孫禮健， 李金華

(中國能源建設(shè)集團 安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230601)

?

淺談背包式巖芯鉆機在山區(qū)風(fēng)電場勘察中的應(yīng)用

孫禮健， 李金華

(中國能源建設(shè)集團 安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230601)

山區(qū)風(fēng)電場地形起伏較大，場地地形復(fù)雜，高差變化大，有些場地傳統(tǒng)勘探設(shè)備無法到達，針對這種情況使用背包式巖芯鉆機來查清地質(zhì)情況。以安徽某兩處風(fēng)電場為背景，簡要分析了背包式巖芯鉆機在不同地層的施工工藝，得出了一些規(guī)律性認識, 以期為相似工程勘察提供參考。

背包式巖芯鉆機；風(fēng)電場；勘察

0 引 言

近年來，隨低風(fēng)速風(fēng)機技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)電發(fā)展迅速，尤其是山區(qū)風(fēng)電場居多[1-4]。山區(qū)風(fēng)電場地形起伏較大，場地地形復(fù)雜，高差變化大，風(fēng)機大部分沿山頂、山脊、山坡布置，有些場地傳統(tǒng)勘探設(shè)備無法到達，針對這種情況使用背包式巖芯鉆機來查清地層情況。本文簡要分析了背包式巖芯鉆機在不同地層的施工工藝，得出了一些規(guī)律性認識, 以期為相似工程勘察提供參考。

1 背包式巖芯鉆機簡介

背包式巖芯鉆機是一種主要適用于山嶺、交通和能源不便地區(qū)的小型輕便化取樣鉆孔設(shè)備。采用該鉆機取樣可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工挖掘、槽探和井探等。它不僅能加快取樣工作速度，而且能大量減少植被的破壞，保護環(huán)境,是淺層地質(zhì)勘察工作中不可缺少的技術(shù)手段[5-7]。

背包式巖芯鉆機攜帶方便，整套鉆機及相關(guān)配件裝入背包后，一套標(biāo)準(zhǔn)配備的紹爾便攜式鉆機及其附件的全部重量不超過18 kg，所有用于鉆孔和收集各種巖石樣本的工具都可裝在背包中，一個普通的成年男性或女性均可輕松負擔(dān)。另外，背包內(nèi)尚有充足的空間用于放置備用的燃料、飲用水及個人用品。背包式巖芯鉆機操作簡單，只要簡單地旋轉(zhuǎn)和推拉，無需額外的工具，即可連接或延伸整個裝置，易拆易裝。再加上巖芯取給器，可快速、徹底地取出巖芯以及巖芯碎片。圖1為背包式巖芯鉆機設(shè)備，圖2為現(xiàn)場勘探照片。

圖1 背包式巖芯鉆機設(shè)備

圖2 現(xiàn)場勘探照片

2 不同地層的施工工藝

與平原區(qū)勘察相比，山區(qū)地質(zhì)條件更為復(fù)雜，地層變化較大[8-11]。背包式巖芯鉆機在鉆進過程中應(yīng)根據(jù)不同的地層采用不同的施工工藝。

2.1 覆蓋層較薄堅硬巖地層

宿州蕭縣靈山48 MW風(fēng)電場工程風(fēng)機位于低山山頂、山脊和山坡上。地基巖土表層為厚度0～0.5 m碎石土，下伏寒武系中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等。由于基巖裸露，地層變化不大，一個風(fēng)機位布置一個勘探點，勘探點布置于各風(fēng)機位中心或稍偏中心。后經(jīng)背包式巖芯鉆機揭露，局部風(fēng)機位淺部地層存在小型溶蝕、溶洞。為準(zhǔn)確探明地層，采取了背包式巖芯鉆探取芯與高密度電法相結(jié)合的勘探方式?，F(xiàn)將背包式巖芯鉆機適合本地層的施工工藝闡述如下：

(1) 鉆進方法：選用兩水口金剛石鉆頭、直徑25.8 mm鉆具施工，盡量在完整巖石中開孔，開始時鉆機轉(zhuǎn)數(shù)控制在低速，等鉆進到完整基巖時方可提高轉(zhuǎn)速。鉆進前，應(yīng)將鉆具提離孔底2～5 cm，等轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，下入孔底逐步加壓。經(jīng)常檢查鉆頭外徑，如果磨損超過0.2 mm時，應(yīng)改用新鉆頭掃孔，防止因孔壁間隙過小而影響轉(zhuǎn)速。 鉆孔不返水又不影響正常鉆進，可采用打“點滴”的方法。隨著鉆孔的加深，鉆具加重，起下鉆時應(yīng)二人進行配合操作，以防鉆桿脫落造成孔內(nèi)事故。地層完整時進尺過慢可采用兩人加壓的方法。

(2) 取芯方法： 鉆進中突然出現(xiàn)憋鉆現(xiàn)象，鉆進阻力減小，巖芯可能被擰斷，需及時取芯。為增加采取率，回次終了，停止供水10 s左右，同時在孔底不加壓轉(zhuǎn)40～100圈左右，再取芯?？變?nèi)有殘留巖芯時下入取芯器，順時針轉(zhuǎn)至孔底，取芯。破碎風(fēng)化層取芯可采用無水鉆進法進行鉆進。圖3為巖芯照片。

圖3 巖芯照片

2.2 全風(fēng)化層較厚以及覆蓋層較厚軟巖地層

華能安徽懷寧風(fēng)電場(50 MW)一期工程局部風(fēng)機位地基巖土表層為厚度3.0～5.0 m全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，下伏侏羅系強-中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。局部風(fēng)機位地基巖土表層為厚度2.0～4.0 m粉質(zhì)黏土，下伏侏羅系強-中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。由于全風(fēng)化層厚以及覆蓋層厚變化較大，勘探點布置應(yīng)適當(dāng)加密，盡可能的準(zhǔn)確反映地層特點?，F(xiàn)將背包式巖芯鉆機適合本地層的施工工藝闡述如下：

(1) 鉆進方法：選用直徑36.5 mmPDC鉆頭、直徑36.5 mm鉆具施工。在該地層開孔，事先清理出便于操作的平臺，鉆機轉(zhuǎn)數(shù)控制在低速并輕壓，沖洗液量比正常鉆進的水量要稍大點，同時可適當(dāng)加入聚丙烯酰胺。鉆進完一根鉆桿，不提鉆，卸下異徑接頭，對上第二根套管，擰上異徑接頭進行鉆進，同樣原理直至套管鉆穿全風(fēng)化層、覆蓋層為止。由于施工中泵水量較大，巖芯基本被水沖刷,取芯困難。由于在鉆進過程中，全風(fēng)化層以及覆蓋層容易塌孔，可以往孔內(nèi)投入泥球或直接送膨潤土干粉，下入鉆具用少量沖洗液回轉(zhuǎn)攪拌，加大沖洗液粘度，增強鉆孔沖洗液的造漿護壁能力。鉆穿全風(fēng)化層、覆蓋層后卸掉異徑接頭，將直徑36.5 mm鉆具作為套管使用，改用直徑25.8 mm鉆具施工，鉆頭選用兩水口鉆頭，后續(xù)施工跟堅硬巖地層施工類似。在全風(fēng)化地層以及覆蓋層中鉆進，極易發(fā)生埋鉆事故，操作人員在鉆進時需要高度重視。若發(fā)生埋鉆，可以用直徑25.8 mm鉆具在事故鉆具周圍打2～3個同樣深的鉆孔，將事故鉆具取出。

(2) 取芯方法： 全風(fēng)化層、覆蓋層中，由于鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，巖土基本被磨碎，泵水量較大，巖芯基本被水沖刷,取芯困難，只能從巖粉中判斷巖性。鉆穿全風(fēng)化層、覆蓋層后，應(yīng)先停止送水，回轉(zhuǎn)并上下提動鉆具，利用孔內(nèi)的水進行冷卻鉆頭，直至孔內(nèi)巖芯管堵塞不進尺，便可停止鉆進，提鉆取芯。

3 結(jié)束語

(1) 山區(qū)風(fēng)電場風(fēng)機大部分沿山頂、山脊、山坡布置，有些場地傳統(tǒng)勘探設(shè)備無法到達，針對這種情況使用背包式巖芯鉆機來查清地層情況，背包式巖芯鉆機在鉆進過程中應(yīng)根據(jù)不同的地層采用不同的施工工藝。

(2) 山區(qū)風(fēng)電場地下條件復(fù)雜，為查清工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需因地制宜地采取合理方案，如采取了背包式巖芯鉆探取芯與高密度電法相結(jié)合的勘探方式。地層變化較大時，勘探點布置應(yīng)適當(dāng)加密，盡可能的準(zhǔn)確反映地層特點，必要時加強施工驗槽。

(3) 背包式巖芯鉆探取芯直徑一般在30 mm，無法做力學(xué)性質(zhì)試驗，只能通過工程經(jīng)驗提供設(shè)計、施工所需的巖土參數(shù)，確定地基承載力。

(4) 背包式巖芯鉆機需要水來冷卻鉆頭以及利用沖洗液將巖粉循環(huán)出孔外，而水必須要從山下通過人力抬到山上，消耗大量人力，如果能解決水循環(huán)利用問題，可起到事半功倍的效果。

[1] 斯陳東．山區(qū)風(fēng)電場風(fēng)機基礎(chǔ)設(shè)計[J]．工程與建設(shè)， 2015，29(5)：618～620．

[2] 張長存．山區(qū)風(fēng)電場的勘察要點與難點——以泰國某工程為例[J]．風(fēng)電場， 2012，12(73)：72～76．

[3] 陶鐵鈴．山區(qū)風(fēng)電場設(shè)計難點及對策[J]．人民長江， 2015，46(18)：618～620．

[4] 華錫江．淺談江西某風(fēng)電場風(fēng)電機基礎(chǔ)設(shè)計及其地基處理[J]．電力技術(shù)，2010，19(6)：64～66．

[5] 王新紅．單人背包式鉆機在電力工程勘察中的應(yīng)用[J]．山西建筑， 2014，40(8)：52～53．

[6] 戴勝生．背包式鉆機在山區(qū)輸電線路勘測中的應(yīng)用[J]．西部探礦工程， 2014，26(9)：37～38．

[7] 吳輝杰．背包式鉆機在輸電線路勘察中的應(yīng)用[J]．江西建材， 2015，38(20)：222．

[8] 郭小紅．高密度電法物探技術(shù)在某山區(qū)勘察中的應(yīng)用[J]．山西建筑， 2013，39(28)：49～50．

[9] 王 健．公路勘察設(shè)計新理念在山區(qū)公路設(shè)計中的應(yīng)用[J]．交通科技， 2015，270(3)：94～96．

[10] 翟運雄．山區(qū)場地巖土工程勘察要點[J]．西部探礦工程， 2006，109(2)：109～110．

[11] 劉彥彬．山區(qū)場地勘察及地基處理[J]．山西建筑， 2012，38(23)：75～76．

2016-05-09；修改日期：2016-05-12

孫禮健(1983-)，男，安徽巢湖人，碩士，中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院有限公司工程師．

TM614

A

1673-5781(2016)03-0314-03