周小純

[摘要]文章結(jié)合工程實例，介紹了海域勘察項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)出一套較實用、經(jīng)濟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] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-464-2

隨著城市建設的快速發(fā)展，港口、碼頭、跨海大橋等建設項目逐漸增多，相應的海上工程勘察項目也日益增多。通過海域鉆探實踐，在總結(jié)經(jīng)驗教訓的基礎，摸索出一套較為實用、經(jīng)濟和安全的海上鉆探方法和技術(shù)措施，取得了一定的經(jīng)濟和社會效益?，F(xiàn)介紹如下，以供借鑒。

1施工前準備工作

海域勘察成本高、風險大，應根據(jù)工程勘察的目的和技術(shù)要求，做好前期的準備工作：將施工作業(yè)位置、作業(yè)時間、施工船只和人員名單等上報當?shù)睾竭\監(jiān)督部門，申請辦理海域施工許可證，并在當?shù)貓蠹埌l(fā)布相關(guān)通知；收集資料，了解海況，盡量避開臺風季節(jié)和雨季施工；抽調(diào)精干人員、利用良好的設備組建項目部，制定經(jīng)濟安全的技術(shù)措施和施工組織計劃。

2設備及鉆探船的選擇與安裝

根據(jù)海上鉆探的施工經(jīng)驗，鉆機應有足夠動力和較小自重，一般選擇XY- 1A 型液壓巖心鉆機，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，臨時租賃費用也高，主要采用民用運輸船進行簡單改造。鉆探船的噸位需根

據(jù)水文情況、孔深及設備等確定，一般為60～120t。另據(jù)經(jīng)驗，采用單船比雙船并聯(lián)搭建平臺具有成本低、拆裝簡單、移動靈活、安全方便等特點。安裝時，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，安裝時采用砂袋對邊壓載，工字鋼向外延伸，鉆機面向海。用2～3 根鋼絲繩將鉆塔上部與船舷處拉緊固定，以增加鉆機的穩(wěn)定性和安全性，并在立軸前方留一小凹口，上鋪活動墊板，以便鉆探船離、進位時套管能順利進出。一般錨按5 只布置，水流平穩(wěn)時主錨一只，前錨兩只，后錨兩只；在急流中船頭再加一只主錨，兩側(cè)如有風浪沖擊則加邊錨。錨繩為Φ12.5～16mm 的鋼絲繩，拋在水中長度不宜小于水深的6～8倍。拋錨時應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，鉆探船拋錨定位時應盡量選在漲潮或落潮的平水期，此時水流速度最小，拋錨定位較容易，花費時間短，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)其離岸的遠近分別采用全站儀放點和GPS 定位。當距離海岸≤3km 時，在岸邊控制點架設全站儀，測工持棱鏡及浮標乘交通船緩慢行駛至欲測孔處，測出大概位置，其誤差范圍控制在10～20m，將浮標投入水中。將鉆探船開至浮標附近，將主錨和前錨拋定，收緊錨繩逐漸向浮標靠攏，然后將后錨和邊錨拋定。再將棱鏡置于立軸處，通過多次測量和調(diào)整錨繩長度，使鉆機精確對位。我們在勘察泉州灣跨海大橋時，由于離岸近且風浪較小，故采用尼康DTM- 352C 全站儀進行放點。當距離海岸> 3km時，采用動態(tài)GPS 法測定孔位。在岸上控制點安置一臺GPS 差分定位儀，在交通船上安置GPS 導航儀測孔位。同上法拋浮標和鉆探船就位，再將導航儀置于立軸處指揮鉆機精確對位。

4鉆探工藝技術(shù)的綜合運用

在實踐中，我們通過對現(xiàn)有工藝進行潛力挖掘和突破常規(guī)的綜合運用，保證了勘察工作的順利進行。

4.1減少潮差影響的措施

（1）建立潮汐水位觀測站，派專人觀測記錄海水位，使用對講機或無線電話在起、下鉆時即時通報水位，以便準確計算，消除潮差對層位判斷的影響。

（2）鉆探船定位后，首先下保護套管。下保護套管目的是導向定位，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，可采用保護繩把管柱下部拉住，使其垂直，保護繩采用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）套管接近孔口處應用0.2～1.2m的短管連接，便于因水位漲落隨時接卸，減少潮差對施工時間的限制，同時減輕工人勞動強度。保持套管口高于機臺面0.2～0.4m。

4.2多層套管跟管鉆進

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，直接影響施工進度及質(zhì)量，應多層套管跟管鉆進，多套管級配為Φ146、127、108mm（保護套管為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計允許的最小口徑（Φ91mm）鉆具鉆進，使之跟管施工至穩(wěn)定層面。多套管設置分擔單層管的管壁阻力，使跟管、拔管能順利進行。

4.3多種取心工藝的綜合應用

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

（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，易被擾動。鉆進時應采用薄壁取土器，用立軸液壓壓入，回次進尺控制在0.5～1.0m；套管能自動跟進，但要控制其超前量，以免影響取原狀土樣。

（2）砂層采用活頁、半活頁鉆頭取心，其取心率能夠達到75%以上。

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

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

（5）強、弱風化層采用干鉆或投卡取心，其取心率能夠達到85%以上。

（6）微風化層采用投卡取心，其取心率能夠達到90%以上。

5安全措施

（1）鉆探船應設有施工作業(yè)標志的旗幟及信號燈，錨頭上應拴撈繩，撈繩長度大于水深1～2m，其尾部拴系浮筒、旗幟或信號燈，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)電機照明，防止作業(yè)人員不慎落水。

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

（4）密切關(guān)注氣象、水文預報，委派專人按時收聽天氣預報，遇暴風雨船只擺動劇烈時，應迅速停鉆并提出孔內(nèi)鉆具，移開活動墊板將套管撤出，鉆探船開回避風港灣。

6工程實例

在泉州灣跨海大橋勘察中，泉州灣屬亞熱帶海洋季風氣候，雨季多集中5～9 月，降雨量為1200～1300mm，臺風多集中7～9 月，潮汐屬規(guī)則半日潮流。根據(jù)當?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 個鉆探施工平臺，自備動力，6只交通船，人員安排分工明確，各負其責，相互配合，保證了施工的順利進行。共完成鉆孔83 個，孔深14.5～23.5m，鉆探總進尺3123m，巖芯采取率在堅硬完整的巖層中大于85%，在強風化、 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

實踐證明，按上述方法和技術(shù)措施在淺海水域進行鉆探，操作簡便，安全高效，既能節(jié)省租船費用，又能提高鉆探精度。這是借鑒前人的經(jīng)驗和教訓，對現(xiàn)有設備、工藝進行大膽改裝和綜合利用的有效嘗試，對類似的工程具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]劉廣志. 特種鉆探工藝學[M]. 武漢： 中國地質(zhì)大學出版社，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)綜合勘察報告 廣東核力工程勘察院，2010.10.