一种基于薄壁钻具的工程地质钻探施工方法与流程

本发明涉及工程地质钻探技术领域，尤其涉及一种基于薄壁钻具的工程地质钻探施工方法。

背景技术：

工程地质钻探是按照一定的目的与要求，利用钻探机具钻入地层，取出岩芯和土样以探明地质情况和地基承载能力，这需要钻进表土层并具有特殊的取样要求，而且还需要在钻孔内进行专门的测试工作，采取原状土样是工程钻探的目的之一，这是为测定土的天然结构的容量、密度、温度、抗剪切强度和压缩系数等物理力学性质，以进行岩土的特性描述并确定土层的承载能力和稳定性，为各类工程建筑提供可靠的设计依据。

目前应用最广的工程地质钻探是利用立轴钻机（如XY-1或XY-2型）和单管钻具，用硬质合金钻头机械回转方法钻进，不送水干钻，每次进尺0.5~2米，提一次大钻，取岩芯和进行标准贯入试验时需要将全套钻杆钻具从孔内提出来，，这种方法最大的优点是成本低，操作简单，但钻机钻具的局限性、缺点也非常明显，由于采用单管钻进，对土层扰动大，复杂地层难提取原状土样，导致岩芯质量不佳；在取芯和标准贯入试验时，还需要反复提起或放下整个钻杆和钻具，容易破坏孔壁，经常发生掉块、塌孔等现象，导致卡钻事故；此外，在进行标准贯入试验时，钻杆受到锤击发生弹性变形易撞击孔壁，影响孔壁稳定，同时钻杆与孔壁摩擦影响测试精度。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于薄壁钻具的工程地质钻探施工方法，其采用单动双管钻具全孔跟管钻进，在取芯和标准贯入试验时，钻杆和外管总成则始终在钻孔内保持不动，对土层扰动小，保护孔壁免受破坏。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于薄壁钻具的工程地质钻探施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、选择钻具，所述钻具采用单动双管的薄壁钻具，所述钻具包括外管总成和内管总成，所述外管总成包括外管以及安装在外管下端的薄壁钻头，所述内管总成包括岩芯管和可卡置在外管总成内的弹卡；

步骤二、将薄壁钻头安装在外管下端，并将岩芯管安装在弹卡下端，弹卡悬挂在外管总成内，外管总成上端通过钻杆与钻机的动力头连接；

步骤三、钻机的动力头驱动钻杆带动外管总成上的薄壁钻头旋转切削岩土，油缸加压进给，而岩芯管保持不旋转状态并套取岩芯，岩芯不断地进入岩芯管里；

步骤四、当钻进的深度达到岩芯管的长度后，油缸将整个钻具提离孔底一小段距离以拔断岩芯，并通过钻机的夹持器夹紧固定钻杆；

步骤五、放下绳索取芯打捞器，将装满岩芯的内管总成打捞出来，而钻杆和外管总成则保持不动，更换另一套内管总成以重新放入外管总成内进行下一轮的钻进；

步骤六、重复步骤三至步骤五，直至钻进到预期钻探的深度后，油缸将整个钻具提离孔底一小段距离以拔断岩芯，放下绳索取芯打捞器，将装满岩芯的内管总成打捞出来，而钻杆和外管总成在钻孔内保持不动；

步骤七、将标准贯入器通过一根根测试杆连接起来，穿过钻杆和外管总成送至钻孔底部；

步骤八、测试杆的顶端连接标贯锤座，利用测试杆上方的标贯锤自由落体的方式击打标贯锤座，进行标准贯入试验，在试验期间，钻杆和外管总成在钻孔内保持不动；

步骤九、标准贯入实验完成后，利用主卷扬机快速地将标准贯入器提出来。

作为上述技术方案的改进，在步骤四和步骤六中，油缸将整个钻具提离距孔底100mm处以拔断岩芯。

作为上述技术方案的改进，所述外管总成的最小内径不低于56mm，所述标准贯入器的最大外径不超过50mm。

作为上述技术方案的改进，所述薄壁钻头的外径为75.7mm，内径为56mm。

作为上述技术方案的改进，在步骤二中，调整并检查内管总成的长度，保证其不与钻头内壁的台阶部位不接触，过水间隙不超过1mm。

本发明的有益效果有：

本钻探施工方法采用单动双管钻具全孔跟管钻进，在回转时压入钻进，钻进速度非常快，泥浆消耗少，岩芯管保持不旋转状态，对土层扰动小，取芯质量高，可提取原状土样，在取芯和标准贯入试验时，钻杆和外管总成则始终在钻孔内保持不动，保护孔壁，避免反复提钻破坏孔壁，同时也减少测试杆与孔壁的摩擦，减少不确定因素，使试验结果更准确。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明实施例在钻进取芯时的结构示意图；

图2是本发明实施例在标准贯入试验时的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示 ，本发明中的钻具为单动双管的薄壁钻具，包括外管总成1和插设在外管总成1内的内管总成2，所述外管总成1包括从上至下依次连接的弹卡挡头11、弹卡室12、座环13、外管14、扩孔器15以及薄壁钻头16，所述外管总成1的最小内径不低于56mm，薄壁钻头16采用硬质合金制成，也可采用复合片钻头或金刚石孕镶钻头，外径为75.7mm，内径为56mm，所述内管总成2包括从上至下依次连接的钻具头总成21、岩芯管22、卡簧座23以及卡簧24，座环13可限位支撑钻具头总成21，钻具头总成21上设有可与弹卡挡头11配合卡紧的弹卡25。

如图2所示，外管总成1内穿设有测试杆3，测试杆3上端连接标贯锤座4，下端连接标准贯入器5，标准贯入器5的最大外径不超过50mm，以便插入外管总成1内。

本发明的一种基于薄壁钻具的工程地质钻探施工方法，包括以下步骤：

步骤一、选择钻具，所述钻具采用单动双管的薄壁钻具；

步骤二、将薄壁钻头16安装在外管14下端，并将岩芯管22安装在弹卡25下端，弹卡25悬挂在弹卡室12内，调整并检查内管总成2的长度，保证卡簧座23不与钻头16内壁的台阶部位不接触，过水间隙不超过1mm，弹卡挡头11上端通过钻杆与钻机的动力头连接；

步骤三、钻机的动力头驱动钻杆带动外管总成1上的薄壁钻头16旋转切削岩土，油缸加压进给，而岩芯管22保持不旋转状态并套取岩芯，岩芯不断地进入岩芯管22里；

步骤四、当钻进的深度达到岩芯管22的长度后，油缸将整个钻具提离距孔底100mm处以拔断岩芯，并通过钻机的夹持器夹紧固定钻杆；

步骤五、放下绳索取芯打捞器，将装满岩芯的内管总成2打捞出来，而钻杆和外管总成1则保持不动，更换另一套内管总成2以重新放入外管总成1内进行下一轮的钻进；

步骤六、重复步骤三至步骤五，直至钻进到预期钻探的深度后，油缸将整个钻具提离距孔底100mm处以拔断岩芯，放下绳索取芯打捞器，将装满岩芯的内管总成2打捞出来，而钻杆和外管总成1在钻孔内保持不动；

步骤七、将标准贯入器5通过一根根测试杆3连接起来，穿过钻杆和外管总成1送至钻孔底部；

步骤八、测试杆3的顶端连接标贯锤座4，利用测试杆3上方的标贯锤自由落体的方式击打标贯锤座4，进行标准贯入试验，在试验期间，钻杆和外管总成1在钻孔内保持不动；

步骤九、标准贯入实验完成后，利用主卷扬机快速地将标准贯入器5提出来。

在本发明方法的步骤二中，卡簧座23不与钻头16内壁的台阶部位不接触，方便送水钻进，而过水间隙不超过1mm，能够避免泥土在钻进过程中进入到岩芯管22与外管14之间的间隙中，防止导致卡死岩芯管22。

钻具在回转时压入钻进，全孔跟管钻进速度非常快，在沙岩地层及鹅卵石地层能够在8小时内钻进25米左右，泥浆消耗少，由于岩芯管22保持不旋转状态，对土层扰动小，取芯质量高，可提取原状土样，在取芯和标准贯入试验时，钻杆和外管总成1则始终在钻孔内保持不动，起到保护孔壁的作用，避免反复提钻破坏孔壁，同时也减少测试杆3与孔壁的摩擦，避免测试杆3弯曲变形时撞击孔壁，减少不确定因素，使试验结果更准确。

以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。