钻进工艺

一、土 层 钻 进
• 土层钻进，一般都使用取心的钻具。除 厚度很薄将来要开挖掉的外，不使用鱼 尾式、矛式等钻头。因为这些钻头只能 造孔, 造孔,不能取样，无法研究土层的性质及 解决分层问题。 • 土层钻进一般有冲击钻进，人力回转钻 进，钻机回转钻进及取原状土等方法， 各有其特点及适用范围。
• （一）冲 击 钻 进 法 • 冲击钻进，分人力冲击与机械冲 击两种形式。人力冲击的即所谓 “洛阳铲”法，简单轻便。由于 人的力量有限，故口径小、深度 浅，利用机械冲击的，即类似不 带阀门的管钻，力量大，口径及 深度皆大。
• 1、洛阳铲钻进 • (1)构造与制作要求 洛阳铲构造简 (1)构造与制作要求 单，由铲头、铁柄、木柄及尼龙绳 等组成。 • 铲头形状主要是弧形，弧度约为 2700～3400。弧度小的，宜用于开 孔和粘性大的土层，弧度大的，因 提钻时土样不易脱落，适用于比较 松散粘性小的土层。
• (2)操作方法 开孔时，两手垂直持铲、双脚 (2)操作方法 分开站于钻孔两侧，向下掷铲不能偏斜， 一定要保证用手持杆钻进期间的钻孔垂直。 每铲提多高、进入多深，要看钻具是不是 用手能提拔上来而定，操作时应具体掌握。 如用力太大或提绳太高，使铲头陷入土中 过多，结果必将使铲子拉不上来，影响钻 进。故要求用力要恰当，若提起容易，每 铲皆有进度，效率是很快的，并且质量好 又安全。 • 一般冲击1次，取1次样。铁铲提出后，轻 一般冲击1次，取1 轻敲打，就可将土样取出。
• （四）孤 石 爆 破 • 钻进中遇到了大的孤石，用冲击钻头已无法 击碎的，应以爆破方法进行处理。但在爆破 前，要搞清楚情况，勿把基岩误为孤石。 • 按一般沉积规律，到达基岩以前，砂卵石的 粒径逐渐增大，钻进情况亦逐渐复杂。在孤 石未钻穿以前，不易发觉。但冲积层与基岩 的岩性往往不一致，故应对取出的岩心仔细 地进行鉴别。如岩心与基岩一样的，一定要 继续钻进，进尺多了，必然能够搞清楚。 • 在已判定为孤石，或孤石已被钻穿时，即可 放药进行爆破，把孤石炸开，挤到孔壁四周。 然后打入套管，再继续钻进。
• 这种工具的优点：在粘性土层的浅 孔钻进，操作较轻便，技术简单， 整个工具，容易加工制造，成本低。 其缺点是：不适于在砂层、砂砾石 层中使用；地下水以下的土层里， 由于水的浮力，使铲头的冲击力减 弱，孔里一旦搅成泥浆，就不能进 尺，只适于浅孔，超过20米，效率 尺，只适于浅孔，超过20米，效率 逐渐降低，体力消耗很大。
• 在套管内也可以下入鱼尾钻头，或 在钻杆底部锯成齿状，送高压水进 行扫孔，上下串动钻具，在孔口搜 集砂样，边冲洗边跟进套管。但应 注意分段地接取样品，不得整个混 在一起。 • 在干砂层里，因无法造成冲洗液循 环，加水又会漏失，故不能使用管 钻及冲砂取样。只可用勺形钻钻进， 跟进套管。
• 在钻进过程中，土层取样一般要求每0.5 在钻进过程中，土层取样一般要求每0.5 米1次；砂卵砾石层中取样，一般要求 0.2～0.5米1次。 0.2～0.5米 • 操作时，对于大卵石，只要能取出的， 避免击碎，否则要根据冲击情况及碎块， 估计出粒径。有的地层，取样虽差不多， 但因沉积时的条件和时间不同，其密实 度不一样，钻进速度差别很大。为便于 分层起见，以上情况，在原始记录上， 应有详细的说明。
• 2、钢丝钻头 • 钢丝钻头优点是：钢丝柔软不易折断，钢丝在钻 头内布成网状，比较小的颗粒进入后也不易掉落 出来，在砂卵砾石层中钻进效果比较好。 • 钢丝钻头的加工，是将起重用的废钢丝绳分股拆 开，每段截成约等于钻头内径的2 开，每段截成约等于钻头内径的2／3长度。在离 钻头唇部2 钻头唇部2和3厘米处，沿圆周钻两排孔。每排孔 数按钻头直径而定，细颗粒多、粒径小的可适当 加密，将每股钢丝插在孔内，以铆钉铆牢，不能 用火焊，因钢丝会失去弹性，起不到作用。铆好 后，把钢丝均匀分开，使在钻头底部布成网状。 上下两排孔的孔位要错开，钢丝一排长一些，另 一排可短一些。
• 1、螺旋钻头 • 螺旋钻头适用于钻进粘土、砂质粘土，亚 砂土等塑性的地层。在旋转钻入该类地层 后，由于塑性关系，可使岩样附在钻头的 螺旋线上不会散落，而被带出孔外。 • 一般螺旋钻头可用整料加工，也可用条钢 卷曲成螺旋。在不同性质的土层钻进，螺 旋距的大小也不同。钻粘性小的土层，螺 旋距应小些，使钻下的土样在提升的时候 能较好地保持在螺旋线上，钻粘性大的土 层，螺旋距则可大些。
• （三）钻机回转钻进法 • 钻机回转钻进法取样，通常用的是肋骨钻头。 它是在普通筒状合金钻头外侧，按直径大小， 平布于钻头四周，焊上3 平布于钻头四周，焊上3～5块约10毫米厚的 块约10毫米厚的 肋骨，在肋骨上面镶合金。此种钻头的特点 是：能保持钻头与孔壁间有足够的空隙，减 少回转时阻力，效率比较高，且安全。 • 在土层中钻进，用水会把岩样冲掉，因此要 使用干钻。干钻时阻力很大，钻头在孔底极 易发热，要经常提动钻具。每回次进尺不能 过多，一般0.5米左右就要取钻。 过多，一般0.5米左右就要取钻。
• （一）平阀管钻冲击钻进法 • 在砂卵砾石层钻探，主要的问题 是取样。要求取得原颗粒级配的 样品，不遗失卵砾石间的细砂及 土颗粒，分清其中的夹砂层及夹 泥层。 • 利用平阀管钻跟进套管的方法钻 进，如选用钻具的口径恰当，基 本上能满足以上要求。
• （二） 钻机回转钻进法 • 阀门管钻在砂卵砾石层钻进，虽然比较好， 但在遇到夹土层或粘土含量较多时会糊住钻 具，并不适用。这时，可考虑用钻机回转钻 进方法。 • 在砂卵砾石层回转钻进，一般只允许用无水 干钻的方法。因为冲洗钻进很不理想，只能 取出较大砂卵石，而其他细颗粒会全被冲掉， 砂及小砾石亦取不出来，使地层的颗粒级配、 成分、细砂层、夹泥层等情况都不能搞清楚。 故只有在不取样的钻孔，才可以用冲洗钻进。
• 2、无阀管钻钻进 • 无阀冲击管钻是利用钻机的升降 机进行工作，提取力量大，钻具 重，口径大，可以在土层中打较 深的钻孔。在粘土或含砂量较多 的土层里，钻进取样都较好。在 为探明深厚的土层及地下水位而 要求干钻的钻孔很适用。
• （二）人力回转钻进法 • 在地下水位以下、塑性比较大的土层中 钻进，利用冲击方法，由于钻具不停地 抽动与孔壁摩擦，使孔里的水和孔壁上 的泥形成很浓的泥浆。在冲击钻进时， 泥浆对钻具产生很大的浮力，使冲击无 力，不能取得应有的进度。在这种情况 下，如钻孔不深的，改用人力回转钻进， 也能解决问题。 • 人力回转钻进，通常用的是螺旋钻头与 勺形钻头。
二、 砂卵砾石层钻进
在砂卵砾石层中钻进，使用清水循环，细颗 粒会被冲失，不能取出原颗粒级配的样品； 用泥浆固壁，不仅与岩样混淆而且泥浆又会 进入地层改变渗透条件，使所得水文地质资 料不正确。故这些方法，在水利水电工程地 质钻探中一般皆不适用。 • 为避免松散岩样在钻进中上下错乱，影响分 层，每次钻程不宜太长。取上的样品按上下 次序编号存放，不能颠倒，每次取样要用隔 板隔开。
软基钻探比基岩钻探要复杂细致得 多。为使工程达到经济合理和安全 的要求，通过钻探手段，在土层中 取出原状土样，进行物理力学性质 试验，在砂卵砾石层中取出原颗粒 级配样品，并将夹杂的粘土、粉砂 等全部取出来，查清粘土层、砂土 层、细砂层、粗砂层、卵石层等的 存在深度和范围，以便设计人员根 据有关资料，去选择坝址，进行设 计，并确定基础的处理方案等。
• 虽然回转钻进使用的是干钻方法， 但河床上砂卵砾石层中都有地下水。 为避免在起钻时，钻杆里的水柱压 力冲失岩样中的细颗粒起见，应在 岩心管顶部装1 岩心管顶部装1个实心钻杆接头，并 在岩心管上部钻几个排水孔眼。 • 在实际使用中，往往锯齿钻头与钢 丝钻头是结合在一起的，即在锯齿 钻头内装上钢丝。
• 在砂卵砾石层的回转钻进时通常使用的 几种形式的钻头。 • 1、锯齿钻头 • 锯齿钻头，是把普通筒状钻头唇部加工 成锯齿状，齿高约10～15毫米，在锯齿 成锯齿状，齿高约10～15毫米，在锯齿 上镶焊硬质合金，合金的出刃要小，刃 角要钝，否则因振动很大，极易崩刃。 钻进过程中，由于锯齿不停地拨动卵石 及岩块，能使靠在钻头外侧的，被挤向 孔壁四周，而靠近钻头内侧的，被收入 到钻头内。
• 如孤石的粒径很大又很硬， 用爆破方法既不能炸开， 也不能起到扩大孔径作用 的，只有下套管改小一级 钻具钻进，不得无限加大 药量。
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（三）细 砂 层 钻 进
• 在细砂层里钻进，为防止孔壁坍塌，需用套 管跟进的方法。在砂层中下入套管，在套管 中下入管钻进行捞砂。一般是使用球阀管钻。 它的优点是：阀口比较严密，砂样不会在提 钻过程中流失。操作时，冲程比砂卵石中要 小一些，不能过大，一般约0.1～0.2米即可。 小一些，不能过大，一般约0.1～0.2米即可。 在涌砂情况下， 每次只能5～10厘米。随着 每次只能5 10厘米。随着 阀门起闭，砂子即进入取样筒内，套管便靠 自重下沉。如套管不下时，可以链钳转动或 用小吊锤轻击。
• 2、勺形钻头 • 勺形钻头适用于钻进砂质粘土、湿砂、粘土 质砂及小砾石等较松散的细颗粒地层。这种 钻头拧入地层后，由于钻头成筒状，岩样收 集在筒内，比之螺旋钻头则不易脱落，便于 将样品带出来。 • 勺形钻头是用厚壁的无缝钢管制成，筒上开 一条纵向切口，用以观察样品层次和清除筒 内岩样。底部是经过淬火的勺状切削刃，顶 部为母丝扣，上接异径接头与钻杆相连。钻 具长度约1 具长度约1米左右，地层愈松散，纵向切口愈 窄。
第三章 钻进工艺
第四节 土层及松散地层钻进
勺形钻钻 头
筒形鱼尾式 钻头
提土钻钻头
• 1-螺旋叶片 • 2-钻杆 • 3-活门 • 4-排水孔 • 5-刮土刀
麻花形钻 头
无阀管 钻
球阀式管 钻
平阀式管 钻
球阀式管钻
• a-封闭 式 • b-开口 式
土层及砂卵砾石层深厚的地方，施 工时不可能都开挖掉，有可能以这 种地层为基础，在上面修建水工建 筑物。如处理不好，坝体可能发生 不均匀沉陷，夹泥层可能使坝体发 生滑动；细砂在水库蓄水后，因受 水压力的影响，可能产生流动和流 失，蓄水后产生管涌，在施工处理 时，遇卵石大的基础，钢板桩不易 打入，颗粒间被粉砂充填的地基， 灌浆会发生困难。
• 3、钻进操作与要求 • 螺旋钻与勺形钻，是人力回转钻进土层 及松散地层的工具，起下钻用三角架和 手摇绞车。 • 每次钻程长度，按具体情况而定。如提 动和钻进时，感觉力量很大就应该起钻， 一般1次钻探约0.5米，最大的也不能超 一般1次钻探约0.5米，最大的也不能超 过钻头的有效长度。 • 这种钻进方法，不需用水也不用动力机 械，对于小型水库软基勘探很适用。