钻掘工程在资源勘探上的应用，物探在岩土工程勘察中的应用

钻孔是指使用一定的设备、工具，即挖掘机破碎地坛岩石和土层，在地坛中形成直径小、深度大的钻孔(直径相对大的也叫钻孔)，通过取或不取岩芯来了解地层深部地质情况的过程

钻探是岩土工程勘察中应用最广泛的可靠勘探方法，与坑探、物探相比，钻探有其突出的优点。 它可以在多种环境下进行，不受地形、地质条件的限制。 可直接观察岩芯和采样，勘探精度高； 提供原位测试和监测工作，能最大限度地发挥综合效益； 勘探深度大，效率高。 因此，在不同类型、结构和规模的建筑物、不同勘察阶段、不同环境和工程地质条件下，部署勘探工作的区域一般需要采用这种勘探手段。 但钻井的缺点是人力资源消耗多，平面资料连续性差，钻井和取样技术难度大。

一.挖掘的目的和作用

地质钻探的目的和作用因调查阶段而异，综合起来有以下几点。

(1)查明建筑工地区地层岩性、岩层厚度变化情况，查明软弱岩土层性质、厚度、层数、产状和空间分布；

)掌握基岩风化带的深度、厚度、分布情况；

(3)揭示地层断裂带的位置、宽度和性质，揭示裂隙发育程度及其随深度的变化；

)4)明确地下含水层层数、深度及水文地质参数；

)5)钻孔灌浆、压水试验及土力学参数原位试验；

(6)钻孔长期观测地下水位或场地降水，保证场地岩(土)相关结构的稳定性(如处理基坑开挖时降水、滑坡等地质问题)。

二.我国岩土工程常用开挖方法和设备

1 .挖掘方法及适用性

我国岩土工程勘探常用的开挖方法是冲击开挖、旋转开挖、振动开挖和冲刷开挖； 按动力源分为人力和机械两种。 其中，机转钻井因钻井效率高、射孔深、可采集岩芯，在岩土工程钻井中应用最广泛。

钻孔冲击：利用钻头重力和下落过程中产生的冲击力使钻头撞击和破坏孔底岩土，达到在岩土层中钻探的目的。 包括冲击挖掘和锤击挖掘。 按使用工具可分为钻头冲击钻进和钢帘线冲击钻进。 对硬质岩土层(岩层或碎石土)一般采用全孔冲击钻进； 对于其他土层，一般是用钻头的冲击力切削圆筒形钻头的刀尖钻进土层。

旋转钻井：用底部焊接硬质合金的圆环形钻头钻井。 开挖时一般施加一定压力，使钻头在旋转过程中切入岩土层，达到开挖的目的。 该开挖包括基岩开挖、无基岩开挖、螺旋开挖，基岩开挖为孔底环形开挖，螺旋开挖为孔底全面开挖。

振动钻进：由机械动力产生的振动力，通过连接杆和钻头传递到钻头上。 由于振动力的作用，钻头可以更快地破碎岩土层，所以进入速度会变快。 该方法适用于土层中，特别是颗粒组成较细的土层中。

冲洗后钻进去。 一种利用高压水流冲击孔底土层，破坏结构，使土颗粒悬浮，最终随水流流出孔外的开挖方法。 由于是直接用水流冲刷，无法观察和鉴别土体的结构和其他相关特性。

上述四种方法各有特点，分别适应不同的勘察要求和岩土层性质，《规范》对常用几种钻井方法的适用范围作了明确规定，详见表3-2。

2 .挖掘设备

钻孔：用于下钻、连接采样器采集岩土样品、进行原位测试的主动钻孔。 位于钻柱顶部，上端连接水笼头，向孔内输送冲洗液。 主动钻截面尺寸大，卡盘夹持旋转方便，不易弯曲，其截面形状呈圆形、双向、四方、六方和双键槽形。 主动钻的长度应稍长于钻尺长度与转子通孔长度之和。 常用的长度为4.5m或6m，直径为42mm和50mm。 钻柱的连接方式有内、外丝的连接和焊接。

钻头：用于冲击或切削岩土体向下钻进。 有硬质合金、钢粒、金刚石三种类型。 硬质合金钻头适用于小于级沉积岩及部分变质岩、岩浆岩； 钢粒钻头应用于级坚硬地层； 金刚石钻头适用于级以上最硬岩层。 建议进入金刚石的终孔直径为46mm或59mm； 钢粒在91mm以上； 硬质合金钻进常用59mm、76mm和91mm钻头的终孔，用于煤系地层的不得小于76mm，用于无机盐勘探的不得小于91mm； 工程地质勘察的最终孔直径一般不小于110mm，井和工程施工的孔直径可达300~500mm以上。 确定终孔直径后，根据地层剖面找出需要加固的危险孔段，设计对应孔段下套管的直径和深度。

钢管：又称套管、岩芯管。 用于保护支撑孔壁的变形和倒塌。 为了降低生产成本，套筒尽量不要朝下或朝下。 有下列情况之一时，套筒必须朝下

)孔口朝下，保护孔口的岩土层不被冲走，将冲洗液导入循环槽。 节流孔的另一个重要作用是将穿孔方向导向正向。

)用泥浆加固难以护壁的不稳定地层；

)3)隔离漏水层和涌泉层；

)4)设备承载能力不足，或因处理孔内异常需要减小一级孔径，抬高地层有崩塌块、缩径危险的。

套管柱的连接方法主要有三种：直接连接、)接头连接、)接头连接。

3 .挖掘的基本步骤

(1)破碎岩土

首先要进行破碎岩土的开挖工作，开挖可以用人力或机械力，大多数情况下用机械开挖。 一部分岩土以冲击力、剪力或研磨的形式脱离母体而变成粉末、小岩土块或岩土芯的现象称为破碎岩土。 在洞的底部将岩土全部粉碎成粉末或小块的挖掘方法叫做“全面挖掘”。 另外，只破坏洞底环状部分的岩土，使中间的岩土芯保留下来的方法叫做“取芯钻”。

)2)采集岩土芯或排除破碎岩土

这个过程又分为三种方法。 一种是采用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎粉末等机械方法。 二是将岩粉或岩土碎屑和水混合成岩粉浆液或泥浆后，用萃取筒萃取地表。 例如冲击钻； 以三流体(泥浆、清水、乳化液或空气)为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送至地表。

)3)加固孔壁

地垦形成钻孔后，可能破坏钻孔周围原有地层的平衡稳定状态，引起孔壁坍塌。 因此，钻孔后必须加固孔壁。 加强方法有三种。 一种是通过循环液静水压平衡地层侧向压力维持稳定，该方法在现代反循环钻井中得到充分利用。 二是用惰性材料或化学材料处理加固孔壁。 常用的惰性材料为水泥、粘土，化学材料为混入循环液的泥浆处理剂，如直接注入钻孔的堵剂，如氰尿酸酯、丙酯等； 第三种方法是用金属或非金属套管钻进钻头以支撑孔壁。 这个方法可靠，但成本很高。