周小純

[摘要]文章結(jié)合工程實(shí)例，介紹了海域勘察項(xiàng)目鉆探施工的工藝技術(shù)以及一些技術(shù)難題的解決辦法，并總結(jié)出一套較實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和安全的海上鉆探方法和技術(shù)措施。

[關(guān)鍵詞]海域 工程地質(zhì)勘察 鉆探船 潮差 定位 技術(shù)措施

[中圖分類號(hào)] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-464-2

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，港口、碼頭、跨海大橋等建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，相應(yīng)的海上工程勘察項(xiàng)目也日益增多。通過海域鉆探實(shí)踐，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)，摸索出一套較為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和安全的海上鉆探方法和技術(shù)措施，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?，F(xiàn)介紹如下，以供借鑒。

1施工前準(zhǔn)備工作

海域勘察成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，應(yīng)根據(jù)工程勘察的目的和技術(shù)要求，做好前期的準(zhǔn)備工作：將施工作業(yè)位置、作業(yè)時(shí)間、施工船只和人員名單等上報(bào)當(dāng)?shù)睾竭\(yùn)監(jiān)督部門，申請(qǐng)辦理海域施工許可證，并在當(dāng)?shù)貓?bào)紙發(fā)布相關(guān)通知；收集資料，了解海況，盡量避開臺(tái)風(fēng)季節(jié)和雨季施工；抽調(diào)精干人員、利用良好的設(shè)備組建項(xiàng)目部，制定經(jīng)濟(jì)安全的技術(shù)措施和施工組織計(jì)劃。

2設(shè)備及鉆探船的選擇與安裝

根據(jù)海上鉆探的施工經(jīng)驗(yàn)，鉆機(jī)應(yīng)有足夠動(dòng)力和較小自重，一般選擇XY- 1A 型液壓巖心鉆機(jī)，最大鉆孔深度100m，能滿足淺海水域鉆探要求。一般勘察單位不具備投資專業(yè)鉆探船的能力，臨時(shí)租賃費(fèi)用也高，主要采用民用運(yùn)輸船進(jìn)行簡(jiǎn)單改造。鉆探船的噸位需根

據(jù)水文情況、孔深及設(shè)備等確定，一般為60～120t。另?yè)?jù)經(jīng)驗(yàn)，采用單船比雙船并聯(lián)搭建平臺(tái)具有成本低、拆裝簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活、安全方便等特點(diǎn)。安裝時(shí)，先在船艙內(nèi)壓載，均勻裝載石塊或砂袋等，直至船舷和水面距離約1.0m，以增加船的穩(wěn)定性。平臺(tái)安裝在船舷比船尾具有作業(yè)面寬、操作方便、錨固容易等特點(diǎn)，安裝時(shí)采用砂袋對(duì)邊壓載，工字鋼向外延伸，鉆機(jī)面向海。用2～3 根鋼絲繩將鉆塔上部與船舷處拉緊固定，以增加鉆機(jī)的穩(wěn)定性和安全性，并在立軸前方留一小凹口，上鋪活動(dòng)墊板，以便鉆探船離、進(jìn)位時(shí)套管能順利進(jìn)出。一般錨按5 只布置，水流平穩(wěn)時(shí)主錨一只，前錨兩只，后錨兩只；在急流中船頭再加一只主錨，兩側(cè)如有風(fēng)浪沖擊則加邊錨。錨繩為Φ12.5～16mm 的鋼絲繩，拋在水中長(zhǎng)度不宜小于水深的6～8倍。拋錨時(shí)應(yīng)注意船中心線方向要與水流方向一致，且在船首向主流（或主要風(fēng)浪）方向拋主錨。

3鉆探船拋錨定位

因受海況影響，鉆探船拋錨定位時(shí)應(yīng)盡量選在漲潮或落潮的平水期，此時(shí)水流速度最小，拋錨定位較容易，花費(fèi)時(shí)間短，能保證套管打入水下的垂直度及鉆探質(zhì)量。鉆孔定位可根據(jù)其離岸的遠(yuǎn)近分別采用全站儀放點(diǎn)和GPS 定位。當(dāng)距離海岸≤3km 時(shí)，在岸邊控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，測(cè)工持棱鏡及浮標(biāo)乘交通船緩慢行駛至欲測(cè)孔處，測(cè)出大概位置，其誤差范圍控制在10～20m，將浮標(biāo)投入水中。將鉆探船開至浮標(biāo)附近，將主錨和前錨拋定，收緊錨繩逐漸向浮標(biāo)靠攏，然后將后錨和邊錨拋定。再將棱鏡置于立軸處，通過多次測(cè)量和調(diào)整錨繩長(zhǎng)度，使鉆機(jī)精確對(duì)位。我們?cè)诳辈烊轂晨绾４髽驎r(shí)，由于離岸近且風(fēng)浪較小，故采用尼康DTM- 352C 全站儀進(jìn)行放點(diǎn)。當(dāng)距離海岸> 3km時(shí)，采用動(dòng)態(tài)GPS 法測(cè)定孔位。在岸上控制點(diǎn)安置一臺(tái)GPS 差分定位儀，在交通船上安置GPS 導(dǎo)航儀測(cè)孔位。同上法拋浮標(biāo)和鉆探船就位，再將導(dǎo)航儀置于立軸處指揮鉆機(jī)精確對(duì)位。

4鉆探工藝技術(shù)的綜合運(yùn)用

在實(shí)踐中，我們通過對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行潛力挖掘和突破常規(guī)的綜合運(yùn)用，保證了勘察工作的順利進(jìn)行。

4.1減少潮差影響的措施

（1）建立潮汐水位觀測(cè)站，派專人觀測(cè)記錄海水位，使用對(duì)講機(jī)或無線電話在起、下鉆時(shí)即時(shí)通報(bào)水位，以便準(zhǔn)確計(jì)算，消除潮差對(duì)層位判斷的影響。

（2）鉆探船定位后，首先下保護(hù)套管。下保護(hù)套管目的是導(dǎo)向定位，將其打入淤泥層底部使其固定。在水深流速大處下套管，管柱被沖彎或其下部被水流沖向下流而偏離孔位，可采用保護(hù)繩把管柱下部拉住，使其垂直，保護(hù)繩采用Φ10mm 左右的鋼絲繩，一端拴管柱中下部，另一端固定在船上絞車，在船頭固定一滑輪變向，從上游拉住套管。

（3）套管接近孔口處應(yīng)用0.2～1.2m的短管連接，便于因水位漲落隨時(shí)接卸，減少潮差對(duì)施工時(shí)間的限制，同時(shí)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。保持套管口高于機(jī)臺(tái)面0.2～0.4m。

4.2多層套管跟管鉆進(jìn)

海底多為第四系海相沉積物所覆蓋，鉆探過程中鉆孔易坍塌，直接影響施工進(jìn)度及質(zhì)量，應(yīng)多層套管跟管鉆進(jìn)，多套管級(jí)配為Φ146、127、108mm（保護(hù)套管為Φ168mm）。其中用Φ130mm口徑開孔，Φ146mm套管跟管施工至卵礫石層面；用Φ110mm鉆具Φ127mm套管跟管施工至穿過卵礫石層；Φ108mm 管為備用管，在Φ127mm管無法跟管的情況下用設(shè)計(jì)允許的最小口徑（Φ91mm）鉆具鉆進(jìn)，使之跟管施工至穩(wěn)定層面。多套管設(shè)置分擔(dān)單層管的管壁阻力，使跟管、拔管能順利進(jìn)行。

4.3多種取心工藝的綜合應(yīng)用

海底多為第四系海相沉積物所覆蓋，根據(jù)其性質(zhì)采用不同的鉆進(jìn)方法，才能做到地層界限準(zhǔn)確清楚，孔內(nèi)清潔，取樣不用清孔，土樣不受擾動(dòng)等。

（1）軟弱土層如淤泥、流—軟塑性土、淤泥質(zhì)砂土等，含水份多，軟而塑性強(qiáng)，易被擾動(dòng)。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)采用薄壁取土器，用立軸液壓壓入，回次進(jìn)尺控制在0.5～1.0m；套管能自動(dòng)跟進(jìn)，但要控制其超前量，以免影響取原狀土樣。

（2）砂層采用活頁(yè)、半活頁(yè)鉆頭取心，其取心率能夠達(dá)到75%以上。

（3）卵礫石層：有一定粘結(jié)性，用小一級(jí)鉆具先鉆進(jìn)3～5m，再下套管，反復(fù)進(jìn)行；在松散地層，先將套管打下2～3m，再用小兩級(jí)的鉆具進(jìn)行掏心，掏空再插管。應(yīng)用帶喇叭形鋼絲鉆頭或半活頁(yè)鉆頭的普通巖心管，其取心率能夠達(dá)到75%以上。

（4）可塑—硬塑粘性土、全風(fēng)化層采用上下對(duì)開長(zhǎng)槽的巖心管，45°內(nèi)喇叭鉆頭錘擊鉆進(jìn)取心，其取心率能夠保證達(dá)到90%以上。

（5）強(qiáng)、弱風(fēng)化層采用干鉆或投卡取心，其取心率能夠達(dá)到85%以上。

（6）微風(fēng)化層采用投卡取心，其取心率能夠達(dá)到90%以上。

5安全措施

（1）鉆探船應(yīng)設(shè)有施工作業(yè)標(biāo)志的旗幟及信號(hào)燈，錨頭上應(yīng)拴撈繩，撈繩長(zhǎng)度大于水深1～2m，其尾部拴系浮筒、旗幟或信號(hào)燈，避免往來船只靠近作業(yè)區(qū)拖斷錨繩。

（2）船上備有救生圈和救生船，作業(yè)人員必須穿救生衣，船舷處焊上鐵圍欄，夜間配備發(fā)電機(jī)照明，防止作業(yè)人員不慎落水。

（3）隨時(shí)檢查錨繩及保護(hù)繩的松緊情況，并根據(jù)水位的漲落及時(shí)調(diào)整其長(zhǎng)度，放置鉆具要隨時(shí)考慮到鉆探船的平衡，勿使偏重。

（4）密切關(guān)注氣象、水文預(yù)報(bào)，委派專人按時(shí)收聽天氣預(yù)報(bào)，遇暴風(fēng)雨船只擺動(dòng)劇烈時(shí)，應(yīng)迅速停鉆并提出孔內(nèi)鉆具，移開活動(dòng)墊板將套管撤出，鉆探船開回避風(fēng)港灣。

6工程實(shí)例

在泉州灣跨海大橋勘察中，泉州灣屬亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，雨季多集中5～9 月，降雨量為1200～1300mm，臺(tái)風(fēng)多集中7～9 月，潮汐屬規(guī)則半日潮流。根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料，橋位區(qū)潮汐的平均潮差為 5.55m。從2010 年5 月27日水上鉆探開始，2010年8月5日結(jié)束，共投入 12 個(gè)鉆探施工平臺(tái)，自備動(dòng)力，6只交通船，人員安排分工明確，各負(fù)其責(zé)，相互配合，保證了施工的順利進(jìn)行。共完成鉆孔83 個(gè)，孔深14.5～23.5m，鉆探總進(jìn)尺3123m，巖芯采取率在堅(jiān)硬完整的巖層中大于85%，在強(qiáng)風(fēng)化、 破碎的巖層中大于 65%。黏性土地層不小于 85%，砂類土地層不小于 65%。質(zhì)量完全滿足勘察要求。

7結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，按上述方法和技術(shù)措施在淺海水域進(jìn)行鉆探，操作簡(jiǎn)便，安全高效，既能節(jié)省租船費(fèi)用，又能提高鉆探精度。這是借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備、工藝進(jìn)行大膽改裝和綜合利用的有效嘗試，對(duì)類似的工程具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉廣志. 特種鉆探工藝學(xué)[M]. 武漢： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1992.

[2]郭守忠 水利水電工程勘探與巖土工程施工技術(shù) 中國(guó)水利水電出版社，2003.04.

[3]泉州灣跨海大橋工程地質(zhì)綜合勘察報(bào)告 廣東核力工程勘察院，2010.10.