地下水勘探鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)運用

1、地下水勘探鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)運用 1項目概況 某水利樞紐中心，周邊區(qū)域范圍內(nèi)降水稀少、生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源長期短缺，已成為制約當(dāng)?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要因素之一；該水利樞紐中心的建設(shè)，能夠為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)提供有效可靠的水資源支撐。建設(shè)期間對場地進(jìn)行的地下水勘查項目中，通過采用先進(jìn)的地下水勘查鉆探技術(shù)，先后施工完成了9眼80oiti1000m深度范圍的水文地質(zhì)勘探孔，為掌握該區(qū)域地下水的情況獲得了重要原始實測資料。 2場地地質(zhì)條件 該施工場地周圍開闊平坦，海拔大致處于1300rn1500m范圍內(nèi)，是典型的黃土塬區(qū)地貌。區(qū)域內(nèi)地層時代跨度相對廣泛，但主要以第四系、白堊系和寒武系分布最廣，具

2、體如下。 1)寒武系：為淺紅色及紫紅色巖性的砂礫巖、石英砂巖，可見厚度約800m1000rll。 2)白堊系：白堊系在整個場地范圍內(nèi)均有廣泛分布，以鮮紅色粗砂礫紅層和雜色巖石為主。 3)第四系：第四系土層自下而上主要分布有風(fēng)成黃土與河流沖洪積物，根據(jù)其相應(yīng)的巖性特征及時代特性可將其依次分為：風(fēng)積黃土層，主要包括：馬蘭黃土、離石黃土、及午城黃土等，土層最大厚度約為260m。其中，馬蘭黃土層的巖性主要以土黃色和黃灰色的亞砂土為主，結(jié)構(gòu)相對較疏松，垂向節(jié)理發(fā)育較好，發(fā)育有少許細(xì)小孔隙和裂隙；離石黃土層的巖性主要為淡紅色和灰黃色的亞砂土和亞粘土為主，中間夾雜有少量的多層古土壤；午城黃土層的巖性主要以褐

3、色、桔黃、桔紅色的亞粘土為主；沖洪積層，主要分布于區(qū)域范圍內(nèi)流經(jīng)河流的河谷階地和較深溝谷中，上部表層土層主要以粉土為主，厚度一般處于5m10m，較深層土層則主要以圓礫、卵石層為主，厚度一般處于10rn20m。 3關(guān)鍵鉆進(jìn)技術(shù)與工藝 31設(shè)備選型與使用工序 根據(jù)該區(qū)域地下水勘查鉆孔設(shè)計深度和相應(yīng)的地層結(jié)構(gòu)特質(zhì)，施工過程中選用的機(jī)械設(shè)備主要為：as2450型鉆塔，tsj一6660b型鉆機(jī)，bw一60030型泥漿泵，nj一600型泥漿攪拌機(jī)，發(fā)電功率為200kw的柴油發(fā)電機(jī)組。根據(jù)地下水勘查孔結(jié)構(gòu)特點和鉆孔施工定深取芯的要求，實際施工過程中采用的鉆進(jìn)工藝具體如下：采用直徑為500mm的鉆頭進(jìn)行開孔，

4、待鉆進(jìn)土層至孑l深20m以上(以揭穿第四系土層為準(zhǔn))，再套人直徑為go426mm，厚度為9mm的鋼管作為表層套管，同時安裝好相應(yīng)的井口防噴裝置；再采用直徑為d02508innl的三牙輪型鉆頭自上端固井段以下一直鉆進(jìn)至地下水勘查設(shè)計規(guī)定的深度位置。其中，施工過程中的定深取芯采樣段采用直徑為150mm的鉆具進(jìn)行取芯施工即可，抽水試驗段需采用直徑為dp3745mm的擴(kuò)孔鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔，之后插入直徑為qb273mrtl，厚度為9lnnl的無縫鋼管進(jìn)行永久性止水處理。 32防噴裝置安裝 由于該水利樞紐中心區(qū)域范圍部分場地內(nèi)的地下水承壓水頭相對較高，在勘查孔鉆進(jìn)施工的前期施工過程中，曾出現(xiàn)在鉆進(jìn)過程中鉆孔內(nèi)

5、噴出的水頭過高，影響正常的鉆進(jìn)施工，甚至由于噴出的水頭過高水量較大而將鉆孔施工場地附近淹沒導(dǎo)致輕微沉陷的事故。為防止鉆孔井噴事故的可能發(fā)生，在后期施工過程中專門安裝了相應(yīng)的簡易防噴導(dǎo)流裝置。實際安裝時其具體要求如下：在套人上表層套管時將該防噴導(dǎo)流裝置安裝于井口，同時在裝置兩側(cè)各接上一個直徑中168mln，厚度為7mm的鋼管至鉆塔底座外，在距離鉆孔口適當(dāng)距離處安裝配套閘閥，并采用pvc圓管或地溝將其中一個鋼管接至離鉆孔施工場地的排水出處；在另一個鋼管的適當(dāng)位置也接上閘閥，用作導(dǎo)流泥漿，以備鉆孔過程中發(fā)生井噴關(guān)閉或作導(dǎo)流用。 33加重泥漿的配置與使用 在整個鉆孔施工過程中，采用經(jīng)過特定配置的加重泥

6、漿，是防止鉆進(jìn)施工過程中發(fā)生井噴事故的重要措施之一。 331基礎(chǔ)泥漿的配置 該項目實際實施過程中，采用了膨潤土、水、純堿和高粘度纖維素等材料專門配置了基礎(chǔ)泥漿，其密度p為106gcm3，基礎(chǔ)泥漿配置時采用的粘土計算公式具體如公式(1)：w=vp2(plp3)，(92一p)(1)其中：pl=106gem；pz=22gem；p3=10m3。式中：w為施工時所需的粘土總重量，單位為t；v為施工時所需配制的泥漿總體積，單位為m3；p為施工時所需配制的泥漿密度，單位為gera3；p2為采用的粘土密度，p為采用的水密度。 332加重泥漿的配置 將預(yù)先配置的密度p=106rn，的基礎(chǔ)泥漿或孔內(nèi)相應(yīng)密度的鉆孑

7、l泥漿，通過另外添加適量的活性重晶石粉(或活性鐵粉)，調(diào)至鉆孔施工所需的泥漿密度，其外加重晶石粉或活性鐵粉等材料的計算公式具體如公式(2)：wo=vo【pzp1)，(pa-p2)(2)式中：w為應(yīng)加入的重晶石粉或活性鐵粉等加重劑的重量，單位為g；vo為參與鉆孔施工泥漿循環(huán)的液體總體積，單位為m3；p為原漿密度，單位為g，cm；p2為加重后的泥漿密度，單位為gem；p，為加重劑的平均密度。其中，重晶石密度為420g，cm，石灰石密度為273m3，鐵粉密為786m。在施工時套入4269的表層套管后，應(yīng)采用密度約12m3的加重泥漿，并實時監(jiān)測鉆鉆孔內(nèi)循環(huán)流出泥漿的密度變化，并根據(jù)施工要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)

8、整。值得注意的是，待勘查孔鉆進(jìn)深度超過500rri后的孔段鉆進(jìn)施工，其地下水壓力相對更大，施工過程中更應(yīng)加強(qiáng)對加重泥漿的使用。 4并噴的判斷與處理 41井噴的判斷 在地下水勘查鉆孔施工過程中，出現(xiàn)井噴時主要包括以下情況。 1)鉆孔進(jìn)人承壓水鉆進(jìn)施工階段，未及時發(fā)現(xiàn)循環(huán)泥漿出現(xiàn)的稀釋現(xiàn)象，提鉆過程中由于提鉆引起了較大的抽吸力作用，有助于地下承壓水的上升，引起井噴；或者發(fā)現(xiàn)循環(huán)泥漿稀釋后但沒有及時調(diào)整加重泥漿的密度和粘度，使得地下承壓水噴出的水量不斷增多，導(dǎo)致最后無法采取有效措施而引起的井噴事故。 2)勘查孑l正常鉆進(jìn)過程中，循環(huán)泥漿沒有達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)要求，即加重泥漿的密度作用沒有抵消地下承壓水產(chǎn)

9、生的上升噴力作用而引起的井噴事故。 3)勘查孔鉆進(jìn)施工完成后注水洗井導(dǎo)致井噴。因為洗井時注入了大量的凈水，把加重泥漿變稀了，短時內(nèi)無法壓住地下承壓水產(chǎn)生的上噴力而產(chǎn)生了井噴。 42井噴處理措施 1)在有較大地下承壓水的深土層進(jìn)行鉆孔施工過程中，對加重泥漿的使用和泥漿密度及稠度的控制非常重要，應(yīng)綜合考慮機(jī)械鉆進(jìn)能力和設(shè)備鉆進(jìn)效率。加重泥漿密度一般的取用范圍為12g，cm31i3m。 2)在地下水勘查孔鉆進(jìn)施工現(xiàn)場，儲備密度為1i3rn3的加重泥漿至少5m，以應(yīng)付鉆孔施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)井噴時，可及時將預(yù)備的重密度加重泥漿壓人鉆孔內(nèi)，有效節(jié)約了泥漿的攪拌時間，防止在使用緊張的情況下攪拌泥漿未達(dá)到使用要求就注入孔內(nèi)的情況。 3)鉆孔施工時一旦發(fā)生井噴，及時關(guān)閉井口安裝的防噴導(dǎo)流裝置，將噴出的地下承壓水通過導(dǎo)流裝置側(cè)向引出，同時測算井噴水頭高度和鉆進(jìn)深度，快速注入符合要求密度的加重泥漿，及時控