苏州马环连接线强风化安山玢岩地质勘察钻探技术
张锦逾;孙卫东
【摘 要】强风化岩体裂隙节理发育,风化程度不均,岩石强度软弱不均,为提高钻进效率,改常规的复合片钻头为孕镶金刚石钻头,使钻进时以研磨岩石方式改为切削岩石方式;为提高岩心采取率,保护取心钻具内强风化岩心及防止钻具内岩心段间相互研磨,改单管钻具为单动双管钻具,采用相对优质泥浆进行护壁,预防钻进及提下钻时的卡钻. 【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》
【年(卷),期】2018(045)004
导电布双面胶【总页数】4页(P46-49)
【关键词】地质勘察;钻探技术;强风化岩层;钻头;取心钻具;岩心采取率;探头石;卡钻;泥浆护壁 【作 者】张锦逾;孙卫东
睫毛器
【作者单位】江苏苏州地质工程勘察院,江苏 苏州 215129;江苏苏州地质工程勘察院,江苏 苏州 215129
【正文语种】中 文
【中图分类】P634
备长炭粉苏州高新区境内G312国道，北起绕城高速通安出口、南至中环西线北段高架桥间，因地面路段有东西向的真山路、苏钢桥路、真运路和真武路四路口，交通经常拥堵。苏高新交通局拟采用高架桥跨越路口。拟建高架桥全长约1.75 km，跨径27～55 m，属特大桥；设计采用Ø1500 mm灌注桩，最大单桩承载力特征值8000 kN。项目于2017年11月18日—12月8日进行野外工程地质勘察工作。
1 场地地貌、工程地质条件及安山玢岩亚层的岩性特征
1.1 地形地貌
工程位于苏州高新区，北起绕城高速通安出口、南至中环西线北段高架桥间，场地为长江
三角洲太湖流域冲湖积平原及低山丘陵地带，属丘陵平原区，勘察点高程4.32～6.76 m，地形总体较平坦。
1.2 工程地质条件
场地揭露的岩土层按时代成因分为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物及燕山期火成岩、岩脉及其风化剥蚀层组成。
1.3 安山玢岩层的岩性特征
场地燕山期火成岩为安山玢岩。按设计要求，勘察需钻穿全风化—强风化安山玢岩层，并进入中风化安山玢岩层深度>5 m。插板闸门
据钻探揭示，安山玢岩层的岩性特征如下。
(1)全风化安山玢岩：棕红、灰白，密实，原结构已完全破坏，母岩成分主要为石英、长石，长石已变质为绢云母及高岭土。
(2)强风化安山玢岩：棕红、灰—青灰，风化作用强烈，含斜长石斑晶，岩心呈短柱状
或碎块状(见图1)，长度在5～10 cm，裂隙节理发育，期间充填粘性土。岩石饱和单轴抗压强度范围值为2.32～10.68 MPa，平均值为5.52 MPa，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级，层厚1.0～29.4 m。
(3)中风化安山玢岩：灰—青灰，主要成分为长石、角闪石，斑晶结构，块状构造，岩心呈长柱状，强度大。岩石饱和单轴抗压强度范围值为7.92～65.24MPa，平均值14.76MPa，一般为软岩—较软岩，局部为较硬岩、坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，揭示层厚>5.0 m。
图1 强风化安山玢岩
2 使用的设备、钻头、冲洗液及取心钻具
分子筛膜
(1)设备：投入GXY-1型步履钻机、BW-160B型泥浆泵11台套。
(2)钻头：复合片钻头、合金钻头及孕镶金刚石钻头。
(3)冲洗液：土层钻进时采用自然造浆冲洗液；安山玢岩层钻进时采用膨润土+Na-CMC+水配制的冲洗液。
(4)取心钻具：土层钻进时采用单管钻具；安山玢岩层钻进时采用单管钻具或单动双管钻具。
3 强风化岩层钻进存在的问题及分析和处理
3.1 钻进时存在的问题
刚进场勘察时，自上而下首先采用复合片钻头分别钻穿路面沥青层、路基二灰砼层和填土层后下护壁套管；然后采用合金钻头，在第四系全新世至早更新世疏松沉积物层中钻进与取样至钻穿；再采用复合片钻头及单管钻具，在全风化—强风化安山玢岩层中钻进与取样；最后采用孕镶金刚石钻头及单管钻具，在中风化安山玢岩层中钻进与取样至终孔。
实际钻进过程中，在上部疏松沉积层、安山玢岩的全风化与中风化层钻进时都比较顺利，所取的岩土样均能满足工程地质勘察要求；但在强风化安山玢岩层中钻进时，遇到一些问题，主要体现在以下几个方面。
3.1.1 复合片钻头施工时钻进效率低
因强风化安山玢岩裂隙节理发育，钻进时易破碎，按常规选用复合片钻头对其进行钻进。结果为一个钻头可钻进70～80 m，钻头寿命满足要求，但小时进尺仅为0.5～0.6 m，钻进效率偏低，影响了施工进度及机台的经济效益。
3.1.2 选用单管钻具取心，岩心采取率低
在强风化安山玢岩中采用金刚石钻头、单管钻具、自然造浆冲洗液钻进时，每钻进1.5～2.0 m，钻具内仅取到2～3块长度5～10 cm的岩心或碎石块，岩心采取率很低，满足不了岩土工程勘察要求(岩心采取率>65%)，影响勘察质量，同时给野外编录带来很烦。
3.1.3 钻进及提下钻过程中卡钻
刚进场勘察时，对泥浆护壁不够重视，上部钻进土层时采用自然造浆形成的泥浆作为冲洗液钻进强风化安山玢岩层，结果先后有2个机台出现卡钻事故。当上下串动仍提不起钻具时，错误地采用钻机四角千斤顶来处理，但均未成功(其中一台钻机底座横梁都出现变形)，后从外面分别请来16 t吊车处理才成功提起钻杆(最大起吊力分别达到80和120 kN)。因卡钻事故，野外勘察工作受到严重影响。
3.2 原因分析及处理方案
针对上述钻进中遇到的钻进效率偏低、岩心采取率不高和提下钻及钻进时卡钻的问题，经对钻进强风化岩层岩性结构特征加以仔细分析，并从中寻处理方案。
3.2.1 复合片钻头钻进效率低的原因分析及处理方案
三自由度平台
据岩心测试，强风化安山玢岩的饱和单轴抗压强度范围值为2.32～10.68 MPa，平均值为5.52 MPa，该层属软硬不均的强风化层；从取出岩心端部残留有全风化岩层的情况，判定强风化安山玢岩的间隙中还夹有全风化岩层段。
实际钻进时，从核定小时进尺(同类型岩土层进尺长度与其钻进时间的比值，下同)上也反映出类似现象。当钻杆跳动剧烈时，钻进岩层的强度较高，核定小时进尺仅为0.4～0.5 m，钻进效率低；当钻杆相对平稳回转时，钻进岩土层强度较低，核定小时进尺为1.0～2.0 m，钻进效率高。综合上述两类强度岩石的钻进，小时进尺仅为0.5～0.6 m，综合钻进效率低。其主要原因在于复合片钻头在钻进强风化安山玢岩层中抗压强度值相对较高的软岩石块时造成的。
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