李亞煒

摘要：介紹了在南水北調洺河渡槽地質鉆探施工中，針對全、強風化砂巖層巖心采取率過低的問題所采用的綜合技術措施，有效地解決了巖心采取率過低的問題，施工中積累的經(jīng)驗可為類似工程提供一定的參考。

關鍵詞：洺河渡槽；植物膠；底噴鉆頭；采取率

1.地層巖性

洺河渡槽地處太行山與河北平原過渡地帶的低山丘陵區(qū)。建筑區(qū)上部覆蓋有第四系壤土、砂壤土、砂土、卵石，下伏二疊系石盒子組泥巖、砂巖。壤土：棕色，稍濕，可塑～硬塑。卵石：紫紅色、灰白色，主要成分為長石石英砂巖，次圓狀，最大直徑約300mm，含量50～80%，充填泥質或中粗砂。泥巖：多呈紫紅色，泥質結構，塊狀構造，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，全風化～微風化。砂巖：多呈紫色，粉細粒結構，泥質膠結，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，全風化～弱風化。

2.施工中存在的主要難題

在鉆探中發(fā)現(xiàn)的主要問題是全風化～強風化砂巖層巖心采取率低，尤其在靠近河道右岸，砂巖層軟、硬相互交替，巖心采取率僅30%～50%左右，遠遠不能滿足設計所提出的巖心采取率不低于85%的技術要求。

3.造成采取率過低的技術分析

3.1巖層特點分析

砂巖為粉細粒結構，泥質膠結，力學強度極低，屬極軟類巖石，且膠結成度不一，軟硬層相互交替。鉆進時進入到內(nèi)管的巖心容易被震碎，提鉆時內(nèi)管及卡簧夾持不住巖心，造成巖心采取率不足。

3.2鉆進工藝的影響

鉆具的選擇也對采取率有很大的影響。單層管鉆具的缺點是沖洗液沖刷整個巖心，在軟弱破碎巖層中使用時勢必造成對巖心的嚴重漏失。雙動雙管鉆具減少了沖洗液對巖心的沖刷，沖刷只發(fā)生在內(nèi)管底部和鉆頭一帶，可提高巖心采取率，但由于內(nèi)管轉動，巖心與內(nèi)管之間有摩擦扭力作用，巖心易受擾動，影響巖心采取率。單動雙管鉆具和繩索取芯鉆具則同時解決了沖刷和巖心隨內(nèi)管轉動磨損兩方面的問題。沖洗液從外管和內(nèi)管之間的空隙流入到鉆頭部位，不會對進入巖心管的巖心造成沖刷。由于內(nèi)管不隨鉆進轉動，因而進入內(nèi)管的巖心也減少了擾動，有利于保持巖心的原狀性，提高巖芯采取率。

3.3循環(huán)液的影響

采用繩索取心鉆具或單動雙管鉆具鉆進時，巖心進入內(nèi)管后雖然沖洗液不會再直接沖刷巖心，但在鉆頭部位赳取巖心時對松散的砂巖沖刷也會造成巖心采取率降低。

3.4鉆進參數(shù)的影響

沖洗液用量、泵壓、鉆機轉速、鉆壓等鉆進參數(shù)的選擇也會對巖心采取率造成一定的影響。

4.提高采取率所采用的技術措施

4.1鉆具的選擇

采用單動雙管鉆具鉆進，以減少巖心進入內(nèi)管后的擾動和破壞。由于巖心強度低易折斷破碎，為了提高巖心的完整性，施工中采用φ110mm大直徑單動雙管鉆具代替初期采用的φ75mm單動雙管鉆具，巖心直徑增大后，抗折性提高，巖心采取率和完整性明顯提高。

4.2循環(huán)液的選擇

利用SM植物膠漿液替代清水作為循環(huán)液，有效降低了清水對砂巖的沖刷。植物膠漿液能在巖樣表面形成堅韌的膠膜，可膠結包裹軟弱的巖心，使破碎、軟弱的巖心保持原狀結構，同時利用植物膠的潤滑作用又能減少鉆具震動，有利提高巖心采取率。施工中采用了純SM植物膠漿液和SM植物膠與膨潤土混合漿液兩種循環(huán)液，取心效果都比較好。具體配比如下：

（1）SM植物膠漿液

SM膠干粉（質量）：水（質量）=1：50

純堿加量為SM膠干粉質量的5%。

（2）SM植物膠和膨潤土混合漿液

SM膠干粉：膨潤土：水=1：100：250

4.3鉆頭的選擇

為防止鉆頭在赳取巖石時對未膠結和膠結差的砂巖的破壞，減少沖洗液在鉆頭部位對軟弱巖層的沖刷，選用了階梯形底噴硬質合金鉆頭鉆進，取得了很好的效果。鉆頭的特點是端部半徑小，內(nèi)保徑部分短，鉆頭底部切有“泄水孔”使大部分沖洗液直達鉆頭底部，在鉆進時既可達到冷卻、潤滑鉆頭作用，又能減少磨碎巖心和沖洗液沖壞巖心的危險。

4.4鉆進參數(shù)的選擇

（1）鉆機轉速

采用較低的轉速，減少對巖心的擾動。一般選用轉速為轉速400～600r/min。

（2）鉆壓

由于巖石強度低、膠結情況差，鉆壓不宜過高，采用3～7MPa。

（3）沖洗液量

在達到排粉、冷卻鉆頭、潤滑鉆具的前提下，盡可能采用小泵量，減少沖洗液對松散巖層的擾動，一般采用40～60L/min。

（4）回次進尺

根據(jù)巖石破碎、風化情況合理控制回次進尺，一般回次進尺0.5～1.0m左右。

5.取心效果對比

通過所采取的綜合技術措施，在南水北調洺河渡槽鉆探中巖心采取率取得了極大提高，對比指標見下表1。

6.結語

在復雜地層鉆探施工中影響巖心采取率高低的因素是多方面的，需要根據(jù)不同的工程地質情況具體分析，找出影響的原因以便采取正確的解決辦法。在南水北調洺河渡槽地質鉆探施工中采用單動雙管鉆具配合植物膠循環(huán)護壁取心等綜合施工工藝極大提高巖心采取率，有效地解決了砂巖強度低、破碎、膠結程度差、軟弱互層等因素造成巖心采取率過低的技術難題，同時也為在其它復雜地層提高取心率提供了一些思路。