淺層高承壓水地層工程地質(zhì)鉆探技術(shù)

何海峰

淺層高承壓水造成施鉆和封孔非常困難，該文通過工程實例，介紹淺層高承壓水地區(qū)鉆探工藝和封孔技術(shù)，為此類地層鉆探提供借鑒。

承壓水；封孔；跟管鉆進；加重泥漿

1.工程概況

地質(zhì)概況。西寶客運專線常興渭河特大橋位于渭河沖積平原區(qū)和秦嶺山前（塬前）洪積平原區(qū)。沿線所經(jīng)地區(qū)地層以第四系沖、洪積黏性土、砂類土、碎石類土為主，總厚度大于300m（圖1）。

沿線地下水類型主要是第四系松散層孔隙潛水和孔隙承壓水，其補給來源主要為大氣降水、河水、人工灌溉地表水體垂直入滲及秦嶺山區(qū)基巖裂隙水的側(cè)向補給。其中陳家村跨渭河特大橋處就發(fā)現(xiàn)有承壓水，該處承壓水的隔水層為第四系上更新統(tǒng)上部沖積粉質(zhì)黏土，厚約20m。多層承壓水層為渭河南岸緊靠秦嶺山前洪積扇中細砂層，洪積扇前緣多處可見上升泉水出露，承壓水受渭河南岸山前洪積扇地下水補給，承壓水水頭高，水量大且穩(wěn)定。

此次工程地質(zhì)勘探鉆探孔分布于該區(qū)域，鉆孔大多在二十幾米后見砂層，并出現(xiàn)承壓水且壓力較大。

鉆探技術(shù)要求。該工點為西寶客運專線常興渭河特大橋跨渭河段，鉆孔設(shè)計深度80m，一般開孔直徑為 150mm，根據(jù)孔深調(diào)整，終孔直徑一般大于91mm，鉆探目的是了解地層、水文情況，為渭河鐵路特大橋設(shè)計和施工提供依據(jù)。

2.施鉆過程

承壓水的出現(xiàn)。2009年4月12號，Z-702號孔、里程KD582+620孔進行鉆探過程中，當(dāng)鉆至25.20m時突然出現(xiàn)承壓水上涌，水頭壓力較大，呈噴射狀噴出孔口，噴射高度6m左右（圖2），致使鉆探工作無法進行。因勘探未能滿足地質(zhì)技術(shù)要求，必須采取新的鉆探工藝來保證鉆探工作的順利進行。

水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的測試。承壓水出現(xiàn)后，為取得第一手資料，進行了涌水量和水頭高度的測量。涌水量采用三角堰量測，堰口水頭高度135mm，涌水量Q=800.05m3/d。水頭高度采用壓力表測量，將壓力表連接在套管口上，測出水頭壓力為0.9kg/cm2（圖3）。從取得參數(shù)可看出，承壓水流量很大，且持續(xù)穩(wěn)定，靜水柱壓力高度可達9m。

下套管隔離出水層。由于承壓水層在25.2米鉆孔孔深相對較淺，采取了下 146mm套管跟管鉆進的措施進行止水，鉆至28.10m時進入了粉質(zhì)黏土隔水層，可進行正常鉆進，但當(dāng)鉆至31.2m時又遇到了砂層，出現(xiàn)了第二層承壓水， 146mm套管跟下至30.61m無法再跟進下去，鉆探一時無法繼續(xù)進行，分析需采取釋壓解決施工困難。

重新開孔。由于在原孔位繼續(xù)鉆進處理起來相對費時費力且效果不好，遂采取將鉆孔向小里程方向（里程KD582+617.50）向移2.50m重新開孔鉆進，把原孔作為卸壓孔讓水繼續(xù)流淌，并總結(jié)原孔施鉆的經(jīng)驗，準備齊全鉆探套管和一些必備的材料，在鉆進時，加大泥漿粘度和比重，并快速穿透承壓水層，并立即下入管套的方法封水。

采取這個措施后，在重新開孔鉆進時，5.20m出現(xiàn)涌水（分析為原孔承壓水通過地表滲透的涌水），之后采取跟管鉆進、加大泥漿比重等措施鉆進效果較好。32.60m時當(dāng)出現(xiàn)第二層承壓水時立即采用下 127mm套管止水成功。57.50m時出現(xiàn)了第三層承壓水，由于鉆孔較深，跟管鉆進已很困難，因孔壁粉質(zhì)黏土層較穩(wěn)固，遂采取繼續(xù)加大泥漿粘度和比重施鉆的方法，依靠泥漿液柱壓力降低水頭壓力鉆至設(shè)計孔深，完成了該孔的勘探任務(wù)。

在之后的其它鉆孔均采取跟管鉆進、加大泥漿比重等措施均取得成功，順利完成本工點的勘探任務(wù)。

3.止水封孔

承壓水止水封孔的重要性和困難程度。鉆孔結(jié)束后，由于孔內(nèi)或套管壁冒水，如何封孔，又是面臨的一個難題?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有以前施鉆過的鉆孔，由于封孔措施不當(dāng)，造成封孔失敗，數(shù)年后孔位位置仍在冒水，地面塌陷，這將破壞地下水水系的平衡，且會給后面的施工帶來很大的隱患，長年的涌水?dāng)y帶出了大量的泥沙造成鉆孔位置地層疏松，地面塌陷，使后續(xù)橋墩施工難度增大，并形成很大的安全隱患。

現(xiàn)場先后采用砸入木樁、投石料，灌澆混凝土，但是封水沒有成功，水仍然從孔壁或距鉆孔數(shù)米遠處涌出。

封孔措施。經(jīng)分析，要封孔成功，要保證在鉆孔一定深度內(nèi)封堵鉆孔，如封堵過淺，壓力水便會壓裂鉆孔周圍的地層，從鉆孔旁邊冒出，如出現(xiàn)這種情況，采取補救封孔措施相當(dāng)困難，幾乎無處下手?，F(xiàn)場采取鉆孔結(jié)束后迅速往套管內(nèi)投入部分 20～80mm粗骨石料，填粗骨石料的目的是降低承壓水壓，將粗骨料充填到具孔深12米左右后（保證進入第一層承壓水頂部以上一段距離），再起拔套管時在孔內(nèi)最少保留 146mm套管15m，套管下入深度越深封水效果越好。然后在套管周圍挖深2.00m，直徑1.2m的坑，將套管和孔壁盡可能夯實，然后澆注上混凝土沉臺（圖4），防止承壓水套管外壁頂出。待混凝土凝固有一定的強度后，同時從套管口也向孔內(nèi)灌入混凝土至孔口，封堵鉆孔結(jié)束，建立封水標(biāo)志。通過現(xiàn)場驗證封孔效果良好。

4.經(jīng)驗和體會

淺孔鉆進采取套管封承壓水層是一個簡單快捷的辦法，在鉆探之前要做好充分的準備，遇到承壓水層要快速通過，下套管封閉。

在鉆探過程中要經(jīng)常注意泥漿的變化，在泥漿中加入重晶石粉等加重材料來盡量加大泥漿比重，平衡地壓，泥漿變稀時要及時調(diào)整比重、粘度。

重視封孔工作，承壓水有一定的壓力，封孔時要保證有一定的深度，否則壓力水會從鉆孔周圍壓裂土層冒出，出現(xiàn)這種情況后將很難補救。最好的辦法是孔內(nèi)保留部分套管，在套管內(nèi)外進行封堵，孔內(nèi)保留套管的長度要根據(jù)地層和孔內(nèi)承壓水的水頭壓力來決定。

[1]刑士學(xué)，徐瑩瑩.煤田鉆探封孔工藝[J].煤炭技術(shù)，2008

[2]鐵路鉆探技術(shù)手冊北京[M].北京：人民鐵道出版社，1978

[3]鐵路工程地質(zhì)鉆探規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，1998