CN114035239B - 一种深埋长隧道综合勘察方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深埋长隧道综合勘察方法,包括以下步骤:步骤一,水平定向钻孔轨迹设计及测量放样;步骤二,水平定向钻机设备安装及泥浆循环系统设置;步骤三,弯螺杆钻具靶点定向钻进;步骤四,常规地质取心钻探;步骤五,钻孔轨迹测斜和纠斜;步骤六,进行存储式物理测井和各项试验;步骤七,封孔;本发明创新性地提出了水平孔线状取心勘察方法,该方法通过建立“多靶点定向钻进、水平螺杆马达原状性取心、地质录井和存储式物理测井”四合一综合勘察技术体系,该技术体系为现有的勘察方法带来了技术上的革新,解决了一些因受限于场地、气候、交通、生态和环境保护等因素而无法开展传统垂直钻探勘察工作的难题。

Description

一种深埋长隧道综合勘察方法
技术领域
本发明涉及地质勘察技术领域,具体为一种深埋长隧道综合勘察方法。
背景技术
现有的工程地质勘察大都采用垂直钻探取心勘察方法,但在城市人口密集区域、河海航道交通繁忙区域以及高寒高海拔等地质条件复杂地区,不具备垂直钻探勘察条件,或因隧洞埋深过大,垂直钻探勘察难以实施,导致工程地质条件难以查明,因而提供给设计的地质资料不够详尽,从而给钻爆隧洞、盾构或TBM掘进施工都带来极高的地质风险和困难,甚至造成非常严重的经济损失;现有的工程地质钻探普遍是以垂直孔或斜孔岩心钻探为主,钻探机械设备多由传统立轴式、动力头式和顶驱式钻机为主,钻探工艺技术也主要以金刚石或复合片回转钻进和泥浆或植物胶护壁为主,极少数深孔选用绳索取心钻进工艺,对于那些地质条件复杂、覆盖层深厚、高原高海拔和高应力地区,钻孔设备难以搬迁到达,地层较破碎条件的工程钻探勘察工作相对做得不够精细,多以物探解译成果作为编制勘察报告的主要依据,从而给重大工程施工建设阶段带来较大的地质隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深埋长隧道综合勘察方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种深埋长隧道综合勘察方法,包括以下步骤:步骤一,水平定向钻孔轨迹设计及测量放样;步骤二,水平定向钻机设备安装及泥浆循环系统设置;步骤三,弯螺杆钻具靶点定向钻进;步骤四,常规地质取心钻探;步骤五,钻孔轨迹测斜和纠斜;步骤六,进行存储式物理测井和各项试验;步骤七,封孔;
其中在上述步骤一中,参照非开挖水平导向五段式轨迹设计参数,采用作图法或计算法确定钻孔轨迹,然后分别按入钻点、各控制点平面投影坐标进行全站仪或RTK测量放样,并在地面做出标示;
其中在上述步骤二中,根据步骤一中所制作的钻孔轨迹设计图和现场放样成果,进行场地平整,平整完场地后进行水平定向钻机安装和固定,在钻机安装固定后进行泥浆循环系统的布设;
其中在上述步骤三中,首先根据设计轨迹选择合适的定向钻进组合钻具,根据钻孔造斜强度需求和钻进效率来选择造合适的斜弯螺杆,然后通过水平定向孔钻至靶区的导向引孔,在导向孔施工过程中,如果钻遇泥浆护壁堵漏不能解决的浅软复杂地层,则在斜直线段钻孔增加套管钻进护壁工序,完成靶点定向钻进后,则提出定向钻进钻具,进入下一步施工工序;
其中在上述步骤四中,在完成上述水平定向孔钻至靶区的导向引孔钻进后,则开始常规地质取心钻探工序,利用直螺杆增能驱动金刚石单动双管取心钻具在水平靶区勘察段进行钻进作业,如果是间断取心,地质录井则需要全面分析研判泥浆循环返渣情况;
其中在上述步骤五中,由于取心施工过程中的钻探技术尚不具备纠斜能力,所以应该在每取心钻探1~3个回次或以“取心钻进+全面钻进”为一个周期,单独进行水平取心段的钻孔测斜工序,如果发现钻孔轨迹出现一定程度的偏差,甚至有超出靶区的趋势,则需要采取纠斜措施,完成相应工序环节,重复步骤四,直到完成勘察取心钻探目标;
其中在上述步骤六中,完成取心钻探勘察工作以后,可以结合勘察的具体技术要求来完成各项原位试验和物理测井工作,包括利用钻杆输送存储式物理测井仪进行物理测井,在用清水或空压机洗孔后进行分段压、注水试验和孔内彩电录井等工作,完成相关试验工作后可以进入下一步操作工序。
其中在上述步骤七中,根据相关规范要求,用钻杆从孔底开始压注水泥浆液进行钻孔封闭,边灌注边外提钻杆,直至孔口返出水泥浆液后结束封孔工序。
优选的,所述步骤一中,钻孔轨迹应结合中靶目的和具体地层情况进行设计,应包含以下内容:轨迹分段形式、入土点与入土角、直线段最大深度、曲线段的曲率半径、直线段与曲线段长度等;同时钻孔轨迹的设计宜考虑到设备的特性、已掌握的地下障碍物情况、地质条件状况、周边环境、地下水及地层情况;钻孔轨迹的具体参数应包括各孔段的顶角、方位角、长度、垂深、水平位移以及定向钻孔中靶孔深和终孔深。
优选的,所述步骤一中,五段式轨迹的入土角计算公式:
Figure BDA0003344729650000031
五段式轨迹的入土弯曲段水平长度计算公式:
Figure BDA0003344729650000032
各符号含义如下:
α1为入土角(°);H为管线中心线深(m);R1为入土段的曲率半径(m),按经验取值不小于(1200-1500)D,D为岩芯管外径;L1为入土造斜段的水平长度(m);α2为出土角(°);R2为出土时的曲率半径(m);L2为管线出土造斜段的水平长度(m),L3为管线入土造斜段的水平长度(m)。
优选的,所述步骤二中,在场地条件允许的情况下,可结合入钻点位开挖砌筑泥浆池,考虑泥浆沉淀循环分区,泥浆池大小按1.5~2倍钻孔最大体积容量计算设置尺寸。
优选的,所述步骤三中,通常选择1.5°~1.75°/Φ120弯螺杆马达作为定向钻进造斜工具,如果钻孔总体垂深小于70米并且信号干扰强度小、钻孔总长小于1000米,可以选择无线控向随钻测量系统来完成导向到取心靶区的钻进工作,其它情况则采用有线地磁控向、有线陀螺仪控向等随钻测量系统来完成导向孔的施工。
优选的,所述步骤三中,常用导向钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆(1.75°)+Φ171mm三牙轮钻头,常用套管钻进组合钻具如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ178mm钻铤+Φ219mm套管+Φ230mm硬质合金钻头。
优选的,所述步骤四中,常用取心钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ120mm直螺杆马达+Φ139.7mm岩芯管(单动双管)+Φ152mm金刚石取心钻头,常用全面钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ140mm扶正器+Φ120mm直螺杆+Φ152mm三牙轮钻头/复合片全面钻头。
优选的,所述步骤四中,金刚石单动双管取心钻进工序应注意以下事项:
1)复核上一个钻进回次孔深,测量本回次粗径钻具长度并记录;
2)仔细检查取心钻具的装配是否存在问题,重点检查和维护内、外管螺纹丝扣联接,卡簧座与钻头内台阶间隙是否合理、卡簧与卡簧座的锥度配合是否有利于岩心顺畅进入和退钻时能否顺利卡紧、内管与外管分动平面轴承是否能顺利旋转、内管与调节锁紧螺母间丝扣有没有松动、钻头水口是否通畅等情况,如有异常,在下钻前必须正确处理;
3)由于取心钻具较长,在吊装和下入钻孔前注意配合,保证安全施工;
4)下钻连接泥浆马达时在孔口调试能否正常驱动岩心管回转,有条件时检查内管是否跟着外管在一起回转;
5)加接钻杆下钻到孔底过程中,保证每根钻杆丝扣连接稳妥,孔内钻具夹持牢靠,避免跑钻;下钻过程中以“大泵量、低泵压”档位低速泵入泥浆,也可以不泵泥浆直接回转下钻,到达孔底后复核钻孔孔深;
6)取心进尺钻进过程中,尽量避免回拖钻具,以合适的泵量泵压、推力及扭矩参数匀速钻进,总进尺不得超过岩心内管长度(5.9m);
7)钻进完成后,回拖钻具10-20cm,然后停止泵送泥浆及停止钻杆回转,然后慢速转动30-60s,再停钻只泵送泥浆5-10min,停泵停转后回拖钻具1m,再向前轻推,检查是否有残留岩心留在孔内,如有,可以重复卡心动作,如果残留极少,可以忽略;
8)提钻过程中,为防止岩心在内管中过度摆动、冲刷、磨蚀,不得泵入泥浆,尽量不回转钻杆,直接将钻具提出孔外;
9)完成提钻后,首先拆卸掉金刚石钻头和扩孔器,再拆卸卡簧座,将岩心管头部适当吊起,最后把岩心按先后次序摆放在岩心箱,并进行编号,记录好孔深;
10)进行钻具维护时,首先拆卸岩心管头部保径接头,检查内管平面轴承、锁紧螺母等,然后装配和调整好取心钻具,以备下一个取心回次使用。
优选的,所述步骤五中,常用纠斜钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆(1°)+Φ150mm三牙轮钻头或适用通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤(带存储式测斜仪)+Φ120mm直螺杆)+Φ171mm三牙轮钻头。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明创新性地提出了水平孔线状取心勘察方法,该方法通过建立“多靶点定向钻进、水平螺杆马达原状性取心、地质录井和存储式物理测井”四合一综合勘察技术体系,该技术体系为现有的勘察方法带来了技术上的革新,解决了一些因受限于场地、气候、交通、生态和环境保护等因素而无法开展传统垂直钻探勘察工作的难题。
附图说明
图1为本发明在城市地下空间利用和地铁工程地质勘察中的场景示意图;
图2为本发明在水下工程地质勘察中的场景示意图;
图3为本发明在高陡地貌或深埋隧道超前地质预报、溶洞、断层构造勘察中的场景示意图;
图4为本发明在倾斜矿床靶区储量普(详)查中的场景示意图;
图5为本发明在绕障穿越靶区中的应用场景示意图;
图6为本发明在对接井连通中的应用场景示意图;
图7为本发明在特殊目的的定向分支孔应用中的场景示意图;
图8为本发明的典型钻孔结构图;
图9为本发明典型物理测井钻孔轨迹成果图;
图10为本发明的非开挖水平导向五段式轨迹设计图;
图11为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-11,本发明提供的一种实施例:一种深埋长隧道综合勘察方法,包括以下步骤:步骤一,水平定向钻孔轨迹设计及测量放样;步骤二,水平定向钻机设备安装及泥浆循环系统设置;步骤三,弯螺杆钻具靶点定向钻进;步骤四,常规地质取心钻探;步骤五,钻孔轨迹测斜和纠斜;步骤六,进行存储式物理测井和各项试验;步骤七,封孔;
其中在上述步骤一中,参照非开挖水平导向五段式轨迹设计参数,采用作图法或计算法确定钻孔轨迹,然后分别按入钻点、各控制点平面投影坐标进行全站仪或RTK测量放样,并在地面做出标示,钻孔轨迹应结合中靶目的和具体地层情况进行设计,应包含以下内容:轨迹分段形式、入土点与入土角、直线段最大深度、曲线段的曲率半径、直线段与曲线段长度等;同时钻孔轨迹的设计宜考虑到设备的特性、已掌握的地下障碍物情况、地质条件状况、周边环境、地下水及地层情况;钻孔轨迹的具体参数应包括各孔段的顶角、方位角、长度、垂深、水平位移以及定向钻孔中靶孔深和终孔深,其中,五段式轨迹的主要参数计算公式如下:
五段式轨迹的入土角计算公式:
Figure BDA0003344729650000071
五段式轨迹的入土弯曲段水平长度计算公式:
Figure BDA0003344729650000072
各符号含义如下:
α1为入土角(°);H为管线中心线深(m);R1为入土段的曲率半径(m),按经验取值不小于(1200-1500)D,D为岩芯管外径;L1为入土造斜段的水平长度(m);α2为出土角(°);R2为出土时的曲率半径(m);L2为管线出土造斜段的水平长度(m),L3为管线入土造斜段的水平长度(m);
其中在上述步骤二中,根据步骤一中所制作的钻孔轨迹设计图和现场放样成果,进行场地平整,平整完场地后进行水平定向钻机安装和固定,在钻机安装固定后进行泥浆循环系统的布设,在场地条件允许的情况下,可结合入钻点位开挖砌筑泥浆池,考虑泥浆沉淀循环分区,泥浆池大小按1.5~2倍钻孔最大体积容量计算设置尺寸;
其中在上述步骤三中,首先根据设计轨迹选择合适的定向钻进组合钻具,根据钻孔造斜强度需求和钻进效率来选择造合适的斜弯螺杆,通常选择1.5°~1.75°/Φ120弯螺杆马达作为定向钻进造斜工具,如果钻孔总体垂深小于70米并且信号干扰强度小、钻孔总长小于1000米,可以选择无线控向随钻测量系统来完成导向到取心靶区的钻进工作,其它情况则采用有线地磁控向、有线陀螺仪控向等随钻测量系统来完成导向孔的施工,然后通过水平定向孔钻至靶区的导向引孔,在导向孔施工过程中,如果钻遇泥浆护壁堵漏不能解决的浅软复杂地层,则在斜直线段钻孔增加套管钻进护壁工序,完成靶点定向钻进后,则提出定向钻进钻具,进入下一步施工工序,常用导向钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆(1.75°)+Φ171mm三牙轮钻头,常用套管钻进组合钻具如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ178mm钻铤+Φ219mm套管+Φ230mm硬质合金钻头;
其中在上述步骤四中,在完成上述水平定向孔钻至靶区的导向引孔钻进后,则开始常规地质取心钻探工序,利用直螺杆增能驱动金刚石单动双管取心钻具在水平靶区勘察段进行钻进作业,常用取心钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ120mm直螺杆马达+Φ139.7mm岩芯管(单动双管)+Φ152mm金刚石取心钻头,如果是间断取心,地质录井则需要全面分析研判泥浆循环返渣情况,则常用全面钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ140mm扶正器+Φ120mm直螺杆+Φ152mm三牙轮钻头/复合片全面钻头,金刚石单动双管取心钻进工序应注意以下事项:
1)复核上一个钻进回次孔深,测量本回次粗径钻具长度并记录;
2)仔细检查取心钻具的装配是否存在问题,重点检查和维护内、外管螺纹丝扣联接,卡簧座与钻头内台阶间隙是否合理、卡簧与卡簧座的锥度配合是否有利于岩心顺畅进入和退钻时能否顺利卡紧、内管与外管分动平面轴承是否能顺利旋转、内管与调节锁紧螺母间丝扣有没有松动、钻头水口是否通畅等情况,如有异常,在下钻前必须正确处理;
3)由于取心钻具较长,在吊装和下入钻孔前注意配合,保证安全施工;
4)下钻连接泥浆马达时在孔口调试能否正常驱动岩心管回转,有条件时检查内管是否跟着外管在一起回转;
5)加接钻杆下钻到孔底过程中,保证每根钻杆丝扣连接稳妥,孔内钻具夹持牢靠,避免跑钻;下钻过程中以“大泵量、低泵压”档位低速泵入泥浆,也可以不泵泥浆直接回转下钻,到达孔底后复核钻孔孔深;
6)取心进尺钻进过程中,尽量避免回拖钻具,以合适的泵量泵压、推力及扭矩参数匀速钻进,总进尺不得超过岩心内管长度(5.9m);
7)钻进完成后,回拖钻具10-20cm,然后停止泵送泥浆及停止钻杆回转,然后慢速转动30-60s,再停钻只泵送泥浆5-10min,停泵停转后回拖钻具1m,再向前轻推,检查是否有残留岩心留在孔内,如有,可以重复卡心动作,如果残留极少,可以忽略;
8)提钻过程中,为防止岩心在内管中过度摆动、冲刷、磨蚀,不得泵入泥浆,尽量不回转钻杆,直接将钻具提出孔外;
9)完成提钻后,首先拆卸掉金刚石钻头和扩孔器,再拆卸卡簧座,将岩心管头部适当吊起,最后把岩心按先后次序摆放在岩心箱,并进行编号,记录好孔深;
10)进行钻具维护时,首先拆卸岩心管头部保径接头,检查内管平面轴承、锁紧螺母等,然后装配和调整好取心钻具,以备下一个取心回次使用;
其中在上述步骤五中,由于取心施工过程中的钻探技术尚不具备纠斜能力,所以应该在每取心钻探1~3个回次或以“取心钻进+全面钻进”为一个周期,单独进行水平取心段的钻孔测斜工序,如果发现钻孔轨迹出现一定程度的偏差,甚至有超出靶区的趋势,则需要采取纠斜措施,常用纠斜钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆(1°)+Φ150mm三牙轮钻头或适用通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤(带存储式测斜仪)+Φ120mm直螺杆)+Φ171mm三牙轮钻头,完成相应工序环节,重复步骤四,直到完成勘察取心钻探目标;
其中在上述步骤六中,完成取心钻探勘察工作以后,可以结合勘察的具体技术要求来完成各项原位试验和物理测井工作,包括利用钻杆输送存储式物理测井仪进行物理测井,在用清水或空压机洗孔后进行分段压、注水试验和孔内彩电录井等工作,完成相关试验工作后可以进入下一步操作工序。
其中在上述步骤七中,根据相关规范要求,用钻杆从孔底开始压注水泥浆液进行钻孔封闭,边灌注边外提钻杆,直至孔口返出水泥浆液后结束封孔工序。
基于上述,本发明的优点在于,本发明采用水平定向钻探取心勘察,有着较好的发展前景,其创新的勘察工艺技术具有更加经济、实用、直观、快捷的优越性,本方法所建立的系统化、简易化的勘察方法技术体系,对于深埋长隧道(洞)、地下构筑物探洞勘察等领域有着广阔的应用前景,该技术体系包含了水平定向钻孔轨迹控制技术、浅软地层套管护壁工艺技术、水平螺杆马达取心工艺技术、水平钻孔或小角度倾斜钻孔孔斜控制技术和物理测井技术,为现有的勘察方法带来技术上的革新;
其中,水平定向钻孔轨迹控制技术主要指钻孔设备由入钻点钻进到达目标靶点(区),其钻孔方位角、钻孔顶角满足设计要求的定向控制钻探技术,该项技术目前最典型的应用是非开挖导向钻进铺设管道和线缆穿越道路、河流、建(构)筑物等,以及矿山或油气调查开采井定向钻探等工程项目的实施,同时给一些受限于地理位置、环水保要求、交通条件受限、生产成本高昂的无法开展传统垂直钻探工程勘察的项目提供了技术可选项;
浅软地层套管护壁工艺技术多用于钻孔易坍段、常规泥浆护壁极易失效或漏失严重的钻孔施工,本方法中创新性地使用了钻杆做为导向中心杆,套管及套管靴钻头做为主动钻具,其沿导向中心杆进行扩孔钻进,成功穿越了淤泥质粘土、淤泥、淤泥质粉土和砂卵砾石地层,最终安装套管长度126m,嵌入基岩3m,实现了浅软复杂地层的套管护壁和固井作业,确保了后续靶区取心钻探反复提下钻作业和测井等工序安全有效;
水平螺杆马达原状性取心工艺技术主要指由于水平定向钻机回转转速达不到金刚石钻头切削线速度,利用直螺杆(泥浆马达)增能驱动金刚石单动双管取心钻具在水平靶区勘察段进行钻进作业的工艺技术,其中内管由于在工作过程中基本保持不回转的状态,切削岩屑被泥浆循环带出钻孔,柱状岩心呈原位状态进入取心钻具内管,取心完成后提出钻孔可以查明钻进段地层构造信息和地质情况;
水平钻孔或小角度倾斜钻孔孔斜控制技术主要指水平靶区段在取心钻探施工过程中控制钻孔的方位角、钻孔轴线顶角的偏差,本方法在钻具组合方面采取防斜器具和钻进规程参数(钻压、转速、泵量等)控制,实现钻孔防斜,保证设计轨迹不偏离勘察靶区;
存储式物理测井技术主要指钻探完成后对勘察靶区进行物理地球探测,主要测取参数包括电阻率、自然伽玛、温度、井斜、井径等参数,用以地层分层和厚度参考,本方法采用钻杆输送存储式测井工艺,由于仪器在钻具的底部,钻具可以将测井仪器直接输送到井底,仪器下放的过程中可以加压、旋转钻具和循环泥浆,测井过程中可以避免造成仪器损坏和工程事故,利用井下大容量的存储器及电池供电,无需电缆,一次下井可完成测斜、方位、井温、电阻率、声波和井径等常规测井项目。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种深埋长隧道综合勘察方法,包括以下步骤:步骤一,水平定向钻孔轨迹设计及测量放样;步骤二,水平定向钻机设备安装及泥浆循环系统设置;步骤三,弯螺杆钻具靶点定向钻进;步骤四,常规地质取心钻探;步骤五,钻孔轨迹测斜和纠斜;步骤六,进行存储式物理测井和各项试验;步骤七,封孔;其特征在于:
其中在上述步骤一中,参照非开挖水平导向五段式轨迹设计参数,采用作图法或计算法确定钻孔轨迹,然后分别按入钻点、各控制点平面投影坐标进行全站仪或RTK测量放样,并在地面做出标示;
其中在上述步骤二中,根据步骤一中所制作的钻孔轨迹设计图和现场放样成果,进行场地平整,平整完场地后进行水平定向钻机安装和固定,在钻机安装固定后进行泥浆循环系统的布设;
其中在上述步骤三中,首先根据设计轨迹选择合适的定向钻进组合钻具,根据钻孔造斜强度需求和钻进效率来选择造合适的斜弯螺杆,然后通过水平定向孔钻至靶区的导向引孔,在导向孔施工过程中,如果钻遇泥浆护壁堵漏不能解决的浅软复杂地层,则在斜直线段钻孔增加套管钻进护壁工序,完成靶点定向钻进后,则提出定向钻进钻具,进入下一步施工工序;
其中在上述步骤四中,在完成上述水平定向孔钻至靶区的导向引孔钻进后,则开始常规地质取心钻探工序,利用直螺杆增能驱动金刚石单动双管取心钻具在水平靶区勘察段进行钻进作业,如果是间断取心,地质录井则需要全面分析研判泥浆循环返渣情况;
其中在上述步骤五中,由于取心施工过程中的钻探技术尚不具备纠斜能力,所以应该在每取心钻探1~3个回次或以“取心钻进+全面钻进”为一个周期,单独进行水平取心段的钻孔测斜工序,如果发现钻孔轨迹出现一定程度的偏差,甚至有超出靶区的趋势,则需要采取纠斜措施,完成相应工序环节,重复步骤四,直到完成勘察取心钻探目标;
其中在上述步骤六中,完成取心钻探勘察工作以后,结合勘察的具体技术要求来完成各项原位试验和物理测井工作,包括利用钻杆输送存储式物理测井仪进行物理测井,在用清水或空压机洗孔后进行分段压、注水试验和孔内彩电录井工作,完成相关试验工作后进入下一步操作工序;
其中在上述步骤七中,根据相关规范要求,用钻杆从孔底开始压注水泥浆液进行钻孔封闭,边灌注边外提钻杆,直至孔口返出水泥浆液后结束封孔工序。
2.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤一中,钻孔轨迹应结合中靶目的和具体地层情况进行设计,应包含以下内容:轨迹分段形式、入土点与入土角、直线段最大深度、曲线段的曲率半径、直线段与曲线段长度;同时钻孔轨迹的设计宜考虑到设备的特性、已掌握的地下障碍物情况、地质条件状况、周边环境、地下水及地层情况;钻孔轨迹的具体参数应包括各孔段的顶角、方位角、长度、垂深、水平位移以及定向钻孔中靶孔深和终孔深。
3.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤一中,五段式轨迹的入土角计算公式:
Figure FDA0004164492290000021
五段式轨迹的入土弯曲段水平长度计算公式:
Figure FDA0004164492290000022
各符号含义如下:
α1为入土角°;H为管线中心线深m;R1为入土段的曲率半径m,按经验取值不小于1200D-1500D,D为岩芯管外径;L1为入土造斜段的水平长度m;α2为出土角°;R2为出土时的曲率半径m;L2为管线出土造斜段的水平长度m,L3为管线入土造斜段的水平长度m。
4.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤二中,结合入钻点位开挖砌筑泥浆池,考虑泥浆沉淀循环分区,泥浆池大小按1.5~2倍钻孔最大体积容量计算设置尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤三中,选择1.5°~1.75°/Φ120弯螺杆马达作为定向钻进造斜工具,如果钻孔总体垂深小于70米并且信号干扰强度小、钻孔总长小于1000米,选择无线控向随钻测量系统来完成导向到取心靶区的钻进工作,其它情况则采用有线地磁控向、有线陀螺仪控向随钻测量系统来完成导向孔的施工。
6.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤三中,常用导向钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆+Φ171mm三牙轮钻头,常用套管钻进组合钻具如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ178mm钻铤+Φ219mm套管+Φ230mm硬质合金钻头。
7.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤四中,常用取心钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ120mm直螺杆马达+Φ139.7mm岩芯管+Φ152mm金刚石取心钻头,常用全面钻进钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ140mm扶正器+Φ120mm直螺杆+Φ152mm三牙轮钻头/复合片全面钻头。
8.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤四中,金刚石单动双管取心钻进工序应注意以下事项:
1)复核上一个钻进回次孔深,测量本回次粗径钻具长度并记录;
2)仔细检查取心钻具的装配是否存在问题,重点检查和维护内、外管螺纹丝扣联接,卡簧座与钻头内台阶间隙是否合理、卡簧与卡簧座的锥度配合是否有利于岩心顺畅进入和退钻时能否顺利卡紧、内管与外管分动平面轴承是否能顺利旋转、内管与调节锁紧螺母间丝扣有没有松动、钻头水口是否通畅情况,如有异常,在下钻前必须正确处理;
3)由于取心钻具较长,在吊装和下入钻孔前注意配合,保证安全施工;
4)下钻连接泥浆马达时在孔口调试能否正常驱动岩心管回转,有条件时检查内管是否跟着外管在一起回转;
5)加接钻杆下钻到孔底过程中,保证每根钻杆丝扣连接稳妥,孔内钻具夹持牢靠,避免跑钻;下钻过程中以“大泵量、低泵压”档位低速泵入泥浆,或不泵泥浆直接回转下钻,到达孔底后复核钻孔孔深;
6)取心进尺钻进过程中,尽量避免回拖钻具,以合适的泵量泵压、推力及扭矩参数匀速钻进,总进尺不得超过岩心内管长度5.9m;
7)钻进完成后,回拖钻具10-20cm,然后停止泵送泥浆及停止钻杆回转,然后慢速转动30-60s,再停钻只泵送泥浆5-10min,停泵停转后回拖钻具1m,再向前轻推,检查是否有残留岩心留在孔内,如有,重复卡心动作,如果残留极少,忽略;
8)提钻过程中,为防止岩心在内管中过度摆动、冲刷、磨蚀,不得泵入泥浆,尽量不回转钻杆,直接将钻具提出孔外;
9)完成提钻后,首先拆卸掉金刚石钻头和扩孔器,再拆卸卡簧座,
将岩心管头部适当吊起,最后把岩心按先后次序摆放在岩心箱,并进行编号,记录好孔深;
10)进行钻具维护时,首先拆卸岩心管头部保径接头,检查内管平面轴承、锁紧螺母,然后装配和调整好取心钻具,以备下一个取心回次使用。
9.根据权利要求1所述的一种深埋长隧道综合勘察方法,其特征在于:所述步骤五中,常用纠斜钻具组合如下:通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm无磁定向接头+Φ120mm定向弯螺杆1°+Φ150mm三牙轮钻头或适用通缆水龙头+Φ114mm钻杆+Φ127mm无磁钻铤+Φ120mm直螺杆+Φ171mm三牙轮钻头。
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