[發明專利]一種高寒復雜地層鉆探施工工藝

在審

• 申請號: 202210809764.X
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115075770A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 柴曉然;汪生斌;蔣巍;雷玉德;謝振興;彭紅明;寇海聰;楊邵康;徐媛
• 申請（專利權）人: 青海九零六工程勘察設計院有限責任公司
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B49/00;E21B49/08;G06F30/20
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種高寒復雜地層鉆探施工工藝，涉及隧道輔助施工領域。包括如下步驟：使用沖擊鉆頭對鉆探孔設計區域沖砸出加固孔基，向加固孔基中倒入基于第四系全新統冰水沖積層配制的泥漿；沖擊鉆頭對加固孔基進行反復沖砸，沖砸過程中在泥漿中加入黏土，沖擊鉆頭鉆透第四系全新統冰水沖積層形成加固孔；使用三翼牙輪鉆頭對泥盆系花崗巖層進行正循環回轉鉆進得到鉆探孔；向鉆探孔中下入割縫濾水管和地質探測裝置進行地層巖性探測和抽水試驗。能夠減小回轉鉆進工藝進行時的震動，并且能夠控制鉆探孔的直徑，在滿足水文地質鉆探要求的情況下，減小鉆探孔徑，從而降低融塌現象的發生。

技術領域

本發明涉及隧道輔助施工領域，具體涉及一種高寒復雜地層鉆探施工工藝。

背景技術

為了發展西部和西北部建設，促進西部和西北部交流，我國正大力建設通往西部和西北部的高速公路，高速公路的建設中，隧道的建設必不可少；隧道的建設通常采用TBM工法，采用TBM工法對隧道進行建設特別是長隧道的建設中，為了縮短工期，要設置豎井或斜井以增加工作面。在豎井建設前需要通過水文地質鉆探、抽水試驗等綜合手段，查明豎井的地層巖性、水文地質條件，為豎井TBM施工提供水文地質依據。

西北部地區地質層較為復雜，包括第四系全新統沖積層和泥盆系花崗巖層，現有技術對第四系全新統沖積層和泥盆系花崗巖層進行鉆探時通常采用正循環回轉鉆進工藝；現有技術在對泥盆系花崗巖層進行回轉鉆進時，通常采用金剛石鉆頭、PDC鉆頭、高能射流式液動錘或氣動潛孔錘；但是在高海拔的高寒地區，常年冰雪覆蓋，平均氣溫低于零度，從而使得地質層形成永凍層，第四系全新統沖積層轉變為含有冰、以及冰水混合物的第四系全新統冰水沖積層，在使用正循環回轉鉆進工藝對高寒復雜地層進行鉆探時，流動的泥漿溫度導致鉆探孔周圍的永凍層的冰水融化，再加上回轉鉆轉動時的震動，鉆探孔出現孔內融塌現象，融塌現象主要發生在第四系全新統冰水沖積層，并且隨著鉆進時間增加，融塌面積進一步增加，威脅到施工人員的生命安全。融塌現象導致套管不能與鉆頭同步，跟管鉆進步驟難以正常進行；并且融塌現象導致抽水試驗設備無法入孔，孔內結冰無法取出，難以完成對豎井設計處的地層巖性和水文地質條件進行探查，后續豎井TBM施工缺少水文地質依據容易造成事故發生。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明提供了一種避免豎井建設前期水文地質探測的鉆探孔融塌的高寒復雜地層鉆探施工工藝。

為達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案為：

提供一種高寒復雜地層鉆探施工工藝，高寒復雜地層包括第四系全新統冰水沖積層和泥盆系花崗巖層；包括如下步驟：

S1：使用沖擊鉆頭對鉆探孔設計區域沖砸出加固孔基，向加固孔基中倒入基于第四系全新統冰水沖積層配制的泥漿；

S2：沖擊鉆頭對加固孔基進行反復沖砸，沖砸過程中在泥漿中加入黏土，沖擊鉆頭鉆透第四系全新統冰水沖積層形成加固孔；

S3：使用三翼牙輪鉆頭對泥盆系花崗巖層進行正循環回轉鉆進得到鉆探孔；

S4：向鉆探孔中下入割縫濾水管和地質探測裝置進行地層巖性探測和抽水試驗。

進一步的，步驟S1中的泥漿配制方法包括如下步驟：

A1：對鉆探孔設計區域的第四系全新統冰水沖積層進行地質取樣，得到鉆探孔處第四系全新統冰水沖積層的卵石含量ρ₁和深度h₁；

A2：將卵石含量ρ₁、深度h₁以及泥漿溫度ω代入泥漿配制模型，得到預配制的泥漿運動粘度η₁和泥漿黏土含量ρ₂；泥漿配制模型包括如下：

ρ₂＝β₁f(ω)+β₂f(h₁)+β₃ρ₁；