王勇剛, 孫紅林, 胡志新, 王義紅, 呂偉偉

(1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北 武漢 430063; 2. 水下隧道技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,湖北 武漢 430063; 3. 陜西太合智能鉆探有限公司, 陜西 西安 710000)

0 引言

在工程勘察領(lǐng)域,現(xiàn)階段最為直觀和可靠的方式是: 通過地面豎向鉆探對地表以下一定范圍內(nèi)的土樣和巖芯進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)的測試,在孔內(nèi)輔以1種或幾種物探手段,兩者相互印證,從而揭示工程場地的地質(zhì)條件。豎向鉆探作為一種成熟的技術(shù)手段,已經(jīng)形成了一系列規(guī)范和綜合勘察體系。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長,工程建設(shè)規(guī)模和數(shù)量不斷提高,建設(shè)環(huán)境日趨復(fù)雜,建設(shè)區(qū)域遍布空間擁擠、交通阻塞的城市,地勢險要、人煙罕至的深山等; 同時,工程建設(shè)的安全化程度、對勘察工作的精細(xì)化要求也在不斷提高[1]。工程建設(shè)要以工程地質(zhì)勘察為前提,對于建筑密集、交通繁忙、管線密布的復(fù)雜城區(qū),通航環(huán)境復(fù)雜的水(海)域,高落差的復(fù)雜陡峻山區(qū),或地層結(jié)構(gòu)陡傾多變、巖溶發(fā)育、受陡傾構(gòu)造控制的工程地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域,傳統(tǒng)的豎向勘探技術(shù)受地面環(huán)境因素或自身工藝制約而無法實(shí)施或存在精度低的問題,無法滿足精細(xì)化勘探和現(xiàn)有規(guī)范規(guī)程的要求,導(dǎo)致工程地質(zhì)情況探察不清,設(shè)計(jì)與實(shí)際地質(zhì)情況有一定差距,影響工程建設(shè)和運(yùn)營安全[2]。針對上述情況,工程勘察行業(yè)引入了定向鉆進(jìn)技術(shù),發(fā)揮其鉆孔軌跡可控、鉆進(jìn)距離長、施工現(xiàn)場布置靈活等優(yōu)勢,以解決工程勘察所遇到的施工場地空間極其受限的問題[3-4]。

在高峻陡峭、劇烈起伏山嶺地段的超長超深隧道,目前已有項(xiàng)目采用水平、俯斜、仰斜定向鉆探來揭示隧道洞身地質(zhì)情況[5-6]。在建筑密集、交通繁忙、管線密布的復(fù)雜城區(qū),也進(jìn)行了一些定向勘探方面的工作。例如: 徐州軌道交通1號線工程地質(zhì)勘察中采用水平定向孔結(jié)合綜合測井查明盾構(gòu)區(qū)間巖溶發(fā)育情況[7]; 廣州地鐵7號線工程地質(zhì)勘察中采用定向鉆連續(xù)取芯方案查明隧道結(jié)構(gòu)穿越瘦狗嶺斷裂的地質(zhì)特征[8]。但對于復(fù)雜的工程地質(zhì)問題,采用開設(shè)數(shù)條分支鉆孔的方式進(jìn)行精準(zhǔn)探測,還鮮有嘗試。

本文在廣州至廣州南的鐵路隧道地質(zhì)勘察中采用可控軌跡的多分支定向鉆探技術(shù),通過鉆孔取芯與孔內(nèi)測試手段,詳細(xì)查明隧址區(qū)工程地質(zhì)條件,為隧道的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、施工提供前提條件。

1 定向鉆探技術(shù)

根據(jù)軌跡設(shè)計(jì)要求,使用造斜工具,不斷控制鉆頭前進(jìn)方向,并將鉆孔逐漸延伸至預(yù)定目標(biāo)的鉆進(jìn)方法稱為可控軌跡定向鉆探技術(shù)。該技術(shù)也可以與其他鉆探技術(shù)相結(jié)合,如鉆探取芯技術(shù)、隨鉆測量技術(shù)以及綜合測井技術(shù)。多種技術(shù)結(jié)合使探察鉆孔軌跡線附近一定范圍內(nèi)的工程地質(zhì)情況成為可能,并成為了一種新的工程地質(zhì)勘察方法。在地質(zhì)條件特別復(fù)雜、地層結(jié)構(gòu)變化頻繁、近垂向構(gòu)造發(fā)育時,可沿地下工程的特定位置布設(shè)2條或數(shù)條定向勘察孔,或者實(shí)施數(shù)條分支鉆孔,精準(zhǔn)揭示沿地下工程軸線方向詳細(xì)的線狀地質(zhì)條件,滿足地質(zhì)資料準(zhǔn)確可靠的要求。

1.1 定向鉆探鉆進(jìn)原理

定向鉆探裝備包括定向鉆機(jī)、測量系統(tǒng)、沖洗液循環(huán)裝置、螺桿鉆具、鉆桿鉆頭等。其中螺桿鉆具是定向鉆區(qū)別于豎向鉆最重要的部件,其詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。

1—旁通閥; 2—鉆具外殼; 3—螺桿馬達(dá); 4—萬向軸; 5—傳動軸; 6—馬達(dá)外殼; 7—定子(橡膠襯套); 8—轉(zhuǎn)子。

螺桿鉆具最關(guān)鍵的部件是螺桿馬達(dá),由2個表面帶有螺旋齒和槽的定子和轉(zhuǎn)子組成。當(dāng)高壓液體進(jìn)入定子與轉(zhuǎn)子之間的空腔時,產(chǎn)生的不均衡壓差迫使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),將沖洗液壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,通過萬向軸驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn),從而達(dá)到回轉(zhuǎn)切屑破碎巖體的目的。

1.2 定向鉆探工藝

在軌跡較為復(fù)雜的定向鉆進(jìn)中,一般需要采用復(fù)合鉆進(jìn)的方法,比純滑動的鉆進(jìn)效率更高。滑動鉆進(jìn)時高壓沖洗液驅(qū)動螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)動,鉆機(jī)動力頭和鉆桿不回轉(zhuǎn),鉆孔沿螺桿馬達(dá)工具面穩(wěn)定向前滑動; 滑動鉆進(jìn)具有鉆孔軌跡平滑性差、排渣能力弱、鉆進(jìn)阻力大的特點(diǎn)。采用復(fù)合鉆進(jìn)時,螺桿馬達(dá)在帶動鉆頭轉(zhuǎn)動的同時鉆桿鉆具也一起回轉(zhuǎn),達(dá)到滑動造斜和回轉(zhuǎn)穩(wěn)斜的效果;復(fù)合鉆進(jìn)具有碎巖和出渣能力強(qiáng)、鉆進(jìn)阻力小、鉆壓傳遞效率高、孔壁更光滑、鉆進(jìn)效率高的特點(diǎn)[9-10]。

1.3 定向鉆探取芯技術(shù)

取芯是工程地質(zhì)勘察對鉆探工作的一項(xiàng)基本要求。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,根據(jù)鉆進(jìn)效率與取芯效果的不同,定向鉆探取芯技術(shù)主要可分為2種: 提鉆取芯和繩索取芯。

提鉆取芯是取芯鉆探最早采用的方法,鉆具結(jié)構(gòu)和鉆探工藝相對簡單,可靠性高,便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制,可在曲線段取芯。但提鉆取芯也存在輔助作業(yè)時間長、鉆探效率低的缺點(diǎn),在反復(fù)提放過程中會對孔壁穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不良、巖體破碎時,上部孔壁巖層易掉落孔底,極易造成卡鉆等孔內(nèi)事故,影響取芯的質(zhì)量[11]。

繩索取芯主要適用于定向近直孔段。在定向鉆進(jìn)過程中,當(dāng)鉆桿內(nèi)的巖芯管被巖芯充滿,不用將孔內(nèi)鉆桿提升至鉆孔地表,可以直接借助巖芯鉆探專用打撈器將巖芯管提取到地面。因此,繩索取芯的效率比提鉆取芯高,目前在地質(zhì)巖芯鉆探行業(yè)內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用[12-13]。

1.4 分支孔技術(shù)

如果遇到地質(zhì)條件特別復(fù)雜、地層結(jié)構(gòu)變化頻繁的孔段,可在定向鉆主孔的基礎(chǔ)上,選擇在地層相對穩(wěn)定的部位開設(shè)分支鉆孔,分支鉆孔可設(shè)定為上翹或下彎或者兩者均采用。為減小鉆具在多次彎曲時產(chǎn)生的摩阻力,在設(shè)計(jì)分支鉆孔時,應(yīng)使軌跡盡可能平滑。

1.5 鉆孔軌跡控制與隨鉆測量技術(shù)

隨著人們對鉆探工藝要求的提高,鉆孔軌跡控制技術(shù)也越來越重要,其主要方法是: 通過隨鉆測量儀實(shí)時監(jiān)測鉆孔傾角、方位角、孔深等參數(shù),再與設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行對比,通過調(diào)整螺桿鉆具的工具面角使鉆孔按照預(yù)定軌跡延伸。

1.6 綜合測井技術(shù)

在工程地質(zhì)勘察方面,綜合測井技術(shù)主要用于圍巖級別的劃分、裂隙破碎帶的判識、地溫測試、放射性測試以及含水層的判斷等。根據(jù)工程需要,可用鉆桿將測井儀器送入指定位置,全孔或間隔測試孔內(nèi)聲波波速、電阻率、自然伽馬、井溫等,與采取的巖芯綜合分析,可更好地解決復(fù)雜的工程地質(zhì)問題。

2 應(yīng)用工程概況

2.1 工程概況

廣州至廣州南鐵路設(shè)計(jì)速度為200 km/h,起自廣茂鐵路五眼橋線路所,終至廣州南站。除兩端接線工程外,線路全部采用地下敷設(shè)方式通過,為1座長約13 km的隧道,并設(shè)2處豎井,最大埋深為65 m,洞身大部分位于弱風(fēng)化基巖內(nèi),擬采用盾構(gòu)法施工。

2.2 工程地質(zhì)條件

沿線屬珠江三角洲沖積平原區(qū),地形相對平坦、開闊,大部分被開墾為民宅、村舍、廠房,交通便利,沿線房屋密集,地表淺層管線密布。沿線地表全部被第四系沉積物所覆蓋,主要為人工填土,全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)軟—硬塑粉質(zhì)黏土、黏土,局部夾透鏡狀砂層,零星出露流—軟塑狀淤泥、淤泥質(zhì)黏土,第四系地層厚5～11 m。下伏基巖為白堊系(K)泥巖、砂巖及鈣質(zhì)砂巖,偶見泥灰?guī)r。

線位大部分位于房屋密集的城市區(qū)域,特別是DK6+600～DK7+200段,地表左右側(cè)400 m范圍內(nèi)遍布住宅、學(xué)校、道路,不具備地面豎向鉆探的實(shí)施條件(見圖2),因此采用地面定向鉆方案進(jìn)行工程地質(zhì)勘探。

圖2 DK6+600～DK7+200段勘察范圍平面示意圖

3 定向鉆孔設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

3.1 鉆孔軌跡設(shè)計(jì)

鉆孔軌跡設(shè)計(jì)之前,需要先確定可用于現(xiàn)場施工的場地,不危及周邊建筑物基礎(chǔ),遠(yuǎn)離地下管網(wǎng),有足夠平坦開闊的空間用于鉆機(jī)擺放、沖洗液循環(huán)、工具材料堆放,并盡量減小鉆孔平面彎曲。本段隧道軸線方位角為332.25°,定向孔需沿隧道軸線在距離洞底下方1 m位置定向延伸。選取地平面開孔點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),平行隧道軸線方向?yàn)閄軸,垂直隧道軸線方向?yàn)閅軸,豎直向下方向?yàn)閆軸。采用均角全距法,考慮鉆機(jī)設(shè)備、鉆桿或鉆具所確定的彎曲強(qiáng)度,同時滿足孔內(nèi)物探測試、芯樣物理力學(xué)性質(zhì)測試的最小直徑要求,再進(jìn)行鉆孔軌跡設(shè)計(jì)。定向鉆孔平面投影、縱剖面分別見圖3和圖4。

圖3 定向鉆孔平面投影圖(單位: m)

圖4 定向鉆孔縱剖面圖(單位: m)

如圖3和圖4所示,定向孔開孔位于O點(diǎn),孔徑153 mm,開孔傾角為-20°,方位角為326°,OA為斜直孔段;AB段孔徑為110 mm,在兩平面內(nèi)造斜,水平方向彎曲強(qiáng)度為1°/6 m,豎直方向彎曲強(qiáng)度為1°/6 m;BC段孔徑為110 mm,僅在豎直方向造斜,彎曲強(qiáng)度為1.5°/6 m。分支孔1直徑為110 mm,D點(diǎn)孔深為228 m,為分支孔1造斜起點(diǎn);DI段為分支孔1造斜段,僅豎直方向彎曲,強(qiáng)度為1.5°/6 m;IE為分支孔1直孔段。分支孔2直徑為110 mm,F點(diǎn)孔深為366 m,為分支孔2造斜起點(diǎn);FJ段為分支孔2造斜段,僅豎直方向彎曲,強(qiáng)度為1.5°/6 m;JG為分支孔2直孔段。

設(shè)計(jì)鉆孔總長960 m。其中,主孔長630 m,2個分支孔長330 m。

3.2 鉆孔工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目所處環(huán)境,設(shè)計(jì)鉆孔深度、結(jié)構(gòu),以及地質(zhì)勘察的需求,選用ZYL-7000D型履帶式全液壓定向鉆機(jī),配置相關(guān)配套設(shè)備,見表1。在定向鉆進(jìn)的各階段采用不同的鉆具組合(見表2),以減少鉆探難度,提高巖芯采取率。

表1 定向鉆機(jī)及輔助設(shè)備

表2 鉆具組合表

3.3 定向鉆工程地質(zhì)勘探技術(shù)要求

為使定向鉆進(jìn)成果滿足工程地質(zhì)勘察的精度要求,在鉆探過程中應(yīng)按如下技術(shù)要求執(zhí)行。

1)開孔高度允許偏差±30 mm,角度允許偏差±0.5°,方位角允許偏差±0.5°。

2)采用鉆孔軌跡隨鉆測量控制技術(shù),鉆進(jìn)過程每次進(jìn)行1次孔斜角和方位角的測量與校正,孔斜角、方位角的測量精度分別為±0.1°和±0.3°。

3)實(shí)際鉆孔軌跡需滿足精度要求,適時采用糾偏技術(shù),鉆孔軌跡偏離度應(yīng)控制在0.5°/100 m以內(nèi),空間方向終孔偏距控制在1 m以內(nèi)。

4)沿洞身方向每隔15～30 m取1組巖芯;巖面變化較大地段采取加密取芯或全孔段取芯的方式。

4 現(xiàn)場實(shí)施及工效分析

4.1 現(xiàn)場實(shí)施

4.1.1 場地要求

本項(xiàng)目場地尺寸為8 m×6 m(長×寬),采用混凝土找平硬化,坡度-10°,設(shè)置供排水系統(tǒng),采用柴油機(jī)自發(fā)電。

4.1.2 鉆探施工

按照設(shè)計(jì)好的平面位置、高程、開孔方位角、傾角確定鉆機(jī)位置,并將支撐柱牢固固定。

場地表層為第四系地層,開孔采用φ110 mm鉆頭加φ73 mm通纜鉆桿,初始階段采用低壓力、小泵量回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),根據(jù)孔內(nèi)返渣情況適當(dāng)增加推進(jìn)壓力及泵量,直至鉆進(jìn)77 m較完整基巖處停止鉆進(jìn)。反復(fù)洗孔后更換φ95 mm擴(kuò)孔鉆桿、φ110/153 mm擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。定向鉆進(jìn)過程中保持鉆壓為15～30 kN、泵量為240～280 L/min、泵壓為3～4 MPa。

定向鉆成孔順序?yàn)橹骺住种Э?—主孔—分支孔2—主孔。分支孔1施工完成后,將鉆具、鉆桿回退至主孔預(yù)開的分支孔1,通過鉆機(jī)動力頭調(diào)整造斜鉆具高邊方向,采用低速磨削滑動定向鉆進(jìn)工藝,使鉆孔軌跡沿鉆孔主軸近水平延伸,于主孔366 m處再開設(shè)分支孔2,重復(fù)上述過程,最終完成主孔施工。

本項(xiàng)目在地面開孔后,需經(jīng)過約180 m造斜進(jìn)入近水平段,且鉆進(jìn)過程需再次造斜進(jìn)入分支孔,鉆孔軌跡整體存在較大弧度、狗腿,不滿足繩索取芯工藝技術(shù)要求,因而本次采用提鉆取芯的方法。

根據(jù)前期初勘地質(zhì)資料,定向鉆孔0～30 m為第四系地層;30～77 m為全—強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、砂巖、砂礫巖地層,巖體破碎,軌跡設(shè)計(jì)為斜直孔,本段采用單動雙管復(fù)合片鉆進(jìn)取芯方式,可最大限度地保證巖芯的完整性和原狀性。

孔深77 m以上為弱風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、砂巖、砂礫巖地層。采用單動雙管取芯工具串取芯時,在重力作用下,內(nèi)巖芯筒與取芯工具的外筒內(nèi)壁始終處于接觸、摩擦狀態(tài)。由于外筒壁較薄,取芯數(shù)次后,絲扣連接處磨損嚴(yán)重,故在實(shí)施過程中將取芯方式調(diào)整為單管取芯。但常規(guī)取芯的鉆頭內(nèi)臺階無錐度,單管取芯時不易卡斷巖芯,卡簧磨損過快。因此,通過對鉆頭進(jìn)行二次加工,在鉆頭內(nèi)壁車出內(nèi)臺階錐度,巖芯帶動卡簧下行并被卡于內(nèi)臺價處,大幅提高了巖芯采取率。本段巖體較完整,孔壁相對穩(wěn)定,但孔身結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,小S型拐彎多,為確?？變?nèi)安全,減少鉆桿疲勞及磨損,采用0°螺桿鉆具+巖芯管+φ110 mm復(fù)合片取芯鉆頭+卡簧組合的方式,沿洞身方向每隔10～15 m取1組巖芯。本項(xiàng)目共采取巖芯45次,累計(jì)取芯長度45.3 m,土層取芯率達(dá)到90%,巖層取芯率達(dá)到95%。典型巖芯照片見圖5。

(a) 第四系地層巖芯

4.1.3 鉆孔軌跡對比

鉆孔軌跡采用隨鉆測量裝置,鉆進(jìn)過程中每3 m采集1次數(shù)據(jù);完成鉆孔后,鉆桿回退時于相同位置再采集1次數(shù)據(jù),將2次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。以開孔點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,將實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對比,代表性點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)見表3。

表3 實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)對比表

由表3可以看出,軌跡偏移量基本控制在0.7 m誤差范圍以內(nèi)。分支孔2深510 m處軌跡偏移較大,為分支孔2的末端,原因是司鉆人員操作失誤、復(fù)位失敗,導(dǎo)致后續(xù)定向時彎螺桿工具面向角調(diào)整錯誤,鉆進(jìn)時彎頭沒有按照司鉆人員意圖鉆進(jìn),軌跡偏移增大。

4.1.4 物探測試

為查明隧道洞身一定范圍內(nèi)的圍巖完整性,劃分圍巖級別,在孔內(nèi)進(jìn)行聲波、電法物探測試,測定巖體縱波波速,圈定裂隙破碎帶范圍。探測采用聲波電法一體化測井儀、1個探頭(發(fā)射器)加8個接收裝置(復(fù)合傳感器),1次測量同時采集波速信號和電阻率數(shù)據(jù)?？變?nèi)物探設(shè)備及線纜布設(shè)見圖6。

圖6 孔內(nèi)物探設(shè)備及線纜布設(shè)示意圖

鉆孔完成后,將φ95 mm擴(kuò)孔鉆桿(中空)下放至孔底附近,預(yù)留3～5 m裸孔;探頭及傳感器采用數(shù)據(jù)線纜與地面接收裝置連接,兩端固定推送活塞裝置,將數(shù)據(jù)線纜從孔口穿過密閉三通閥。以高壓水作為動力,將探頭及傳感器、推送活塞逐步推出鉆桿至裸孔段。之后緩慢將鉆桿從孔口提出,每節(jié)鉆桿均從整根數(shù)據(jù)線纜尾端取下,然后回拉數(shù)據(jù)線纜帶動探頭及傳感器回退,連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

本項(xiàng)目電法供電時間0.5 s,采樣時間間隔0.05 s,地震參數(shù)采樣間隔50 kHz。探頭每回退0.5 m測試1次,如此重復(fù),直至測試完畢,共采集1 069個測點(diǎn)。

本次定向鉆總共布設(shè)聲波、電法測井測線610 m,其中533 m處于無鋼套管的裸孔中,靠近孔口的77 m位于護(hù)孔的鋼套管內(nèi)部。因鋼套管對聲波與電法信號存在干擾,嚴(yán)重影響測試數(shù)據(jù)質(zhì)量,故本次有效測試數(shù)據(jù)為裸孔中533 m測線的測試數(shù)據(jù)。部分孔段物探測試波形如圖7所示。

圖7 孔內(nèi)綜合物探波形圖

從鉆孔電阻率、波速測井曲線綜合分析判斷,鉆孔測試段內(nèi)聲波速度總體分布在1 850 ～2 250 m/s,整體相對穩(wěn)定,變化幅值相對較小,表明測試段內(nèi)巖性相對完整。235～309 m、488～527 m等位置處電阻率值相對較低,結(jié)合鉆探取芯資料分析,推測為巖體較破碎,裂隙充水充泥所致。

4.2 工效分析

本項(xiàng)目定向鉆于2021年10月17日開孔,2021年12月11日終孔,鉆進(jìn)總時長56 d,有效鉆進(jìn)時長44 d。其中,純鉆時長339.5 h,純鉆率32.15%;輔助時長619.5 h,輔助率58.66%;機(jī)故時間23 h,機(jī)故率2.18%;其他停待時間74 h。輔助時間主要用于提鉆取芯,重復(fù)下鉆桿的時間。從以上數(shù)據(jù)可以看出,提鉆取芯花費(fèi)時間約占總時長的60%,提高取芯效率可以大幅度提高可控軌跡鉆探地質(zhì)勘察的效率。

5 結(jié)論與討論

本文基于在廣州城區(qū)成功實(shí)施的主孔660 m+分支孔330 m可控軌跡鉆探工作,輔以取芯及物探測試,獲取了地層信息及隧道設(shè)計(jì)參數(shù),解決了復(fù)雜城市環(huán)境勘察難題,其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面。

1)可沿隧道洞身進(jìn)行連續(xù)“線狀”精準(zhǔn)勘探。即采用鉆孔軌跡控制技術(shù)使鉆孔沿隧道設(shè)計(jì)軸線連續(xù)精準(zhǔn)鉆進(jìn),將垂直孔“點(diǎn)”勘察,優(yōu)化為水平孔“線”勘察,提高勘探成果的利用率。

2)分支技術(shù)可對重大的工程地質(zhì)問題進(jìn)行精準(zhǔn)探測。借助定向鉆軌跡可控的優(yōu)勢,對于地質(zhì)情況不明或存在重大工程地質(zhì)問題的區(qū)域,采用分支孔技術(shù),從主孔開設(shè)分支孔到達(dá)指定區(qū)域,實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)位置地質(zhì)情況的精準(zhǔn)探測。

3)根據(jù)地層變化情況,動態(tài)調(diào)整取芯密度。采用取芯技術(shù),可對節(jié)理、構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行精確刻畫,對巖芯進(jìn)行基本物理力學(xué)測試后,可詳細(xì)分析沿線地層的特性,并提供準(zhǔn)確的巖性參數(shù)。在基巖變化較大地段加密取芯,變化不大地段適當(dāng)減少取芯。

4)實(shí)時監(jiān)測鉆進(jìn)參數(shù),及時了解地層變化。對于不同的鉆進(jìn)地層,鉆機(jī)設(shè)備所表現(xiàn)出的鉆進(jìn)參數(shù)不同,因此,鉆進(jìn)數(shù)據(jù)可概化為粗略反映地層物理力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)。對定向鉆進(jìn)過程中的設(shè)備鉆進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,通過參數(shù)反演實(shí)時粗略掌握鉆進(jìn)地層的性質(zhì),及時了解地層變化,提高工作效率,達(dá)到精細(xì)化勘探的目的。

5)物探與鉆探的相互驗(yàn)證。定向鉆探技術(shù)的探測手段包括鉆探和物探2種,通過對2種探測技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究,整合物探與鉆探結(jié)果,利用鉆探成果對物探資料開展精細(xì)解譯工作,實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)勘探過程中鉆探物探技術(shù)一體化探測,進(jìn)一步提高工程地質(zhì)勘探結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

但是,受限于設(shè)備、材料、工藝等方面的制約,可控軌跡鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用還存在很大的改進(jìn)空間。

1)由于可控軌跡鉆探存在較大的曲率變化,無法采用繩索取芯;當(dāng)采用提鉆取芯時,需頻繁起下鉆,在鉆桿遭受嚴(yán)重磨損的同時,鉆探工效大幅降低。因此,針對工程地質(zhì)勘察的特定需求,需在鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)工藝方面進(jìn)行研究改進(jìn),提高取芯效率。

2)物探設(shè)備需要向小型化、自動化、隨鉆可測可視化方向發(fā)展,并且隨鉆測試需要將多種物探手段和技術(shù)融合,實(shí)施一體化探測。