1、UDC P 中华人民共和国行业标准TB TB 10014-98 铁路工程地质钻探规程Code for glogical drilling 。frailway engineering 1998-02-03 发布1998-07-01 实施中华人民共和国铁道部发布铁路工程地质钻探规程条文说明本条文说明革对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为丁减少篇幅，只列条文号，永抄录原条文。1.0.3 钻探机械类型系指钻机、水泵、钻塔、搅拌机、拧管机的类别和型号。选择合适的类型，并按照使用说明书的要求使用、保养，就能使其保持良好状态，充分发挥机具设备能力。钻探质量的好坏直接影响到地
2、质基础资料的完整准确。当前岩芯采取率低是普通存在的问题，其关键在于钻进的方法。条文中指出的几点，只是原则性的，在实际工作中，还应采取具体措施，切实保证取得必要的地质资料。1.0.4钻探是地质勘探工作的手段之一，劳力和材料消耗大，成本较高。因此，应与其他勘探手段密切配合，在满足设计要求前提下，尽可能减少钻孔，以节省勘探费用。1.0.5 安全技术操作规定主要指各种钻探机具设备，按照技术性能，在其使用说明中规定的操作、维修保养等内容。凡使用设备的人员，必须认真学习使用说明书，并严格按照执行，才能保证安全，达到机具设备能力的发挥。钻探工作中的安全防护是多方面的，附录A规定了在一般情况下的安全防护内容，
3、因此从事钻探人员，必须针对不同的钻探具体条件，认真研究安全问题，制定安全防护措施，达到钻探的每项工作都在安全的情况下进行。1.0.6 国家和铁道部现行有关标准主要指:(铁路工程地质技术规范、铁路供水水文地质勘测规则、铁路物理勘探技术规则、动力触探技术规定、铁路工程地质岩溶勘测规则、铁86 路工程地质软土勘测规则、静力触探技术规则、铁路工程地质膨胀土勘测规则上铁路工程地质滑坡勘测规则上铁路工程地质泥石流勘测规则等。2.1.1 钻探方法的选择指破碎岩石、取芯取样工具、护孔方法与工艺的选择和使用等。铁路地质钻探多为岩芯钻探，其破碎岩石主要是回转钻进(硬质合金钻进、钢粒钻进、金刚石钻进)，少量用其他方
4、法破碎岩石(冲击方法、震动钻进、冲击回转钻进)。在选择钻探方法时应首先满足工程要求，再结合条文中其他几个因素综合考虑，做到技术上可行，经济上合理。2.1.2 钻探设备的类型较多，当按条文中指出因素进行设备选择时，应考虑设备来源、搬迁维修方便、燃料节省、经济效果好。铁路工程地质钻探多为模孔，并且孔径较大，目前主要推广使用钻机的孔径和可钻深度见说明表2.1.20说明表2.1.2钻机的孔径与可钻深度陆岳E哇:1m)150 130 110 91 75 GX-50型20 30 50 70 100 XY-1T型30 50 70 100 150 2.2.1 常用场地面积，是常规口径(75-掉150mm，以下
5、相同)下，钻不同深度的钻机场地需要的最小面积。钻探100m的机场为8mX4 m，钻探300m的机场为10mX7 m，钻深600m 的机场为llmx8m。2.2.2 近年来地下设施增多，一些地区地下管线已埋置成阿状。在钻探中钻断地下管线事故时有发生，造成较大经济损失。为了避免此种情况发生，机组和地质人员必须注意钻孔位置。凡在地下设施地区，在钻探前应搜集地下设施施工图，找准其具体位置，钻孔采取避让。若不清楚位置，必须采用物探等仪器探测。或埋深烧时，可人工开挖，只有探明后才可确定钻孔位置进行钻 87 探。2.2.4 高度为12m以上的四脚塔架其安装方法应按照该种塔架的使用说明书进行，一般情况下，在调
6、平塔脚后按塔柱、横拉杆、斜支撑顺序自下而上逐层安装。2.2.5 油压钻机的油路系统元件连接处为避免油液世漏和空气进入油液，均装有橡胶0型等密封圈。油泵、多路操纵阀等组件的加工精度高，安装要求严格，故尽量少拆液压系统元件，以免损坏。拆回转器时必须拆卸给进油缸的油管接头，而该接头大多已用快换接头，拆装方便。3. 1.1 本规程所提岩石等级是按国家计委计设(1984)863号文发布的工程勘察取费标准及其1992修定本中岩石分类划分的，下列各条文均如此。岩石对钻具的磨损能力受岩石本身结构组成和操作技术的影响，岩石的研磨性按其强弱分为三类:弱研磨性、中研磨性、强研磨性。参照地质出版社钻探工程和其他部的有
7、关规定。3.1.2 硬质合金钻头坯若短于45mm (不包括丝扣部分)，在敲打岩芯时丝扣易被损坏，而且自由钳拧卸钻头易夹住和损坏硬质合金块。常规口径钻头上端有内圆锥度后便于投放卡料卡取岩芯，减小冲洗液流通阻力，加工钻头不应忽视其内圆锥度。参照人民铁道出版社铁路钻探技术手册。钻头硬质合金出刃量，根据岩石硬度在一定范围选择，否则出现崩刃、钻头通不过套管或加大了岩芯磨削量，减小岩芯直径。软质岩石指中硬以下弱、中研磨性岩石，硬质合金钻头出刃量应选用大值并且外出刃量大于内出刃量，以减小冲洗岩粉的阻力，保持孔底干净。硬质岩石指H级中研磨性弱的岩石。岩石的可钻性指在一定技术条件下钻进岩石的难易程度(即岩石的八
8、级分类)。切削具的刃尖角卢(也称磨锐角，是切削具的前刃面与后刃面之间的夹角)越小，越有利于切入岩石，但也越容易磨损和崩刃。切削角(也称镶焊角，是刃尖角加切削具后刃面与岩石平面之间的夹角之和)有三种形式:直镶(=88 90.)、正斜镶(90.)。刃尖角和切削角对钻进效率和钻头耐用性有很大影响，其角度大小按岩石可钻性等级而定。钻头镶焊硬质合金块的数量应保证每块硬质合金能承受一定压力。在一定范围内，增加硬质合金块数量等于增加同时工作的切削具，可以提高钻进效率。但数量过多，不仅会减少每块硬质合金的压力，使钻进效率下降，也受到镶焊硬质合金块的最小间距及水口布置的限制。卵石、砾石层的粒径大小不均、成分不同
9、，其中有的硬度较大、研磨性高，钻头的硬质合金块数量增加，利于提高及保证钻头使用寿命。表3.1.2-2中，卵石、砾石层钻进的硬质合金块数量的依据是水利水电工程钻探规程。硬质合金块在钻头上的排列形式有多种，根据岩石软硬、研磨性决定排列形式时，单环和多环排列须使硬质合金块在钻头上分布均匀对称，每块硬质合金能分别碎岩。密集排列的硬质合金切削具数目多，每组中切削具间距小，可以相互补强，增大了切削具承载能力和耐磨性，便于提高碎岩效果。第3.1.2条第6款为这次修订新增加的内容，参见地质出版社钻探工艺。3.1.3 硬质合金钻头总压力等于每块切削具上应加的压力乘以钻头上切削具的块数。每块切削具的压力，应按条文
10、中的几个因素综合考虑，按表3.1.3-1选择。合理的压力，能保证钻头寿命长，获得最大的平均机械钻速。钻软岩石，可在一定范围内加大压力，以提高钻速。但轴心压力也不能过大，否则岩粉太多，造成重复破碎等，影响钻进效率。钻进较硬及研磨性强的岩石，应采用较大的压力。钻进非均质、裂隙发育的岩石应适当减小压力。参照地质出版社钻探工艺。硬质合金钻头用在硬的、研磨性强的岩石中钻进，切削效果很差，硬质合金磨损很快，以致失去钻进能力。因此，经送审稿审查会讨论，删除原规则中硬质合金钻进研磨性强的、硬的裂隙岩石的有关钻进技术参数。. 89 . 岩石颗粒粗、软时泵量应大;钻孔直径大或孔壁稳定泵量应大。冲洗液的理论计算:Q
11、=?(D2-d2) 60 V 式中Q一一冲洗液量，m3/min; D一一钻孔直径，m; d一一钻杆直径，m; V一一冲洗液上返速度，m/s。上面计算参照地质矿产部工程地质钻探规程和地质出版社钻探工艺。3.1.4 采取岩芯时，如果用钢粒作卡料，钢粒掉在孔底，会造成下回次硬质合金钻进硬质合金块损坏。猛墩钻具易造成孔底残留岩芯。3.2.1 铁砂是用生铁铸成，硬度和韧性均小，不适宜钻进V级及以上岩石，经协作会议商定，将原规则中铁砂钻进有关内容改成钢粒钻进。钢拉钻进超过百级岩石，钻进效率比较低，因此，送审稿审查会讨论，删除原规则钢粒钻进vl级以上岩石的有关内容。钻孔倾角小于750时，如用钢粒钻进，钢粒堆
12、集在孔底下壁，易造成钻孔弯曲。直径小的钢粒，重量轻，容易被水冲起，所以钢粒钻进较硬质合金钻进所用冲洗液量要相应减小，钢粒即不易被冲起。在完整、致密、硬度大的岩石中，冲洗液量小，使用小直径钢粒能充分发挥钢粒的作用。3.2.2 钢粒钻头要有一定的硬度、韧性和弹性，增加其与钢粒的结合力。钻头用条文中指出的钢材制作，经过洋火再回火处理，就可达到要求的机械性能。钻头壁有一定的厚度，以增加压砂性能，提高钻速。钻头的内径上部100-150mm处，作成上端微大下端微小的锥度1:100，便于起钻前投入卡料卡取岩芯和减小冲洗液的阻力。参照人民铁道出版社铁路钻探技术手册。90 钢粒钻进需要的孔底压力大，钻头磨耗较快
13、，增加水口高度，以保证过水断面和良好的导砂作用。参照人民铁道出版社铁路钻探技术手册。钢粒钻头在钻进过程中钻头本身也逐渐磨耗，当磨耗短于200 mm时，就不能使用，因钻头过短，钢粒易被冲洗液冲至岩芯管下部，而将岩芯管丝扣磨损。当钻头磨损达上下外径相差3mm或严重变形时，不利于压砂，影响钻进效率或导致卡钻事故，因此必须切除或更换。3.2.3 现场检验钢粒的方法将所用的钢粒随意取出10粒(或多于此粒数)，先后放在铁瞄土，用0.68kg (即1.5磅)手锤猛击，外形不扁不碎或只破成2-3瓣并冒火花的有9粒，贝。这一批钢粒可使用。参照冶金工业部工程地质与水文地质钻探操作规程。3.2.4 钻头直径大，钻头
14、底唇面积就大，为保证单位底唇面上足够的压力，轴向压力应增大。钻杆强度大，管材质量好，设备功率足，在较高压力下能保证钻具正常运转等情况，则可采用较大的钻进压力。钻头有效底唇面积可按下式计算:F=KT(Di-di) 式中F一一钻头有效唇面积，cm2; D1-一钻头的外径，cm; D2一一钻头的内径，cm; K一一钻头水口系数，水口宽度为圆周长度的-x时，K=O. 67-0.75。参照地质出版社钻探工艺。表3.2.4-2中不同直径钻头转速是按钻头的圆周速度计算的，当V-VI级岩石为1-2m/s，依据原规则条文说明。近年来，各单位已基本不使用nSmm钻头钻进，因此送审稿审查会议决定，删除75口径钢粒钻
15、进的有关内容。表3.2.4-3冲洗液量，按说明表3.2.4-3计算而得。. 91 依据是地质出版社(钻探工艺和地质矿产部岩芯钻探规程。回次初、回次末的冲挽液量，比原规则减少，更为合理。钢粒质量高，在孔底工作时间诀，可适当减小投砂量。结合投砂法和连续投砂法，由于操作麻烦和投砂工作不可靠等，在生产中使用很少。表3.2.4-4投砂量比原规则戚小，依据是地质出版社钻探王艺学和实践工作总结。说明表3.2.4-3冲洗液用量计算冲洗液量(L/min)冲洗液类型四次初四次末情水(3-4) D (2-3) D 泥浆(2-3) D (1. 5-2) D 注:表中D为钻头外径(cm)。3.2.5 下孔壁管换径后小-
16、级坦径钻具与孔壁管闰朦甚小，钢粒很容易被冲上而卡在两管之间，造成孔壁管下部反转脱落，或者两套管子同时回转而带来不少麻烦，先用有导向的小一级钻具钻进2-3m后，即可避免这种情况。刚投入钢粒后如水量掌握不当，钢粒会被冲洗液冲起挤夹岩芯管而造成事故。因此，开始时水量应由小到大进行调整。3.3.1 金刚石钻进与硬质合金和钢粒钻进比较，具有钻进效率高、钻孔质量好等优点，参照地质出版社钻探工艺。3.3.2 按金刚石镶嵌形式金刚石钻头有多种，铁路地质钻探一般用表镶钻头和孕镶钻头。扩孔器配合钻头，用于修正孔径、稳定钻具、延长钻头使用寿命等。在中硬的、可钻性级别低的和均质完整岩石中，应选用粗粒表镶和粗目数孕镶的
17、钻头和扩孔器。在硬的、坚硬的、可钻性级别高和破碎的、裂隙发育的岩石中，应选用细拉表镶和细目数孕镶的钻头和扩孔器。在弱研磨性的岩石中钻进时应选择不耐磨的和低硬度胎体的钻头和扩孔器。92 表3.3.2的依据是地质出版社金刚石钻探手册和地质矿产部工程地质钻探规程。3.3.3 经协作会议讨论采用地质矿产部新系列，即向1、t/75、0.5 浮木质钻探船江、河、3 钻油桶筷钻场河、湖不限场0.5 3 钻场3 0.5 水陆两用工程适用沿海潮间带滩涂及湖泊沼泽地带作业车注:此表的依据是参照地质矿产部工程地质钻探规程。5.1.2 本规程增加浅海水上钻探船选择和钻探100m、300m 钻机应采用船只的吨位。参照铁
18、二院海上钻探经验。船只的几何尺寸和吨位不同，往往造成拼装困难，钻船平台倾斜和摇晃。在一般情况下，浅海上钻船用条文中的规定，如条件复杂，需进行钻船拼装设计。拼装钻船的前、中、后三根横梁用旧钢轨或槽钢，拼装的钻船牢固，结实，一般钻探300m钻机的钻船可用20Q槽钢作横梁。钻船附重的比例是参照铁道部基建总局实用工程地质勘探技术确定的。5.2.3 锚的质量与钻船受阻力的比例关系，参照地质矿产部工程地质钻探规程。钻船所受阻力，可根据铁道部基建总局实用工程地质勘探技术及铁三院钻工教材)(下册)，按下式检算:R=10 (2T+0.88) V2+刑二十K.QP104 式中R一一阻力，N; f一一水流阻力系数(
19、铁船为0.17，木船为0.2);V一一水流速度，一般以3m/s计;L一一船长，ffi; T一一吃水深度，ID; 卢一一船底宽，ffi; 一一水流冲击系数，方头船为1，流线型船为0.75;一一水比重，10000 N/m3; g一一标准重力加速度，9.81 m/s2; F一一挡水面积，(宽吃水深)，m2; K一一挡风条数，流线型船为0.2-1.0方头船为1; P一一风力，一般取挡风每平米受力为500-1000N; 。一一挡风面积，是迎风面积与背风面积之和(迎风面积等于钻船上设备的迎风面积加上钻塔的迎风面面积，背风面的面积是迎风面积的0.7日，m2。锚绳的安全系数为5-8倍是参照水利水电部水利水电钻
20、探规程确定的。浅海上钻探，钻船宜用8只锚，以达各方拉力平衡。有了错头捞绳及其一定长度，一方面可以示意锚的位置，避免通航船只碰撞锚绳;另一方面捞绳在潮沙变化时不会淹没，而且起锚时，可以利用锚头捞绳协助起锚。捞绳长度为水深1.3-1.5倍，流速大时可酌情增加(据铁二院浅海上钻探经验)。检查锚是否稳定抛牢，其简单方法:将锚抛下后摇动绞车，使锚绳达到受力，再用脚力踏锚绳，若有较小弹性，证明锚己稳定。如轻轻试踏，锚绳无受力感觉，再摇动绞车，仍无受力感觉，可以认定锚在跑动，需要起铺重抛(据铁二院浅海钻探经验)。5.3.7 齿状管靴和带钉管靴，使保护管更为稳定。带钉管靴是钉子焊在管靴外壁，并伸出管口50-1
21、00mm，尖头略向外倾斜。依据是冶金工业部工程地质与水文地质钻探操作规程。105 6. 1.1 在致密、稳定岩层中钻进(钻进方法通常指硬质合金钻进或钢粒钻进)，孔壁稳定，无渗漏，采用清水作冲洗液，经济简便，冷却效果好，钻进效率高。水文地质钻探试验孔段的岩层，受污染和破坏的主要原因不是泥浆的粘度，而是泥浆中的固相含量。为了保证水文地质试验的质量，在试验孔段，宜采用清水或易于洗孔的泥浆(如聚丙烯酷肢低固相或无固相泥浆)，这些冲洗液有利于提高洗井质量。松散、掉块、裂隙地层及胶结差的覆盖层，可选用PW植物胶泥浆或聚丙烯酷股低固相泥浆(固相含量不超过10%)，也可选用其它复配型化学泥浆。在砂、砾石、卵石
22、层中钻进，应以提高泥浆粘度为主，这样可减少对孔壁的冲刷和泥浆的漏失;在明塌掉块岩层，要适当提高泥浆密度，同时要控制失水量;在裂隙、渗漏岩层中应适当降低泥浆密度，同时提高泥浆粘度。钻进遇水膨胀岩层根据岩性可选择含钙泥浆(如石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆)、含盐泥浆或不分散低固相泥浆(如聚丙烯酷胶低固相泥浆)。这些泥浆可以抑制岩层中粘土矿物的水化膨胀，保护孔壁，减少泥浆的失水量。钻进中由于采用了与地层中相同的饱和盐水泥浆(含盐量为30% 33%)，使地层中的可溶盐不易进入冲洗掖，从而达到孔壁稳定和冲洗液不受污染的目的。金刚石钻进具有转速高、环状间隙小等特点，所以要求泥浆性能是低固相与低密度，具有良
23、好的润滑性与流变性，且失水量较小。故可选用聚丙烯酷胶低固相(或无固相)泥浆，或乳化泥浆。表6.1.1中所列冲洗液性能参数均以近几年路内各单位所用冲洗液性能参数及地质矿产部工程地质钻探规程为依据，结合原规则表4.11.1提出的。使用时应视岩层情况不同，参考使用。6.1.2 由于目前各地泥浆材料(粘土、水甚至处理剂)的性质并不一定完全相同，如果生搬硬套他人经验数据，有可能达不到106 预期的目的，造成不必要的浪费。泥浆配制中一般采用优质粘土或粘土粉制作造浆基本材料，其造浆率应在12m3/t以上。该指标是指优质钙土(含钙膨润土)加碱处理后的造浆率。基浆失水量指标的依据是地质矿产部工程地质钻探规程。因
24、为优质造浆材料造浆率高，所制泥浆性能稳定，扩壁性好，最终核算经济成本大大低于劣质土，而且孔内事故率低。用粘土配制泥浆时先用水将其浸泡124 h.使粘土颗粒充分水化，以提高分散度和造浆率，同时也有利于保持泥浆性能的稳定。对钙质膨润土，在使用前还应加入适量的纯碱进行预水化处理。水是泥浆中的个主要原料。水质的优劣对泥浆性能和成孔过程有着十分重要的影响。如水中矿物质多了，会使粘土颗粒的水化作用减弱，并容易发生聚沉。通常制浆用水是就地取水，如用生活用水、河水、湖水等淡水，只有配制盐水泥浆时，才可用咸水或海水。为适应各种不同岩性的岩层对泥浆性能参数的要求，单靠粘土和水的加量是不够的，只有根据孔内具体情况，
25、科学地运用各种处理剂来改善和控制泥浆性能参数，才能在各种复杂岩层中顺利钻进。目前常用的处理剂类型有多种。许多处理剂本身都具有多种功能，如PW植物胶具有提粘和降失水作用，腐植酸饵(KHm)具有絮凝、降失水和稀释作用等。所以选择泥浆处理剂时，应以其主要功能来选用。表6.1.2是根据地质矿产部岩芯钻探规程的编制。用优质钙土造浆时可加入土量5%6%的纯碱NaZC03以提供的纳离子来置换粘土中的钙离子，使钙基土改型为纳基土，从而增加粘土的水化和分散，提高造浆率。6.1.3 现场用于泥浆性能的测量仪器，可配置地质仪器厂生产的NY-1型泥浆试验箱，该箱配有:1002型泥浆比重秤、1006型泥浆粘度计、NS-
26、1型泥浆失水仪(包括打气筒一个)、107 NA-1型泥浆含砂量计、pH值试纸等。该箱体积小、重量轻、便于携带，适合于野外使用。钻进中若泥浆除砂不好，可能造成泥浆原有性能破坏，加速水泵零件磨损，影响孔底清洁，严重时，造成孔内事故。所以，使用泥浆现场，应根据场地实际情况，设置简易实用的泥浆循环系统，并派专人及时清除循环系统的沉砂。深孔应配备除砂器、振动筛等净化设备，从而可减轻劳动强度和减少泥浆替换次数，大幅度降低泥浆成本。6.2.1 铁路工程地质钻探目前常用的护壁培漏方法有:泥浆护壁堵漏、粘土护孔、水泥浆护孔堵漏和套管护孔。化学浆液墙漏虽有许多优点，但由于原料来源不广、成本过高或具有毒性等条件限制
27、，目前很少使用。进行钻孔护壁堵漏时应根据岩层拥塌或漏失的实际情况，结合护堵工具和材料，对症下药。也可将几种护壁堵漏方法，加以综合应用。6.2.2 作为选用泥浆依据的岩层情况是指岩层岩性、钻孔拥塌和漏失程度。一般原则是:当钻孔发生冲洗液漏失时，降低泥浆密度，以减轻泥浆对孔壁、孔底的压力，达到减轻或消除漏失;当孔壁现塌，增加泥浆密度，以平衡岩层压力，可有效的防止拥塌掉块或涌水等。岩层轻微漏失性也叫小漏失或渗漏。其表现为孔内返出的冲洗液数量减少，水箱水位降低，冲洗液不断消耗，但尚能维持循环。对于这类岩层采用低固相聚丙烯酷胶泥浆(PHP)，是因为该泥浆固相含量少，密度低，液柱压力小，加之又具有较理想的
28、流型，因此，泥浆不易沿裂隙渗漏。另外该泥浆在孔壁形成的泥皮薄而坚韧，能封闭细小裂隙，阻止泥浆漏失。岩层中等漏失性(又叫普通漏失)表现为循环中止，冲洗液面低于孔口。该岩层若用泥浆护壁堵漏用下列泥浆:(1)堵漏泥浆:按漏失通道大小在泥浆中加入各种形状、尺寸的惰性堵漏材料，如锯末、纸屑、稻壳、云母片、花生壳、棉108 子壳、甘煎渣等，制成堵漏泥浆，泵入孔内，达到护壁堵漏目的。(2)石灰乳泥浆:在泥浆中加入密度为1.31.4kg/L的石灰乳10%25%，制成高粘度石灰乳泥浆，用泵送或孔口在入，静置12h，即可堵漏。(3)未水解聚丙烯酣胶(PAM)泥浆:将PAM加入泥浆中搅成粥状后泵入孔内，P灿4使泥浆
29、中固相完全絮凝，采用小泵量循环直至消除漏失为止。(4)凉胶泥浆及其它形成结构的泥浆:以泥浆为主，加入水泥、氧化钙、水玻璃等结构形成剂，配制成高粘度冻胶状物，泵送或孔口注入后静置24h，即可达到堵漏目的。(5)泡沫泥浆:在泥浆中加入起泡剂和稳泡剂，搅拌或充气后制成密度为o.71.0 kg/L的泡沫泥浆，通过泥浆循环，达到护壁堵漏目的。既塌叉漏岩层选择泥浆的方法是根据塌、漏程度，全面权衡，抓住主要矛盾。当钻孔漏失时要降低泥浆密度，以减少泥浆对孔底、孔壁的压力;而孔壁拥塌要增加密度，以平衡地层压力。如果钻孔漏失、胡塌不严重时则要以治漏为主，相反，若漏失强度很小而孔壁岩石很不稳定，则要适当增加密度，以
30、防塌为主，并兼顾治漏(调节泥浆其它性能)。失水量是泥浆的重要性能，用失水量大的泥浆钻进不稳定岩层，易造成孔壁吸水膨胀、剥落、胡塌、缩径等不良后果，严重时会发生卡钻、埋钻等事故。另外，泥浆的失水量大，所形成的泥皮厚而疏松，这不仅起不到护壁作用，相反，还会导致泥皮脱落、糊钻或卡埋钻事故。所以，在使用泥浆护壁时，一定要严格控制失水量。6.2.3 粘土堵漏时向孔内投粘土球不宜过快，以防止中途架桥，堵漏失败。6.2.4 硫铝酸盐地勘水泥具有凝结快、早期强度高，初、终凝时间间隔短，水灰比可调幅度大，微膨胀和耐硫酸盐侵蚀等一系109 列优良性能。B1型早强水泥也属于硫铝酸盐型快硬早强水泥。由于硫铝酸盐水泥具
31、有上述优点，所以它已成为钻孔护壁堵漏有效地专用材料。现场有时难以准备到这类水泥，也可选用普通硅酸盐水泥，但要加入速凝剂，以加速水泥浆的凝结。配浆用清洁淡水，其温度不超过30C，这是因为温度过高将缩短水泥浆的可泵期，影响灌注工作。钻探工作中使用的水泥外加剂要根据水泥品种，护堵要求及货源情况，经室内配制试验，确定其品种和加量，目的是弥补水泥性能的不足，改善水泥浆性能。水泥外加剂，可单独使用，也可复合使用。外加剂按作用不同，可分为:减水剂、促凝早强剂、速凝剂、缓凝剂、粘结剂、防冻剂及膨胀剂等，并各自有其适用范围。选用时，应根据水泥浆性能要求不同使用。配制水泥浆前利用现有材料和以往配方，在地面做好小型
32、试验，测定必要数据，以确定较为合理的配方，并决定出:水灰比、灌注量、水泥用量、加水量、外加剂加入百分数和用量、搅拌方法等。普通水泥水灰比通常为0.450.5，若加减水剂可适当减小水灰比(0.350.4);地勘水泥水灰比为0.450.7，且随温度变化而变化(温度高，比值大)。水泥浆仅在水化初期具有触变性，而地勘水泥比普通硅酸盐水泥的触变性时间更短，即地勘水泥的流动性差，可泵期短。为改进地勘水泥这种性能，使之满足灌注要求，可采用强力搅拌来改善流动度和增加可泵期。在配制水泥浆时，为了改善水泥浆的流动性，降低水灰比，都要加减水剂。加减水剂时，先将减水剂加水充分榕解，然后再加入水泥浆中，溶解减水剂的水量
33、应计入水灰比之内。常用的水泥浆灌注方法如下:(1)水泵钻杆注入法(常用的基本方法):用水泵输入钻杆将水泥浆压入孔内漏失或调塌岩层。适用于注浆量大，水泥浆流动性好的情况，不受孔深、孔径和稳定水位高低的限制。110 (2)灌注器注入法:用于灌注少量水泥浆及孔内复杂和较深的孔段。注浆时，将水泥浆装入盛浆管内，然后将灌注器用钻杆下至漏失层，开动水泵，利用水压将灌注器排水阀打开，水泥浆便流入孔内需要灌注的部位。(3)孔口钻杆灌注法:将钻杆或小径套管下到需要灌注的孔段，从上接漏斗向孔内灌注。利用管柱内水泥浆自重，将水泥浆压入漏失或裂隙地层。此方法适用于浅孔，且孔内水位很低或干孔情况。(4)干料投入法:将水
34、泥及其它外掺剂按比例混合好，装入塑料袋或帆布袋内，用钻杆下入孔内(孔内有水)进行搅拌，达到护堵效果。此方法适用于破碎、胡塌、严重漏失岩层。注浆完毕立即将莲篷头放入准备好的替浆水箱中，开泵压水替浆。替浆量可参考下式计算:Q=K (L一1)q + Q地式中Q一一替浆量，L; L一一钻杆柱长度，ffi; i一一孔内静水位至孔口高度，ffi; K一一压水系数，0300 m，取K= 0.9; 300 m以上取K =0.95; q一一每米钻杆内容积，50钻杆为1.2L/m;42钻杆为0.8L/m; Q地一一地面管线及水泵容积，大口径取5060L;小口径取4050L。6.2.5 铁路工程地质钻探中经常需要用
35、套管护孔，如在裂隙、榕洞及强烈涌水、胡塌岩层，使用其它护壁堵漏方法无效或不经济时，水文地质试验孔段或供水井等，均使用套管护孔。下管前向孔内投粘士球是封闭套管底部与孔壁之间缝隙，防止套管内外发生水力联系。套管呈悬空状态是指套管没有放在孔底或孔内变径台阶上，在孔内呈悬空状态，这样易发生套管腿扭事故。 111 7.1.1 水文地质钻探通常较工程地质钻探工序复杂，无论人力、物力、时间均比工程地质钻探耗费多，因此，下达任务时必须提出钻孔的水文地质依据，深于100m的水文地质孔，还应有钻孔结构设计图及工艺说明，其内容包括孔位，标高，钻孔预计地质剖面和水位深度，柱状图，钻进方法，冲洗液要求，岩芯采取率，试样
36、采取，测井，止水，观测试验，封孔，关键孔段钻进注意事项，保证质量措施和安全注意事项等。7. 1.2 松散层中孔径不宜小于150mm;基岩中不宜小于110mm。是根据铁路供水水文地质勘测规则，考虑到松散层所下过滤器管必须包网、缠丝或填粒，因此，孔径应比过滤管至少大级，即为150mm;基岩中多数情况只下圆孔或条孔状骨架过滤管，所以规定终孔直径不小于110mmo当溶洞中含有泥砂时应增大终孔孔径。7.1.3 表7.1.3中的大口径泵吸、气举或射流反循环钻进，为目前较先进的钻进工艺，多用于第四系松散层大口径钻进。其特点是钻进速度快、费用低、成井质量好。三种反循环钻进方法，因其基本原理不同，所以孔深钻进效
37、率也不同。泵吸反循环钻进，孔深在50m以内钻进效率较高，随着孔深的增加，而效率逐渐下降;气举反循环钻进在开孔10m以内不能使用，孔深在50 m以内效率低于泵吸或射流反循环钻进，50 m以上效率较高。因此，三种反循环方式应互相配合使用，充分发挥其各自的特点，才能取得较好的经济效益。当一台设备配有不同的反循环方式，一般情况下，孔深不超过50-70m采用泵吸或射流反循环钻进，孔深超过70m，采用气举反循环钻进。硬质合金、钢粒、冲击等钻进方法，均为路内目前水文地质钻探常用方法。7.1.4 本条第1款是参照原规则第6.1.4条和地质矿产部水文地质钻探规程制定。钻进参数中，将原规则的泵量，为定量值改为定性
38、值，是考虑到，当孔壁稳定时，冲洗液量越大越有利于钻进。同时，泵量宜大有利于现场实际操作。112 . 钻压是根据原规则的条文说明内容制定的。7.2.1 水文地质钻探所用钻孔管包括:在非含水层中使用的孔壁管，在含水层中使用的滤水管(或叫花管)，并在其下部安装的沉砂管。根据材质不同钻孔管有钢管、铸铁管、水泥管、塑料管。铁路水文地质钻探使用的钻孔管多数为钢管，因为钢管强度大、下管工艺较简单，发生问题也易处理。铸铁管与铜管相比其强度较低、重量较大、下管也不太方便，但其成本较钢管低，防腐能力较强。一般在钢管货源紧张时也可采用铸铁管。水泥管成本低，制造方便，但制造时质量不稳定，强度低，下管工艺复杂，一般适宜
39、于孔深较浅的群孔采用。塑料管具有强的抗腐能力可用于各种水质，强度较钢管稍差，但重量轻(运输方便)，因此，这适用于深井，若条件允许可推广应用。过滤管的长度乃指过滤管进水部分的长度。钻孔下入过滤管长度取决于含水层厚度、颗粒组成、过滤管直径等因素，全孔下过滤管既不合理，也不经济。一般当含水层厚度在15m以内，按各含水层累计厚度计算过滤管长度(或略短1m)。当含水层厚度超过30m时过滤管的长度采用20-30m，因为，富水性强的大厚度含水层，划分试验段的长度通常为20-30m，在透水性较好的含水层中，这一长度是足够的。由于含水层富水性判断不准，下过滤管不可能完全对应于最优含水层，因此，过滤管长度可按实际
40、情况适当增减。选用直径大的过捷管时，长度可短些;过滤管直径小时，则长度可略增大。7.2.3 将砾料改为滤料、填砾改为填粒，是根据国家供水水文地质勘察规范。填粒为增大孔壁透水性，增大出水量，防止含水层砂粒进入过滤管内。所以下管结束后，应立即进行填粒，否则会影响成井质量，造成孔内大量涌砂，出水量减少等现象，甚至造成钻孔报废。表7.2.3主要参考国家供水水文地质勘察规范。使用时，113 只需根据含水层的颗粒分析资料乱，查该表，便可算出填粒粒径。含水层的不均匀系数为1J=仇。/d如表的形式简洁，使用方便。常用填粒方法见说明表7.2.3。说明表7.2.3常用填粒方法填粒方法施工要点适用条件与优缺点投粒的
41、同时，在管内下入钻杆，使用泥浆作冲洗液的钻孔，为井内稍加密封，进行冲孔填粒。边冲边填法含水层较稳固，可采取大泵量防止由于稠泥浆沉淀，使填粒冲洗;不稳固时，采用小泵量，达不到预定的孔段，采用此法慢投粒方法较好，滤料杂物可随时冲出在填粒前进行彻底换浆，然后先冲后填法停泵进行填粒。可从观测井返此法简单，适用于较稳固的地水时的水头形态，判断投粒有层。填粒比较密实否堵塞将空压机排砂管下至过滤管底采用大肚皮井结构增加出部，边抽水、边投粒，以扩大水量时，往往采用此法。填粒边抽边填法填粒层的厚度。排砂管可固定，密实，可增加出水量。但操作也可随填粒厚度的增高，随时较复杂，在过滤管上部一般需上提下保护管7.2.4
42、 水文地质勘探孔和观测孔可进行临时性止水，但在试验和观测的全过程内应保证止水的有效性。长期观测孔应进行永久性止水。止水材料不能影响水质。止水器止水:是将止水物(海带、橡胶、桐油石灰等)包裹在心管上，连同止水器下入孔内止水部位，借助辅向压力使止水物横向膨胀，封闭管壁间的环状间隙，达到止水目的。此方法适用于钻进中的单层止水或若干含水层的分层止水。托盘止水:分上、下托盘法两种。上托盘法是把止水材料包裹在变径接头下部，下入变径台阶处，利用套管自重或加压，压挤止水物于套管和孔壁环状间隙中;下托盘法是把止水托盘连接在止水套管上的相应止水孔段部位，下入孔内，投入粘土球或桐油石灰球，阻塞管壁间的环状间隙。此方
43、法适用于松软地层及其基层钻进中的分层抽水或观测水位的分层止水。管靴止水是利用孔内换径造成的台阶，充填或挤压止水材料114 于台阶处的环状间隙内，达到止水目的。此方法适用于松软地层及基岩孔换径处止水。钻孔止水是水文地质钻探工作的主要质量指标之一，它的工作好环，直接影响水文地质资料的准确性和对含水层的保护程度，所以止水工作结束后应进行止水质量检查。7.2.5 洗井是提高成井质量很重要的一道工序，能清除钻孔内岩屑和泥浆对含水层的封闭，同时抽出过滤管周围含水层的泥土、粉砂、细砂，以疏通含水层，使过滤管周围形成良好的滤水层，使其达到应有的出水量和使用寿命。为防止泥皮硬化，在下管、填粒、止水后，应立即进行
44、洗井。对于洗井质量，目前尚无具体的检定标准，条文的水清砂净含义是:(1)水清砂净，有时是相对的。当停歇一段时间或另换抽水设备时，原来巳水清砂净的钻孔，可能重新出现浑油。此时，可用其他对比办法检定挽井质量，如借鉴同一地区水文地质资料，单位涌水量q是否达到接近值。结合抽水试验，若认为q值无反常，即证明洗井效果好，否则，仍须重新洗井。(2)洗井方法应与钻孔结构、含水层相适应。一般松散岩层，水量大，含水层渗透系数较大，多采用空压机配合活塞洗井，反复鳖洗(送气510mm后恢复水位25min) 10余次之后，测得动水位升值不大于落程1%;孔口连续出水稳定达12h无明显变化，返水虽有浑烛，但已无泥砂、岩粉等
45、物，洗井即可结束。(3)洗井时间的长短应根据多方面的因素统一考虑。岩层颗粒粗、泥浆固相含量多，钻进时间长，则孔内形成泥皮较厚，适宜较长时间的强力洗井;反之，洗井时间可短一些。砂净程度以参照孔井含砂量不超过二百万分之一(体积比)执行。二氧化碳洗井和焦磷酸纳洗井，是目前洗井方法中较为先进的方法。一、被态二氧化碳洗井 115 (1)原理:向孔内灌入液态二氧化碳(C乌)，液体在孔内遇水吸热汽化，体积膨胀，产生气体压力，向含水层的孔隙或裂隙深部冲击地下水。同时推动孔内水柱上升喷出地表，随着井喷，孔内水位降低，而形成孔内水位瞬时的负压，在地层压力作用下，地下水携带大量细颗粒岩屑和裂隙充填物及孔壁破碎物涌入
46、孔内，并随着井喷后期被排出孔外，从而清除了岩层裂隙或孔隙中的沉积物或充填物，疏通了水流通道，增大了钻孔的出水量。(2)操作方法:首先安装好孔内和地表输送管道，然后将装有液态C马的钢瓶通过高压软管连接在管汇上，管汇一端装压力表，另一端接孔内输送管道。液态C句是由钢瓶放出，经高压软管、管汇、管道输送到孔内如说明图7.2.5。弯头8118118118118 二氧化碳钢瓶说明图7.2.5液态二氧化碳洗井待一切安装完毕后，即可打开总阀门和钢瓶阀门，液态Cz相继送入孔内，就能很快产生井喷;待井喷后立即关闭总阀门，这样可反复进行井喷2-3次后，即可开动空压机排除孔内杂物，进行试抽水。如果未达到预期效果，再向
47、孔内灌入液态C马，这样反复2-3次，即可达到洗井目的。液态C乌洗井不受岩层特性、井管材质、井身结构的限制，取材方便，操作简单，目前在多种洗井方法中是比较先进的一种方法。116 二、焦磷酸铀洗井(1)原理:焦磷酸纳(NI4P47)为无水白色粉末状(工业品)，它与泥浆中的粘士发生络合作用，形成水溶性络离子，其反应式为:NI4P47牛ci+一CaNI4(P27 )2+ N句P47+Mi+一-MgNI4(P27 )2+ 生成的络合离子为惰性离子，因此不发生可逆反应。络合离子本身不会聚结沉淀，也不再与别的离子化合沉淀，因此，它易于在洗井抽水过程中排出孔外，从而达到洗井目的。(2)操作方法(勘探孔):下管
48、与一般下管方法相同，不同之处是，当止水物下至距止水位置。.5-0.8m处，将止水管用夹板固定在孔中，从管内下入活塞，坐落在返浆托盘上，然后开泵送清水管外返浆(同托盘返浆法)，但返浆时间不宜过长，要保持止水物以上有优质泥浆护壁，以便抽水后起拔套管。返浆后紧接着用泥浆泵灌入焦磷酸铀水溶液，待1先井部位管外与孔壁环状间隙充满后，立即将管柱下至预定洗井深度，再将活塞提起0.5-0.8 m，继续管内灌注。NI4P27溶液灌完后，在管内拉动活塞半小时，加速泥皮破坏，最后将活塞起出，静置5-6h，即可采用其它方法洗井。(3)注意事项:孔内钻进泥浆pH值要保持在6-7，否则泥皮溶解速度就会减慢，影响洗井效果。
49、焦磷酸纳水溶液要按比例配制，水和焦磷酸铀的质量比为:100: (0.6-0.8)。若钻进周期长，井内泥浆密度大，固相含量高，其药量可适当增大，一般不超过1%。灌入井内焦磷酸铀溶液数量，以体积计算时，要考虑超径因素，一般超径系数为0.3-0.5。7.3.1 钻孔简易水文地质观测是钻进作业中一项重要工作，是了解含水层的最简便、经济、有效的方法，能为专门水文地质钻孔和铁路建筑物的设计提供必要的资料。 117 简易水文地质观测项目包括:1.钻孔中的水位变化;2.记录冲洗液的消耗量、冲洗被明显漏失位置、水色变化等;3.记录钻孔涌水位置、涌水量、涌水高度和孔口水温;4.观测记录钻具突然陷落的起止深度、涌砂、逸气等各种异常情况。观测项目
