CN110485402A - 利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，涉及水利水电工程和岩土工程勘察技术领域。它包括包括以下步骤：步骤1，测量河道地形横断面；步骤2，初拟河床覆盖层/基岩推测接触面；步骤3，选定地质钻机位置；步骤4，初始倾斜钻孔施工；步骤5，修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征。本发明操作便捷，成果准确，对于高原东南部的峡谷急流河道覆盖层探查，尤其具有良好适应性。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程和岩土工程勘察技术领域，更具体地说它是 一种利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法。
背景技术
在江河上进行水利水电工程大坝和岩土工程穿越、跨越建筑物的建设， 需要首先查明河床覆盖层分布厚度、结构层次及物质组成等重要特征，为 覆盖层相关主要工程地质问题的分析论证、建筑物地基利用或处理设计提 供可靠的基础成果。因此，探查河床覆盖层特征既是涉水工程地质勘察工 作的中心任务，也是现行工程技术标准的强制性要求；覆盖层相关特征主 要包括河床覆盖层/基岩接触面形态、厚度分布、物质组成、结构层次等。
在当前工程实践中，探查河床覆盖层通常采用物探和钻探两种手段。 物探是一种间接勘探手段，它利用岩土介质物理性质的差异来解译地质体 的空间展布范围存在多解性问题，成果精度差；尤其当地质条件复杂时， 物探解译成果可能出现较大误差，甚至错误。相对而言，钻探技术成熟， 且可采取岩心进行直观观察，钻孔内还可进行综合试验、测试、监测，成 果准确可靠，是最常采用的一种有效勘探手段；但一般需要利用大型平台 或船只在水上作业，易发生安全生产事故，安全管理压力大，汛期不能施 工，进度难以控制。
随着我国西部水电开发的有序推进和川藏铁路建设的全面启动，涉水 工程类型多、规模大，河流条件特殊，对河床覆盖层探查工作提出了更高 要求。我国西部青藏高原的“三江”流域新构造活动强烈，河流发育具有 以下显著特点：(1)山高谷深，地形陡峻，河道狭窄；(2)水流湍急，河水 陡升骤降，多险滩暗流；(3)河床覆盖层厚度变化大，组成及结构复杂，覆 盖层/基岩接触面形状不规则；(4)环境恶劣，工作条件差。实践表明，通 常采用的河床覆盖层探查手段难以适应如此特殊的山区河流，其中物探受 狭窄场地、复杂地层限制，成果精度往往不能满足工程需要；常规钻探所 需的大型平台或船只不能直接抵达现场，作业周期长，人力物力费用投入 大，水上施工面临着严峻的安全生产问题。
因此，研发一种利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法是很有必 要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种利用 变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：利用变角度倾斜钻孔探查 河床覆盖层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量河道地形横断面
测量河道地形横断面为对河道横河向断面的地形形态进行实测，以获 取施工前需准备的数据：河水面宽度w、河中心河水深度hw；
步骤2，初拟河床覆盖层/基岩推测接触面
初拟河床覆盖层/基岩推测接触面3为依据现有资料初拟河床覆盖层与 基岩接触面的大致位置、形状，以获取施工前需准备的数据：河中心推测 覆盖层厚度hq0；
步骤3，选定地质钻机位置
选定地质钻机位置为在河流水边陆地上选择合适位置作为钻探场地， 并进行地质钻机安装；
步骤4，初始倾斜钻孔施工
初始倾斜钻孔施工为调整地质钻机立轴的方位，使地质钻机立轴顶角 为初始顶角θ0，根据初始倾斜钻孔揭示情况，绘制河床覆盖层/基岩初始接 触面；地质钻机立轴方位包括倾向和顶角，可用罗盘定位，倾向与河道地 形横断面方向一致，初始顶角θ0与河水面宽度w、河中心河水深度hw、河 中心推测覆盖层厚度hq0的关系式为：
步骤5，修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征
修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征为根据初始倾斜钻孔施 工的不同结果，保持地质钻机位置不变而调整地质钻机立轴顶角为修正顶 角θ1，再次进行倾斜钻孔施工，获取河中心初始覆盖层厚度hq1并绘制河床 覆盖层/基岩修正接触面，然后获取覆盖层的主要特征；修正顶角θ1与河水 面宽度w、河中心河水深度hw、河中心初始覆盖层厚度hq1的关系式为：
上述技术方案中，在步骤1中，测量河道地形横断面包括水下地形和 岸边陆地地形两个部分，对水下地形施测的仪器包括声呐水下地形勘测仪、 光学经纬仪配合测深仪；对岸边陆地地形施测的仪器包括全站仪和测距仪。
上述技术方案中，在步骤2中，推测依据或为地表测绘、现场调查资 料；或为本河流、本河段、本工程、邻近区域、邻近工程前期相关地质成 果；条件具备时也可先通过轻型物探测试来获取初步的河床覆盖层厚度数 据。
上述技术方案中，在步骤3中，地质钻机类型可采用立轴式地质钻机； 地质钻机合适位置应选定在河道地形横断面尽量邻近水边的陆地上；钻探 场地大小应能满足施工要求。
上述技术方案中，步骤4中，初始倾斜钻孔开孔孔径不小于150mm，终 孔孔径不小于91mm，孔径还需满足取样和在孔内进行综合物探、测试、试 验工作的要求；覆盖层内钻孔采用泥浆或SM植物胶护壁。
上述技术方案中，步骤5中，初始倾斜钻孔施工有两种不同结果，为 初始倾斜钻孔揭示的初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点位于河水面 中心与地质钻机同侧或异侧；
位于同侧时：修正顶角θ1大于初始顶角θ0；
位于异侧时：修正顶角θ1小于初始顶角θ0。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)操作便捷，成果准确，对于我国青藏高原东南部的峡谷急流河道覆 盖层探查，尤其具有良好适应性。
2)将常规水上钻探创造性地转移至陆地，可完全消除水上施工安全隐 患，节省大量的人物力和经费投入，勘察工作进度计划可控。
附图说明
图1为本发明工作流程示意图
图2a为本发明初始倾斜钻孔施工的工作原理示意图。
图2b为本发明初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点位于河水面中 心与地质钻机同侧时修正倾斜钻孔施工的工作原理示意图。
图2c为本发明初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点位于河水面中 心与地质钻机异侧时修正倾斜钻孔施工的工作原理示意图。
图中，1-河水面,2-河床地形线,3-河床覆盖层/基岩推测接触面,4-覆 盖层(示例岩性为漂卵石),5-基岩(示例岩性为闪长岩),6-地质钻机,7-初 始倾斜钻孔,8-修正倾斜钻孔,9-河床覆盖层/基岩初始接触面,10-河床覆 盖层/基岩修正接触面,A、B-河水边点,C-初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩 接触点,D-修正倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点,S-地质钻机立轴,M0-河 水面中心点,M1-河水面中心在河床的投影点,M2-河水面中心在河床覆盖层/ 基岩推测接触面的投影点,M3-河水面中心在河床覆盖层/基岩初始接触面的投影点,w-河水面宽度,hw-河中心河水深度,hq0-河中心推测覆盖层厚度,hq1- 河中心初始覆盖层厚度,θ0-初始顶角,θ1-修正顶角,γ-河道地形横断面 方向。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明 的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和 容易理解。
参阅附图可知：利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，包括以 下步骤：
步骤1，测量河道地形横断面
测量河道地形横断面为对河道横河向断面的地形形态进行实测，根据 水下地形曲线AM1B(如图2a所示)可以获取施工前需准备的关键数据如河水 面宽度w(线段AB长度)、河中心河水深度hw(河水面中心点M0至其在河床投 影点M1之间的距离)等；
步骤2，初拟河床覆盖层/基岩推测接触面
初拟河床覆盖层/基岩推测接触面为依据现有资料初拟河床覆盖层与 基岩接触面的大致位置、形状，根据河床覆盖层/基岩推测接触面3(如图 2a所示)，可以进一步获取施工前需准备的关键数据如河中心推测覆盖层厚 度hq0(河水面中心在河床的投影点M1与其在覆盖层/基岩推测接触面的投影 点M2之间的距离)；
步骤3，选定地质钻机位置
选定地质钻机位置为在河流水边陆地上选择合适位置作为钻探场地， 并进行地质钻机6安装(如图2a所示)；
步骤4，初始倾斜钻孔施工
初始倾斜钻孔施工为调整地质钻机立轴S的方位，使地质钻机立轴S 顶角为初始顶角θ0，通过电子测斜仪进行孔斜观测，引导初始倾斜钻孔7 实际轨迹，揭示出初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点C，绘制河床覆 盖层/基岩初始接触面9(如图2b曲线ACM3B、图2c曲线AM3CB所示，M3为河 水面中心在河床覆盖层/基岩初始接触面的投影点)；地质钻机立轴S方位 包括倾向和顶角，可用罗盘定位，倾向与河道地形横断面方向γ一致，初 始顶角θ0与河水面宽度w、河中心河水深度hw、河中心推测覆盖层厚度hq0的关系式为：
其中，圆周率π取值3.14。
步骤5，修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征
修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征为根据初始倾斜钻孔7 施工的不同结果；保持地质钻机6位置不变而调整地质钻机立轴S顶角为 修正顶角θ1，再次进行倾斜钻孔施工，获取河中心初始覆盖层厚度hq1，根 据修正倾斜钻孔8实际轨迹，揭示出修正倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触 点D，绘制河床覆盖层/基岩修正接触面10(如图2b曲线ACDB、图2c曲线 ADCB所示)，然后获取覆盖层主要特征；覆盖层主要特征包括河床覆盖层/ 基岩接触面形态、厚度分布、物质组成、结构层次等；
修正顶角θ1与河水面宽度w、河中心河水深度hw、河中心初始覆盖层 厚度hq1的关系式为：
在步骤1中，测量河道地形横断面包括水下地形和岸边陆地地形两个 部分，对水下地形施测的仪器包括声呐水下地形勘测仪、光学经纬仪配合 测深仪，对岸边陆地地形施测的仪器包括全站仪和测距仪。
在步骤2中，推测依据或为地表测绘、现场调查资料，或为本河流、 本河段、本工程、邻近区域、邻近工程前期相关地质成果，条件具备时也 可先通过轻型物探测试来获取初步的河床覆盖层厚度数据。
在步骤3中，地质钻机6类型可采用立轴式钻机，型号主要参考河中 心推测覆盖层厚度hq0选用；地质钻机6合适位置应选定在河道地形横断面 尽量邻近水边的陆地上(不分岸别)，但须考虑作业期间不受河水及河水上 涨因素的影响，注意场地后边坡稳定情况，避让滑坡、崩塌、泥石流、潜 在不稳定岩土体危害；钻探场地大小应能满足施工要求，不足时可先行小 规模开挖或回填垫高。
步骤4中，初始倾斜钻孔7开孔孔径不小于150mm，终孔孔径不小于 91mm，孔径还需满足取样和在孔内进行综合物探、测试、试验工作的要求； 覆盖层内钻孔采用泥浆或SM植物胶护壁。
步骤5中，通过顶角修正来改变倾斜钻孔倾角，使修正倾斜钻孔8揭 示的修正倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点D尽量接近河道中心，此处对 应的覆盖层厚度一般最大；初始倾斜钻孔施工有两种不同结果，为初始倾 斜钻孔7揭示的初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点C位于河水面中心 与地质钻机6同侧或异侧，前者修正顶角θ1大于初始顶角θ0(如图2b所 示)，后者修正顶角θ1小于初始顶角θ0((如图2c所示)。
河水面宽度w、河中心河水深度hw、河中心推测覆盖层厚度hq0、河中 心初始覆盖层厚度hq1的单位为米；初始顶角θ0、修正顶角θ1、河道地形横 断面方向γ的单位为度。
本发明提供的一项利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的新方法，已 先后在西藏自治区境内拉洛水利枢纽、扎拉水电站、索朗嘎咕水利枢纽等 多个大型水利水电工程前期地质勘察中成功应用。相比物探手段，本发明 取得的成果精度高且可靠；相比常规水上钻探，本发明取得的成果精度相 当，水上施工安全隐患为0，可节省原用于水上钻探准备、安全管理的大量 人物力和经费投入，勘探工期可提前2～4个月。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (6)
1.利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量河道地形横断面
测量河道地形横断面为对河道横河向断面的地形形态进行实测，以获取施工前需准备的数据：河水面宽度w、河中心河水深度hw；
步骤2，初拟河床覆盖层/基岩推测接触面
初拟河床覆盖层/基岩推测接触面为依据现有资料初拟河床覆盖层与基岩接触面的大致位置、形状，以获取施工前需准备的数据：河中心推测覆盖层厚度hq0；
步骤3，选定地质钻机位置
选定地质钻机位置为在河流水边陆地上选择合适位置作为钻探场地，并进行地质钻机(6)安装；
步骤4，初始倾斜钻孔施工
初始倾斜钻孔(7)施工为调整地质钻机立轴(S)的方位，使地质钻机立轴(S)顶角为初始顶角θ0，根据初始倾斜钻孔(7)揭示情况，绘制河床覆盖层/基岩初始接触面(9)；地质钻机立轴(S)方位包括倾向和顶角，可用罗盘定位，倾向与河道地形横断面方向γ一致，初始顶角θ0与河水面宽度w、河中心河水深度hw、河中心推测覆盖层厚度hq0的关系式为：
步骤5，修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征
修正倾斜钻孔施工和获取河床覆盖层主要特征为根据初始倾斜钻孔施工的不同结果，保持地质钻机(6)位置不变而调整地质钻机立轴(S)顶角为修正顶角θ1，再次进行倾斜钻孔施工，获取河中心初始覆盖层厚度hq1并绘制河床覆盖层/基岩修正接触面(10)，然后获取覆盖层主要特征；修正顶角θ1与河水面宽度w、河中心河水深度hw、河中心初始覆盖层厚度hq1的关系式为：。
2.根据权利要求1所述的利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于：在步骤1中，测量河道地形横断面包括水下地形和岸边陆地地形两个部分，对水下地形施测的仪器包括声呐水下地形勘测仪、光学经纬仪配合测深仪；对岸边陆地地形施测的仪器包括全站仪和测距仪。
3.根据权利要求1或2所述的利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于：在步骤2中，推测依据或为地表测绘、现场调查资料；或为本河流、本河段、本工程、邻近区域、邻近工程前期相关地质成果；条件具备时也可先通过轻型物探测试来获取初步的河床覆盖层厚度数据。
4.根据权利要求3所述的利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于：在步骤3中，地质钻机(6)类型可采用立轴式地质钻机；地质钻机(6)合适位置应选定在河道地形横断面尽量邻近水边的陆地上；钻探场地大小应能满足施工要求。
5.根据权利要求4所述的利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于：步骤4中，初始倾斜钻孔(7)开孔孔径不小于150mm，终孔孔径不小于91mm，孔径还需满足取样和在孔内进行综合物探、测试、试验工作的要求；覆盖层内钻孔采用泥浆或SM植物胶护壁。
6.根据权利要求5所述的利用变角度倾斜钻孔探查河床覆盖层的方法，其特征在于：步骤5中，初始倾斜钻孔施工有两种不同结果，为初始倾斜钻孔(7)揭示的初始倾斜钻孔的河床覆盖层/基岩接触点C位于河水面中心与地质钻机(6)同侧或异侧；
位于同侧时：修正顶角θ1大于初始顶角θ0；
位于异侧时：修正顶角θ1小于初始顶角θ0。
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| Title |
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| 苏文俊等: "《综合地球物理在灵渠工程地质调查中的应用》", 《地球物理学进展》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110485402B (zh) | 2021-04-20 |
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