：
岩芯钻探、冲击钻探、回转钻探、小径机械回转钻进和小径冲击回转钻进等等。
机械振动钻进1.振动钻进应用范围砂、亚砂、亚粘土、粘土地层；
孔浅时，钻进效率较高，孔深和岩石较硬时，钻进效率低。
2.机械振动原理振动器带动钻杆和钻头产生周期振动，使周围岩层和土层也产生振动。
由于振动频率较高，岩土层抗剪强度降低，在钻具和振动器自重和振动力的联合作用下，使钻头切入岩土层，从而实现钻进。
螺旋钻进方法螺旋钻进方法是干式钻进，利用螺旋钻头，不断地回转将岩粉输送到地面或用螺旋钻杆本身将岩屑提到地表地一种钻进方法。
孔径多为120～200mm；
孔深为25～50m最深不超过100m。
它适用于1～4级软岩层。
（三）工程地质钻探的设备
由于工程地质勘察规模日益增大，地下建筑工程日益增多，以往用岩芯钻机代替已满足不了实际工作需要，现已发展不同类型专用钻机。
下面介绍几种：
SH30－2型：
孔深30m，开孔直径Φ142mm，终孔直径Φ110mm。
汽油机或电动机，回转冲击，取原状土样，适用于各种第四纪松散地层。
GJD－2型：
孔深50m，开孔直径Φ150mm，终孔直径Φ110mm，柴油机或电动机，回转冲击振动静压，取土样或岩芯，适用于第四纪地层。
XY-100型：
孔深100m，开孔直径Φ90-130mm，终孔直径Φ70-90mm,柴油机，正循环回转液压钻进，适用于各种地层，目前被广泛使用。
二、工程地质钻探中的岩芯采取问题
岩芯是取芯钻探的直接成果，是进行地质研究的重要依据。
岩芯采取率也是判断一个钻孔是否合格的主要指标。
通过对岩芯的分析研究，可以了解不同地层的埋藏深度、厚度、产状、地层分布规律以和不良地质的发育情况。
所以提高钻孔岩芯采取率是达到上述目的的关键。
（一）岩芯采取率的影响因素
在生产中常常有这样的现象，经过努力，岩芯采取率从数量上虽然达到了质量指标的要求，但由于种种原因，岩芯的结构被破坏，成分被污染；
或岩芯虽完整，但选择性磨损较严重，其中较软的成分被丢失了。
这样的岩芯虽然在数量上达到了要求，在品质上并没有真正的代表性。
严格意义来讲，这样的钻孔仍然是质量不合格的。
只有保持了岩芯的完整度、纯洁性，即保持了岩芯的品质的岩芯采取率才是真实的，这样采出的岩芯才是有地质意义的岩芯。
下面我们分析一下影响岩芯采取率的因素。
影响岩芯采取率与代表性的因素是多方面的，但归纳起来，可分为地质因素，钻进方法与规程，钻具结构，操作技术等。
1、地质因素
岩土的物理机械性质（硬度、胶结性、脆性和酥性、松散性与浮游性等）和岩层的结构、构造等对岩芯采取都有影响。
组成岩石的矿物硬度以和岩石的颗粒与颗粒间的胶结硬度若是相差悬殊，则对岩芯的采取率和完整性是有影响的。
胶结差的岩石易被钻具的回转震动而破碎，脆性和酥性岩石其组织结构极易破碎，松散性与浮游性地层易被冲洗液冲刷、冲散和流失。
岩石的节理、片理、裂隙发育或岩层倾角较大的地层，岩芯受震后易被破碎、断裂、岩芯堵塞互磨。
受构造错动或风化破碎带尤其易震动、冲刷。
同时，这种地层还带来护壁困难，而护壁不好，反过来又严重影响了岩芯的采取。
地质条件是客观存在的，但我们可以通过主观努力，采取有效措施，适应地质条件、摸索规律减少或消除客观因素的影响，以提高岩芯采取率。
2、钻进方法与规程因素
在同一地层用不同的钻进方法，其岩芯采取效率是不同的，这是因为目前岩芯钻探常用的几种钻进方法其破碎岩石的原因虽有差异，但基本上都是在轴心压力与回转力矩作用下通过切削具尅取破碎岩石的，可以认为整个钻进过程，是产生岩芯的过程，同时也是破坏岩芯的过程。
而钻具与孔壁的间隙愈小、钻具导向性能好、回转平稳和震动小的钻进方法，对岩芯的机械破坏作用就愈小。
岩芯的采取率就愈高。
比如在硬岩层中金刚石钻进取出的岩芯就完整，采取率高。
但在钻进松软岩层，由于岩粉多，钻头冷却效果差，钻效就不如合金钻头。
合适的钻进方法，还需要有适当的钻进参数配合，才能收
到好的效果。
而钻进参数本身，对岩芯的采取是有其影响。
首先钻压，孔底压力过大，给进不均，对于钻进松软、粘性大的地层，则有糊钻、岩芯堵塞自磨，或烧灼变质，严重者还会引起烧钻事故；
对于钻进硬岩层则易使钻头变形，岩芯堵塞磨损。
同时，压力过大还增加了钻具的弯曲和摆动，从而加剧了对岩芯的机械破坏，孔底压力不足，则进尺缓慢，增长了岩芯受破坏作用的时间；
由于压力过小，等于“吊起”钻进，钻头摆动加剧，离心力增大，易将岩芯柱震断造成岩芯堵塞磨损的机会。
其次转速，钻具与孔壁间隙大的钻进方法，钻进时转速愈快，钻具受离心作用大，其振动、摆动亦越大。
对岩芯的破坏作用亦加剧。
间隙小、导向好，转速快有利于提高钻速，亦缩短了岩芯受破坏作用的时间。
再次冲洗液量，冲洗液量大小的选择，应根据地层条件和钻进方法，钻速高低、排粉的需要、孔壁的保护、以和岩芯的保全、免遭冲刷等酌情选择。
回次进尺的时间和长度对岩芯的磨损也有影响，其影响的程度，要视地层情况而定。
按规程，回次进尺最多以2～3米为宜，就是为了尽量减少过长的回次时间和进尺对岩芯的影响。
下面列出了部分地层宜选择的回次进尺长度。
（如下表）
工程地质钻探回次进尺长度
岩层
回次进尺（m）
粘性土
1.0～1.5
薄层粘性土与薄层砂类士互层
1.0~1.5
砂类土
泥浆钻进1.0～1.5
跟管回转钻进0.3～0.5
碎石类土
双管钻具钻进0.5~1.0
无泵反循环钻软质岩石1.0~1.5
无泵反循环钻破碎岩石0.5~0.7
冻土
0.3~0.5
软土
0.3~1.0
黄土
钻进取芯时1.0~1.5；
取原状土时,1m三钻,第一钻0.5~0.6m,第二钻0.2~0.3m,第三钻取样
膨胀性岩层
0.5~1.0
滑动面和重要结构面上下5m
预计滑动面和其以上5m范围小于或等于0.3
重要结构面上下5m为0.3~0.5
软硬互层、软硬不均风化带和硬、脆、碎基岩
较完整、轻微风化基岩
1.0~2.5
完整基岩
<
3.5
3、钻具结构因素
钻头的结构应有利于钻头工作平稳、钻效高、有利于岩芯的进入和保护，减少堵塞、磨损的机会，卡取岩芯方便可靠为原则。
钻头结构主要控制部位是合金的镶焊质量、水口大小和形式、钻头内锥度等。
岩芯管的结构形式单管双管、单动双动等对岩芯采取的影响。
4、操作技术
卡芯方法与操作，是取芯的最后一道工序，即使钻速高，岩芯保存完好，如果卡取不上或中途脱落，势必前功尽弃。
在用干钻法或双动双层管取芯时，掌握不当，会使岩心严重挤压或烧灼变质。
还有岩芯堵塞问题，除地质等因素引起外，操作方法不当，也是重要一环。
比如在某办公大楼的基桩取芯验桩钻探中，要求取一截20公分以上的芯做力学试验。
结果钻探单位把一根桩都快钻透了，居然就没有取上一截够20公分的混凝土，结果勘察单位和施工单位就干上了，施工单位说勘察单位水平差，勘察单位说施工单位偷工减料。
其结果：
钻探是用的单管金刚石钻进，卡芯应加卡簧，而司钻钻个5公分10公分就活动一下钻具。
试想，当活动钻具的时候，岩芯管下面的卡簧不起一点作用。
自然取不上完整的岩芯了。
后来不活动钻具，结果就取出一截50公分的完整岩芯。
所以操作技术也是一个很重要的因素。
（二）提高岩芯采取率的措施
了解了岩芯采取率的影响因素。
现在的工作的重点就应从这些因素入手，采取措施保证钻探质量，使获取的原始资料真实可靠。
提高岩心采取率的措施主要有：
1、设备措施
选择适宜的钻头、取芯工具是保证岩芯采取率的前提。
比如金刚石钻头，有高温烧结的和低温电镀两种工艺，因为金刚石的性质决定了它不能承受高温，高温烧结金刚石钻头是在800～1000º
C的条件下成型的，现在有可靠资料证明，钻头中的金刚石有些是被烧炸裂了甚至表层炭化了。
并且这种钻头的自磨性（自出刃）远远赶不上电镀金刚石钻头。
电镀金刚石钻头由于工艺、配方各个厂家都是保密的，有些厂家甚至偷工减料，所以在挑选时也要当心。
下面列出了一个取心方法和取心工具选择表：
序号
取芯钻具名称
钻进方法
卡芯方法
适用岩石
1
活塞闭水接头单管钻具
硬质合金
干钻
粘性土,软土,中、细、粉砂和互层
2
普通单管钻具
硬质合金、钢粒
卡料干钻
完整基岩,粘性土
3
投球式单管钻具
粘性土,砂类土,松软至较软页岩、砂岩
4
活动分水投球接头单管钻具
高岭土,泥页岩,粘性土
5
普通双动双管钻具
松散、怕冲刷、易拥塌岩层
6
活塞式双动双管钻具
怕污染的岩盐、拥盐等岩层
7
441双动双管钻具
沉淀
中等硬度以上的硬、脆、极碎层、碎石类土
8
爪筒式双动双管钻具
爪筒爪取
稍硬至中硬多裂隙、节理发育,硬、脆,碎.无胶结性岩层,碎石类土
9
隔水单动双管钻具
岩芯提断器
软至中硬破碎,节理、层理发育,酥脆易流失,怕震,怕磨的岩层
10
活塞式单动双管钻具
软于中硬松散、粉状、节理发育、怕污染岩层,粘性土和软粘土
11
活塞压卡式单动双管钻具
卡簧
较软至中硬较完整,节理发育,呈纤维状的岩层,如白云岩,石棉等
12
球夹压卡式单动双管钻具
较软至中硬较完整,节理发育,呈纤维状的岩矿层,如蛇纹石化白云岩,石棉等
13
爪簧式单动双管钻具
软于中硬,软硬交替频繁薄互层,以硬为多,极软,塑性,易冲蚀的蛇纹岩等
14
YN-7型单动双管钻具
软于稍硬,硬软交替频繁互层,以软为多,断层多的岩层
15
开口式无泵钻具
沉淀干钻
软于中硬,松、软、怕冲、溶蚀岩层,粘性土,砂类土,碎石类土
16
简易无泵钻具
17
弯管型喷射反循环单管钻具
硬、脆、碎、节理发育的岩层
18
弯管型喷射反循环双动双管钻具
较软至中硬松散、碎、脆、易磨损岩层
19
分水接头型喷反单管钻具
硬质合金、钢性
20
分水接头型喷反双动双管钻具
较软至中硬松散、脆、碎、易磨损岩层
21
分水接头型喷射单动双管钻具
片理发育、、酥脆、易碎呈粉状岩
2、工艺措施
钻探方法应根据工程要求、岩石的物理力学性质、地质构造特征、岩石的可钻性以和技术经济合理性等因素选择。
工艺措施的选择还要与所选择的取芯工具相适应。
类别
硬度
代表性岩土
I
松软、松散的
软塑的粘性土、有机士（淤泥、泥炭、耕土），含硬杂质在10%以内的人工填土。
Ⅱ
较松软、松散的
可塑的粘性土、粉土,软塑的粉土,新黄土,含硬杂质在10%～25%的人工填土,粉砂、细砂、中砂。
Ⅲ
软的
硬塑、坚硬的粘性土，粉土，含硬杂质在25%以上的人工填土，老黄土，残积土，粗砂、砾砂、砾石、轻微胶结的砂土，,石膏、褐煤、软烟煤、软白垩。
Ⅳ
较软的稍硬的
泥质页岩,砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、泥质砂岩、较松散的砂岩,砂页岩互层,泥质板岩,滑石绿泥石片岩,云母片岩,泥灰岩,泥灰质白云岩,岩溶化石灰岩和大理岩,盐岩,结晶石膏,断层泥,无烟煤,硬烟煤,火山凝灰岩,强风化的岩浆岩和花岗片麻岩,冻土,冻结砂层,粒径20~40mm含量大于50%的卵（碎）石土,金属矿碴。
V
中等硬度的
长石砂岩,钙质胶结的长石石英砂岩,钙质砂岩,钙质胶结的砾岩,灰岩和轻微硅化灰岩,大理岩,白云岩,橄榄岩,蛇纹岩,板岩,千枚岩,片岩,凝灰质砂岩,集块岩,弱风化岩浆岩和花岗片麻岩,冻结砾石土,粒径40~80mm含量大于50%的卵（碎）石土,混凝土构件、砌块、路面。
Ⅵ
硬的
中粒与粗粒的花岗岩、闪长岩、正长岩、辉长岩、花岗片麻岩,粗面岩,安山岩,辉绿岩,玄武岩,伟晶岩,辉石岩,硅化板岩,千枚岩,砂岩,灰岩,硅质胶结的砾岩,硅化或角页化的凝灰岩,粒径80~130mm含量大于50%的卵（碎）石土,半胶结卵石土。
Ⅶ
坚硬的
细粒的花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩,流纹岩,微晶花岗岩,石英粗面岩,极致密的玄武岩,安山岩,角闪岩,粒径130~200mm含量大于50%卵（碎）石土,胶结的卵石土。
Ⅷ
最坚硬的
碧玉岩,刚玉岩,碧玉质硅化板岩,角页岩,石英岩,燧石岩,粒径大于200mm超过50%的漂（块）石土。
下面举例说明一下：
砂层钻进：
砂层钻进宜采用泥浆护壁。
对粉、细砂层可用活套闭水接头单管、阶梯式肋骨硬质合金钻头泥浆循环钻进;
中、粗、砾砂层可用方柱状硬质合金钻头或阶梯式肋骨硬质合金钻头灌浆无泵反循环钻进。
破碎岩石钻进：
易冲刷和松软的岩石可采用双管钻具或无泵反循环钻进;
硬、脆、碎岩石应采用双管钻具或喷射式孔底反循环钻进。
软土层钻进：
软土层钻进宜采用活套闭水接头单管钻具和硬质合金钻头泥浆循环钻进,或螺旋提土钻钻进。
膨胀性岩层钻进（如膨胀土、铝土、含水的页岩、泥岩等）：
钻头宜采用肋骨式或加大内外出刃的硬质合金钻头,水口高度不小于20mm,内壁可增设水槽,其宽度为6~8mm。
三、工程钻探事故的处理
（一）处理钻孔内事故的基本要求
在孔内事故发生后，必须尽快地进行处理。
在处理事故的过程中，要防止事故的恶化，防止消耗大量的人力、才力。
（二）处理钻孔内事故的一般方法
1、提拉:
在设备能力允许的条件下，可用升降机配合滑轮组，强力提拉孔内受阻钻具。
当钻具被卡埋时，可有此方法。
2、击震：
利用吊锤打击的震动力，向上或向下打击事故钻具，此法适用于浅孔处理挤夹事故。
3、捞锥：
用公锥、母锥、卡管器等捞取脱落或折断的事故钻具。
各种丝锥，如下图所示。
（1）
（2）（3）（4）
各种丝锥图
1-钻杆公锥；
2-岩芯管公锥；
3-母锥；
4-通心母锥
使用卡管器捞取事故钻杆，如下图所示。
卡管器捞取事故钻杆图
1-卡管器2-卡料3-事故钻杆
4、冲刷：
用小径钻具或钻杆下乳孔内，通过泥浆泵的高压液流冲刷事故钻具周围的埋卡物，但需在孔壁稳定的情况下，使用此法。
四、结论
以上就是本人对岩土工程地质钻探技术的一点认识，对工程地质钻探的目的、分类和特点，提高岩芯采取率的措施和工程钻探事故的处理方法等进行了归纳、总结和分析。
通过对钻探技术的提高，以满足各种工程钻探质量的要求，以和在钻探事故中能提出有效的解救方案，减少人力，才力的大量消耗和防止事故的恶化。
在采取各种技术措施保证钻探质量，获取的原始资料真实可靠的前提下使用既经济又合理的施工方案。
参考文献
[1]黄高.铁路工程地质钻探技术和质量要求2003
[2].《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）
[3].《电力工程地质钻探技术规定》（DL/T5096-1999）
[4].《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）
[5].王达.钻探技术规范和质量标准2008
[6].《工程地质钻探规程》中国建筑工业出版社（DZ/T0017-91）
[7].《煤炭地质钻探规程》煤炭工业出版社16开1册
[8].《工程地质钻探工安全操作规程》（DZ/T0017—91）
[9].《地质调查岩芯钻探技术规程》（DD2010-01）
[10].《水文地质钻探规程》（DZ/T0148-94）
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