巫山龙潭沟大桥水上钻探技术分析|岩土工程勘察 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2012-05-22

摘要:本文以巫山龙潭沟特大桥勘察工程为例，分析总结了钻探期间钻船固定、钻孔测放、钻探工艺、安全措施等重难点。以供参考。
关键词：三峡库区；水上钻探；钻船固定；钻孔测放；钻探工艺；安全措施
1 前言
自2004年三峡库区建设至今，三峡水库建设已基本完成。三峡大坝的建设不仅起到了发电、防洪等重大作用。同时带动了三峡库区经济建设的快速发展，加快了道路工程建设速度。而三峡库区道路工程建设中大型桥梁的建设成为很重要的一部分。三峡库区水上钻探工作受库区特殊的水文、地形地貌、水域形成条件、地质条件等诸多因素的影响，勘探工作难度大。巫山龙潭沟大桥位于长江和大宁河交汇处北侧的龙潭沟沟口，原为老县城后缘的坡地地形，地质条件复杂，工程钻探难度大。该工程于2010年元月至7月进行，工程工期较长，工程地质条件复杂，经历了库区蓄水水位的快速变化阶段，该工程的在三峡库区勘察钻探工作中具有很强的代表性。
2工程概况
重庆市巫山县投资建设的巫山县环湖路位于长江和大宁河北岸，为使环湖路便捷畅通，在位于大宁河河口和长江交汇区北侧的龙潭沟沟口投资新建龙潭沟特大桥，该大桥为100m+160m+100m预应力混凝土连续刚构大桥，大桥设两个桥墩。重庆市巫山县新县城东侧的龙潭沟沟口地质条件复杂，其岩层受断层等地质构造的严重影响，地层破碎、岩溶发育，浅部地层为碎石土和角砾岩等。桥墩墩基础埋深深度大，桥墩位勘探点按设计桩位逐桩钻探。由于水上钻探受施工条件的限制，只采用一台钻机进行工程钻探，工程工期较长。今年三峡库区蓄水水位已达到设计最高水位175m（吴淞高程），为了满足不同季节的库区汇水量的变化及防洪、抗洪工作需要，库区水位一般从元月份的175m（吴淞高程）水位下降至145m（吴淞高程）水位，待防洪期（夏季）结束后由145m（吴淞高程）水位蓄水上升至175m（吴淞高程）水位。在下降阶段受库区气候的变化和库区调整计划需要的影响，水位会出现上升或者快速的下降过程。
3 工程难点及解决方案
3.1钻船固定
    水上钻探宜采用水面漂浮钻场施工，首先考虑选择钻船，根据钻探孔深度的不同，并考虑钻探的安全及经济合理，一般宜选择150~200t吨位的铁驳船或者两个木船拼装的方案。驳船因其自身质量大，钻场可作业平台面积大，可优先考虑采用驳船。钻船固定的方向因与波浪传递的方向垂直，减少波浪对船舶的影响。
大桥勘探区域为斜坡地带，与河流河床比较，其船舶固定的难度大，船舶锚不易进入地层，受力后容易出现顺坡滑移，引起船舶移位。船舶固定方案可采用每个方向投掷两根（合计八根）钢丝绳连接重量为300kg~500kg燕子铁锚，选用长为水深6~8倍长度的钢丝绳投掷，钢丝绳与水面夹角应小于10°。船舶固定后，为了加强钻船的稳固性，本工程在船舶两侧采用长为8倍水深钢丝绳连接2m*2m的钢筋笼，钢筋笼内装满大小不等的硬质石块，投掷于水中固定钻船。
3.2钻孔孔位测量
水上钻探对位相对于陆上钻探难度大，钻船的移位石易受水面的水流而出现偏移，然后大桥处于灰岩岩溶区对勘探点位置的准确度要求很高。勘探点定位后，受库区水位下降，特别是快速下降的影响，使固定船舶的钢丝绳容易松动，船舶受水流和波浪作用易出现移位。
测量控制：测量工程师用经纬仪架设于控制点上，在第二控制点架设静止后视棱镜，通过通讯设备指挥钻船上测放点技术人员用棱镜测放钻孔孔位，测量钻机及其立轴所在的实际位置和测放钻孔孔位偏差的距离。将一个方向上连接锚的钢丝绳采取一侧缓慢放松，另一侧缓慢收紧，在调整过程中，测量工程师应随时将钻船需要移动的方向和距离通知移动钻船工作人员，以便根据情况调整锚绳长度调整钻船，当钻机立轴的位置在该方向上与测放钻孔孔位对准时（误差要求不大于10cm），固定住该方向上钢丝绳；再按以上方法调整另一方向上钢丝绳，缓慢调整钻船位置，当钻机立轴对准孔位时（误差要求不大于10cm），固定钻船。再次测量钻机立轴与测放孔位位移，对位移差距较大时，在偏差大的方向进行上述的单个方向上的缓慢移动和固定，使钻船上的钻机位置满足要求对准孔位后，准备开钻。钻机固定开钻以后，每天早晚对钻探位置进行测量，若钻机位置出现较大位移时，对船舶的钢丝绳进行一侧缓慢的放松和另一侧收紧，将船舶位置恢复至原钻探点。在钻探过程中钻探人员通过观察钻探套管的垂直度确定钻探点位移变化，若出现套管出现偏歪时，调整钢丝绳使套管恢复垂直。通过以上两个方面的联合控制，在钻探过程中使钻探点的位置始终保持原位不变。
3.3钻探工艺
巫山龙潭沟区域地质条件复杂，主要岩层为嘉陵组灰岩，受断层等地质构造的影响，浅部地层大多为块碎石、断层角砾岩等，局部溶蚀现象十分发育，在钻探过程中垮孔、漏浆现象严重，因此在钻探技术上采用多种新技术、新方法。本次钻探采用金刚石单动双管钻具+SM胶泥浆技术，钻探过程中下多层套管并保证钻探终孔孔径不小于Φ90mm。保护层套管宜采用Φ168mm的套管，采用Φ146mm的钻头开孔，第一次钻探换径深度宜大于水下25m。如在钻探过程中遇到大的溶洞，出现严重漏浆现象时，可采取将套管下到溶洞底部，然后再继续钻进，若出现小的溶洞建议采取混凝土等采取封孔1~2天，然后按原径钻头钻探，防止因多次套管换径后套管层次过多，钻探钻孔孔径过小。采用新工艺后钻探台月效率由100m提高到200m，岩心采取率达85％～90％，而且取出了土夹块石、断层破碎带、软弱夹层、破碎带样品，并且保证了钻孔终孔孔径不小于Φ90mm。
3.4施工措施
三峡库区蓄水后，长江水域和大宁河水域交通运输繁忙，过境船舶多，特别是高速快艇的班次多，船舶行驶速度快，容易引起大于1.0m以上的波浪。本施工区域为小三峡重要的交通航道，施工区域的船舶管制对工程安全十分重要。在工程开工前，会同业主单位向长江海事局上报水上施工许可报告，由海事局审批许可后，由当地海事部门专门划定施工水域，并在在施工水域设置警戒线，用浮漂把绑扎有红黄相间小旗子的钢丝绳围绕形成整个施工区，在钻船上设置航标，在钻船前后各安装探照灯，专门安排安全人员职守，指挥运输船舶运行，禁止运输船舶进入施工区域，防治运输船舶与钻探船舶发生冲撞的重大安全事故。
因施工季节主要为春夏秋季，在施工期间常出现暴风雨等恶劣天气，最大风力达8级，水浪对钻船的影响很大。因此，水上钻探前应制定详实周密的施工组织计划和安全措施计划。在项目开始时就与当地的气象部门取得联系，得到较为准确的天气预报，特别是出现暴风雨等特殊恶劣天气时，要提前做好各项安全措施，遇到5级及5级以上的大风时，应做好船舶的相关固定工作，按照施工措施紧急救助预案，提前停止施工，详细检查钻船固定钢丝绳，保证钻舶的安全，施工人员转移至陆上。
4  结论与建议
⑴ 三峡库区水上钻探宜选择驳船作为钻探设备固定的钻场，钻船的固定方向必须与波浪移动的方向垂直，减少波浪对钻船的影响。钻船固定建议采用每个方向上2条（共8条）Φ20mm及以上的6~8倍长的钢丝绳连接燕子锚，采用远距离（钢丝绳与水面的夹角小于10°）投掷。在地形条件复杂，固定船舶较困难的坡地地形区域，制作与地面接触面积大、重量重的钢筋笼等物体用钢丝绳连接采取远距离（钢丝绳与水面的夹角宜小于10°）多向投掷（两个方向或者四个方向）。
    ⑵ 钻探钻机在漂浮钻船上移动，其固定和移位均靠连接钢丝绳的绳索的伸缩，钻孔孔位测放对准困难，固定后受库区水位升降、波浪拍打及水流作用，漂浮钻船固定后的位置易出现漂动。建议测量工程师用经纬仪采用极坐标法进行放孔，首先将钻船拖移至钻探孔大致范围内，远距离投掷各方向锚，先前后或者左右固定一个方向上的钢丝，测量工程师观测钻孔孔位与钻船上钻机立轴位置偏移的距离，调整钻船位置，将钻机立轴位置缓慢移动至钻孔孔位后，固定该方向钢丝绳。然后在另一个方向调整钻船位置，将钻机立轴缓慢移动至钻孔孔位对准后，将船舶固定。在地形变化大的坡地地形地段，用钢丝绳连接加强固定锚具（如钢筋笼）远距离（钢丝绳与水面的夹角宜小于10°）投掷。在钻探期间可每天测量钻探点位置和标高，若出现偏移采取以上办法调整至原位，并及时换算孔深等数据。
⑶ 在工程开工大体前了解勘探区域的工程地质情况，建议采用较先进的钻探方法，在灰岩破碎区宜采用金刚石单动双管钻具+SM胶泥浆技术。准备足量的大小和长度不一的保护套管，准备足量的多种型号（大小）的套管、钻头和钻探岩性管。满足在钻探过程中水位变化时的保护套管的接卸；满足在破碎带、岩溶溶洞等地段出现垮孔、漏浆等现象时，可换径下多层套管，变更钻探孔孔径，保证钻探工程满足技术要求。
（4）水域钻探开工前，要会同业主向当地海事部门上报水上钻探施工许可手续，待海事部门许可后，在施工区域配合海事部门做好施工水域警戒标志，在钻船上设置航标，在钻船上应设置夜间船舶预警灯，安排专职人员指挥通行船舶的运行，防治其误入施工区域发生碰撞等严重事故。同时做好水上钻探施工组织措施，编制安全组织措施和紧急救援组织措施。并于当地气象部门做好气象信息预报工作，在异常气候条件下，启动安全预案，遇到5级及5级以上的大风时，停止钻探工作，做好船舶固定工作，钻机等设备的安全工作后，撤离施工船舶至陆上。钻探工作时，必须根据相关计划措施做好安全和救援保护工作。防治安全事故和火灾的发生。
结束语
    三峡库区水上钻探工作是一项复杂的施工作业程序，三峡库区因其特殊的水文、地形地貌、水域形成条件及地质条件的因素，其水上钻探工作难度大。在以后施工过程中必须遵循相关规范的要求，采用合理的钻探技术，结合新的技术和方法，并在实际工作中不断总结和改进原有的技术方法。通过本工程实践的总结为以后三峡库区水上工程实现安全、准确、及时、高效的完成提供必要的技术支持。
参考文献：
⑴ 陈六一. 三峡库区重庆巫山二郎庙滑坡勘察取芯取样技术《探矿工程：岩土钻探工程》 [J] 2004年2期
⑵ 佚名. 内河水上工程地质钻探平台钻孔定位 [J]