CN116044368B - 一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，包括如下步骤：步骤1、根据不同的勘察对象与现场地形地貌的相对位置关系，选择不同的曲线型定向钻类型；步骤2、根据曲线型定向钻类型，确定钻孔的轨迹参数；步骤3、现场测量放样，并根据实际地形复核、调整入土点；步骤4、根据调整后的入土点重新计算轨迹参数；步骤5、定向钻机安装与调试；步骤6、根据曲线型定向钻类型进行钻孔钻进施工、曲率校正与终孔验收；步骤7、定向钻孔岩芯地质编录。本发明能够有效提高地质勘察质量和钻孔利用率，减少无效孔段，降低勘探成本，提高施工进度，消除了传统勘探布设方法的弊端，达到提质增效的目的。

Description

一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法
技术领域
本发明涉及地质勘察技术领域，特别是涉及一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法。
背景技术
目前在高山峡谷区常规的钻探布设方法是自地表向下以铅直钻孔为主，方向单一，其主要缺点是钻孔与不良地质现象的夹角多变，所揭示地质资料不理想；其次是勘探钻孔深度大、但有效孔段仅为孔底末端，钻孔利用率极低，事倍功半；同时受控于勘察经费的限制往往勘探点数量有限，以点代线的勘察精度不高。
传统的地下洞室群工程地质勘察中，查明地下洞室等部位的工程地质条件，往往需开挖大量平洞，平洞开挖一方面受火工品管控影响施工成本高、进度慢，爆破振动也会对环境产生不良效应，同时由于弃渣的随意堆放往往会带来一些生态环境、地质灾害等问题，或受困于地形等条件控制，平洞往往无法实施。
在一些环境敏感区、禁止施工的航道内、或水流湍急的河道内，传统的勘探手段主要是在水域内搭建勘探平台后，以铅直钻孔进行勘探，受控于河流、航道限制等因素往往无法实施，进而只能通过物探手段进行相关分析，但物探成果具有多解性，不能准确的指导设计及施工。
故提出一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，以解决上述现有技术存在的问题，在地质勘察钻孔的利用率上，减少无效孔段，降低勘探成本，提高施工进度，消除了传统勘探布设方法的盲目性、低效性、不准确性、无针对性、不经济性等弊端。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，包括如下步骤：
步骤、根据抽水蓄能发电工程、压缩空气储能发电工程、水利水电工程深埋地下洞室、大坝及其枢纽建筑物、断裂带、溶洞勘察对象与现场地形地貌的相对位置关系，选择不同的曲线型定向钻类型；
步骤2、根据曲线型定向钻类型，确定钻孔的轨迹参数；
步骤3、现场测量放样，并根据实际地形复核、调整入土点；
步骤4、根据调整后的入土点重新计算轨迹参数；
步骤5、定向钻机安装与调试；
步骤6、根据曲线型定向钻类型进行钻孔钻进施工、曲率校正与终孔验收，钻进过程中对于钻孔轨迹和岩层分层长度量测最大允许偏差确定为：每1000m水平偏移公差为±3m内，垂直偏移公差为±2m内，钻进过程中每50m应测量一次钻孔的顶角、方位角，钻孔顶角和方位角的测量公差分别±0.1°和±3°的范围内，并在地层交界面处校核钻孔坐标；
步骤7、定向钻孔岩芯地质编录。
优选的，所述曲线型定向钻包括ノ型综合布设法、人字型布设法、U型布设法、多层L型布设法、羽型布设法、树枝型布设法。
优选的，所述ノ型综合布设法的所述入土点在河流两侧的地形线上，所述入土点高于所述河流平面，所述ノ型综合布设法的轨迹高于尾水洞和引水洞并穿过地下厂房,所述ノ型综合布设法包括第一主孔和两第一支孔，两所述第一支孔和所述第一主孔连通。
优选的，所述人字型布设法的所述入土点位于冲沟内，所述人字型布设法的钻孔轨迹到达隧洞，然后拐向所述隧洞轴线方向，所述人字型布设法包括第二主孔和若干第二支孔，若干所述第二支孔与所述第二主孔连通。
优选的，所述U型布设法的入土点位于地勘平洞内，所述地勘平洞位于河流两侧，所述U型布设法的钻孔轨迹穿过所述河流下方，所述U型布设法的出土点位于所述河流另一侧的所述地勘平洞内。
优选的，所述多层L型布设法的入土点位于地勘平洞内，所述地勘平洞位于河流一侧，所述多层L型布设法包括一个第三主孔和若干第三支孔，若干所述第三支孔和所述第三主孔连通，所述第三支孔位于所述河流下方。
优选的，所述羽型布设法的入土点位于岩体地形线上，所述羽型布设法包括第四主孔和若干第四支孔，若干所述第四支孔与所述第四主孔连通，若干所述第四支孔方向与所述主孔方向之间有夹角。
优选的，所述树枝型布设法的入土点位于岩体地形线上，所述树枝型布设法包括第五主孔和若干第一分孔，若干所述第一分孔与所述第五主孔连通，所述第一分孔上开设有若干第二分孔。
优选的，所述步骤2中轨迹参数包括入土点位置、造斜点或分支点的位置、弯曲孔段的曲率和长度以及各孔段的长度、各孔段始末点的顶角和方位角、各孔段始末点垂深和水平移距空间参数，所述步骤3中所述入土点在测量放样后根据现场微地貌条件、机械设备安装位置进行微调，所述步骤4中所述入土点发生微调后根据平、剖面图重新换算曲线、顶角钻孔轨迹参数，
优选的，所述入土点是钻进时钻头开始进入地层的地点，所述造斜点或分支点是指钻孔为到达勘察对象、避开不利地形，以及为查明不同高程不同段岩体的地质情况，而布置的弯曲段或分支段起点，所述曲率是指钻孔为到达勘察对象或避开不利地形，采取的轨迹弯曲程度，由所述入土点与所述勘察对象的空间位置关系，结合曲线型定向钻钻探工艺综合确定，所述步骤5是将所述定向钻机及材料、备件搬运至现场入土点位置，进行场地平整和水、电、油运送至孔口，然后按照不同钻孔的方位和顶角进行钻机安装和定位，对钻机的功能和性能进行测试和调试。
本发明公开了以下技术效果：本发明中，钻进时可选择合适的曲线型定向钻类型路线到达勘察对象，无效进尺和工作量大大减少，综合效率高，较传统的直线型钻孔可以更完整、真实揭露勘察对象处的地质情况，达到传统直线型钻孔无法达到的精度；可从多个部位进入勘察区域内进行钻探，可代替平洞勘察，且具有施工成本低、进度快、以及受场地限制小的优点；河床对穿孔可以避开河道等无法实施区域后顺利进入勘察区域内再进行钻探等，具有很好的灵活性，提高施工效率，节约投资与工期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法及工艺流程图；
图2为本发明ノ型综合布设法剖面图；
图3为本发明ノ型综合布设法俯视图；
图4为本发明人字型布设法示意图；
图5为本发明U型布设法示意图；
图6为本发明多层L型布设法示意图；
图7为本发明羽型布设法示意图；
图8为本发明树枝型布设法示意图；
其中，1、地形线；2、第一主孔；3、第一支孔；4、第二主孔；5、第二支孔；6、地勘平洞；7、河流；8、入土点；9、地下厂房；10、尾水洞；11、引水洞；12、隧洞；13、冲沟；14、第三主孔；15、第三支孔；16、第四主孔；17、第四支孔；18、第五主孔；19、第一分孔；20、第二分孔；21、断层带；22、溶洞；23、暗河；24、软弱条带；25、深卸荷带；26、岩溶；27、出土点。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-8，本发明提供一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，包括如下步骤：
步骤1、根据抽水蓄能发电工程、压缩空气储能发电工程、水利水电工程深埋地下洞室、大坝及其枢纽建筑物、断裂带、溶洞勘察对象与现场地形地貌的相对位置关系，选择不同的曲线型定向钻类型；
步骤2、根据曲线型定向钻类型，确定钻孔的轨迹参数；
步骤3、现场测量放样，并根据实际地形复核、调整入土点8；
步骤4、根据调整后的入土点8重新计算轨迹参数；
步骤5、定向钻机安装与调试；
步骤6、根据曲线型定向钻类型进行钻孔钻进施工、曲率校正与终孔验收，钻进过程中每50m应测量一次钻孔的顶角、方位角，钻孔顶角和方位角的测量公差分别±0.1°和±3°的范围内，并在地层交界面处校核钻孔坐标，钻进过程中每50m应测量一次钻孔的顶角、方位角，钻孔顶角和方位角的测量公差分别±0.1°和±3°的范围内，并在地层交界面处校核钻孔坐标；
步骤7、定向钻孔岩芯地质编录。
步骤1中，根据设计平面图、剖面图，充分分析拟勘察的对象，针对大坝、地下厂房、长引水隧洞等地下建筑物的不同特点，结合已有地形地貌资料，优选出地表到达勘察对象的最优路线，进而确定理论最佳入土点、曲率、造斜点、分支点、深度及适用的曲线型定向钻类型。
进一步优化方案，曲线型定向钻包括ノ型综合布设法、人字型布设法、U型布设法、多层L型布设法、羽型布设法、树枝型布设法。
进一步优化方案，ノ型综合布设法的入土点8在河流7两侧的地形线1上，入土点8高于河流7平面，ノ型综合布设法的轨迹高于尾水洞10和引水洞11并穿过地下厂房9,ノ型综合布设法包括第一主孔2和两第一支孔3，两第一支孔3和第一主孔2连通。
参照图2和图3，在选择曲线型定向钻类型时，针对一般的深埋地下构筑物的勘察，如地下厂房高程低于河床的情况，一般的水平孔不能查明需要高程的围岩情况，直线型定向下斜孔也不能查明沿线引水洞的围岩情况，图2和图3所示的曲线型定向钻“ノ型”综合布设法(平+斜孔)可以使钻孔轨迹完全按照引水洞11轴线到达厂房，查明引水洞11线与厂房围岩情况，解决传统勘探的局限性问题。
进一步优化方案，人字型布设法的入土点8位于冲沟13内，人字型布设法的钻孔轨迹到达隧洞12，然后拐向隧洞12轴线方向，人字型布设法包括第二主孔4和若干第二支孔5，若干第二支孔5与第二主孔4连通。
参照图4，在选择曲线型定向钻类型时，针对深埋隧洞12的勘察，传统直线型钻孔不能查明长隧洞中间段的围岩地质情况，平洞勘察深度也极大，经济性差，是长引水隧洞勘察中的难点，图4所示的曲线型定向钻的“人字型”布设法有效解决了上述问题，借助局部地形存在冲沟或凹槽等优势，使钻孔短距离到达洞线后拐向隧洞12线轴方向，达到长引水隧洞中间段勘察的目的。
进一步优化方案，U型布设法的入土点8位于地勘平洞6内，地勘平洞6位于河流7两侧，U型布设法的钻孔轨迹穿过河流7下方，U型布设法的出土点27位于河流7另一侧的地勘平洞6内。
参照图5，在选择曲线型定向钻类型时，针对查明河床是否存在顺河向断层带21、高地应力条件下饼状岩体等不良地质条件的情况，图5所示的曲线型定向钻“U型”布设法可以解决河床垂直孔的局限性问题和过河平洞勘探的高难度及不经济性问题；也适用于特殊地形的地下暗河23及溶洞22的勘察。
进一步优化方案，多层L型布设法的入土点8位于地勘平洞6内，地勘平洞6位于河流7一侧，多层L型布设法包括一个第三主孔14和若干第三支孔15，若干第三支孔15和第三主孔14连通，第三支孔15位于河流7下方。
参照图6，在选择曲线型定向钻类型时，针对河床坝基建基岩体质量的勘察，尤其是河床岩层产状为陡倾角的层状岩体的勘察，或查明河床是否存在顺河向断裂带、陡倾的软弱条带24等，图6所示的曲线型定向钻“多层L型”布设法可以通过第三主孔14加多层L型第三支孔15的布设，查明不同高程建基面的岩体质量。
进一步优化方案，羽型布设法的入土点8位于岩体地形线1上，羽型布设法包括第四主孔16和若干第四支孔17，若干第四支孔17与第四主孔16连通，若干第四支孔17方向与第四主孔16方向之间有夹角。
参照图7，在选择曲线型定向钻类型时，针对深卸荷带或深埋陡倾断层带21的勘察，图7所示的曲线型定向钻“羽型”布设法自坡顶布设垂直主孔，顺第四主孔16沿不同高程向两侧布设若干第四支孔17，查明不同高程深卸荷带25、深埋陡倾断层带21的勘察，解决水平深孔的不经济性问题与低效性问题，代替不同高程的勘探平洞，节约投资与工期。
进一步优化方案，树枝型布设法的入土点8位于岩体地形线1上，树枝型布设法包括第五主孔18和若干第一分孔19，若干第一分孔19与第五主孔18连通，第一分孔19上开设有若干第二分孔20。
参照图8，在选择曲线型定向钻类型时，针对深埋岩溶、陡倾断层带21的勘察，图8所示的曲线型定向钻“树枝型”布设法自坡顶布设垂直第五主孔18，顺第五主孔18沿不同高程向两侧布设第一分孔19，沿第一分孔19继续布设第二分孔20，呈树枝状分布，直至查明岩溶26、断层带21的分布范围，解决水平深孔的不经济性问题与低效性问题，代替不同高程的勘探平洞，节约投资与工期。
进一步优化方案，步骤2中轨迹参数包括入土点8位置、造斜点或分支点的位置、弯曲孔段的曲率和长度以及各孔段的长度、各孔段始末点的顶角和方位角、各孔段始末点垂深和水平移距空间参数，步骤3中入土点8在测量放样后根据现场微地貌条件、机械设备安装位置进行微调，步骤4中入土点8发生微调后根据平、剖面图重新换算曲线、顶角钻孔轨迹参数，步骤5是将定向钻机及材料、备件搬运至现场入土点8位置，进行场地平整和水、电、油运送至孔口，然后按照不同钻孔的方位和顶角进行钻机安装和定位，对钻机的功能和性能进行测试和调试，步骤6钻进过程中对于钻孔轨迹和岩层分层长度量测最大允许偏差确定为：每1000m水平偏移公差为±3m内，垂直偏移公差为±2m内。
进一步优化方案，入土点8是钻进时钻头开始进入地层的地点，该点是根据设计图纸计算的最优入土点8，目的是借助地形优势缩短无效孔段，造斜点或分支点是指钻孔为到达勘察对象、避开不利地形，以及为查明不同高程不同段岩体的地质情况，而布置的弯曲段或分支段起点，曲率是指钻孔为到达勘察对象或避开不利地形，采取的轨迹弯曲程度，由入土点8与勘察对象的空间位置关系，结合曲线型定向钻钻探工艺综合确定。
步骤7中钻孔编录根据空间方位角进行三角函数换算。
步骤7地质编录是借助孔内摄像对钻孔内地质信息进行解译。
本发明通过造斜与分支设计后，钻进可按照最短路线到达勘察对象，无效进尺和工作量大大减少，综合效率高，资料可利用程度高，较传统的以点带线的勘探可以更完整、真实、具有针对性地揭露工程区不同部位的地质情况，达到传统铅直孔无法达到的精度和效果；通过灵活的造斜与分支设计，可从多个部位进入勘察区域内进行定向钻探，某种程度上可代替平洞勘察，且具有施工成本低、进度快、以及受场地限制小的优点；通过合理的造斜与分支设计后，可以避开上述无法实施区域后顺利的进入勘察区域内再进行钻孔勘察，具有很好的灵活性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据抽水蓄能发电工程、压缩空气储能发电工程、水利水电工程深埋地下洞室、大坝及其枢纽建筑物、断裂带、溶洞勘察对象与现场地形地貌的相对位置关系，选择不同的曲线型定向钻类型；
所述曲线型定向钻包括ノ型综合布设法、人字型布设法、U型布设法、多层L型布设法、羽型布设法、树枝型布设法；
所述ノ型综合布设法的入土点(8)在河流(7)两侧的地形线(1)上，所述入土点(8)高于所述河流(7)平面，所述ノ型综合布设法的轨迹高于尾水洞(10)和引水洞(11)并穿过地下厂房(9),所述ノ型综合布设法包括第一主孔(2)和两第一支孔(3)，两所述第一支孔(3)和所述第一主孔(2)连通；
所述人字型布设法的入土点(8)位于冲沟(13)内，所述人字型布设法的钻孔轨迹到达隧洞(12)，然后拐向所述隧洞(12)轴线方向，所述人字型布设法包括第二主孔(4)和若干第二支孔(5)，若干所述第二支孔(5)与所述第二主孔(4)连通；
所述U型布设法的入土点(8)位于地勘平洞(6)内，所述地勘平洞(6)位于河流(7)两侧，所述U型布设法的钻孔轨迹穿过所述河流(7)下方，所述U型布设法的出土点(27)位于所述河流(7)另一侧的所述地勘平洞(6)内；
所述多层L型布设法的入土点(8)位于地勘平洞(6)内，所述地勘平洞(6)位于河流(7)一侧，所述多层L型布设法包括一个第三主孔(14)和若干第三支孔(15)，若干所述第三支孔(15)和所述第三主孔(14)连通，所述第三支孔(15)位于所述河流(7)下方；
所述羽型布设法的入土点(8)位于岩体地形线(1)上，所述羽型布设法包括第四主孔(16)和若干第四支孔(17)，若干所述第四支孔(17)与所述第四主孔(16)连通，若干所述第四支孔(17)方向与所述第四主孔(16)方向之间有夹角；
所述树枝型布设法的入土点(8)位于岩体地形线(1)上，所述树枝型布设法包括第五主孔(18)和若干第一分孔(19)，若干所述第一分孔(19)与所述第五主孔(18)连通，所述第一分孔(19)上开设有若干第二分孔(20)；
步骤2、根据曲线型定向钻类型，确定钻孔的轨迹参数；
步骤3、现场测量放样，并根据实际地形复核、调整入土点(8)；
步骤4、根据调整后的入土点(8)重新计算轨迹参数；
步骤5、定向钻机安装与调试；
步骤6、根据曲线型定向钻类型进行钻孔钻进施工、曲率校正与终孔验收，钻进过程中对于钻孔轨迹和岩层分层长度量测最大允许偏差确定为：每1000m水平偏移公差为±3m内，垂直偏移公差为±2m内，钻进过程中每50m应测量一次钻孔的顶角、方位角，钻孔顶角和方位角的测量公差分别±0.1°和±3°的范围内，并在地层交界面处校核钻孔坐标；
步骤7、定向钻孔岩芯地质编录。
2.根据权利要求1所述的曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，其特征在于：所述步骤2中轨迹参数包括入土点(8)位置、造斜点或分支点的位置、弯曲孔段的曲率和长度以及各孔段的长度、各孔段始末点的顶角和方位角、各孔段始末点垂深和水平移距空间参数，所述步骤3中所述入土点(8)在测量放样后根据现场微地貌条件、机械设备安装位置进行微调，所述步骤5是将所述定向钻机及材料、备件搬运至现场入土点(8)位置，进行场地平整和水、电、油运送至孔口，然后按照不同钻孔的方位和顶角进行钻机安装和定位，对钻机的功能和性能进行测试和调试。
3.根据权利要求2所述的曲线型定向钻地质勘探钻孔布设方法，其特征在于：所述入土点(8)是钻进时钻头开始进入地层的地点，所述造斜点或分支点是指钻孔为到达勘察对象、避开不利地形，以及为查明不同高程不同段岩体的地质情况，而布置的弯曲段或分支段起点，所述曲率是指钻孔为到达勘察对象或避开不利地形，采取的轨迹弯曲程度，由所述入土点(8)与所述勘察对象的空间位置关系，结合曲线型定向钻钻探工艺综合确定，所述步骤4中所述入土点(8)发生微调后根据平、剖面图重新换算曲线、顶角钻孔轨迹参数。
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