[0001] 本发明涉及工程地质钻探技术领域， 尤其涉及一种基于绳索取心钻具的工程地 质钻探施工方法。 本发明是基于申请日为 2017年 1月 23日、 申请号为 CN20171005 8470.7的中国发明专利申请， 上述申请文件的内容将引入本文作为参考。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 目前应用最广的工程地质钻探是利用立轴钻机 （如 XY-1型或 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米至 2米， 提一次大钻， 取岩芯和进行标准贯入试验吋需要将全套钻杆 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吋， 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 进行标准贯入试验吋， 钻杆受到锤击发生弹性变形易撞击孔壁， 影响孔壁稳定 ， 同吋钻杆与孔壁摩擦影响测试精度。

技术问题

[0004] 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供了一种基于绳索取心钻具的工程地 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 吋， 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。

[0005] 技术解决手段

[0006] 本发明解决其技术问题， 提供了一种基于绳索取心钻具的工程地质钻探 施工方 法， 该方法包括以下步骤：

[0007] 步骤一、 选择钻具， 所述钻具采用单动双管的绳索取心钻具， 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 取心钻头， 所述内管总成包括岩芯管和可卡置在外管总成 内的弹卡；

[0008] 步骤二、 将取心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；

[0009] 步骤三、 钻机的动力头驱动钻杆带动外管总成上的取心 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

[0010] 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；

[0011] 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；

[0012] 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；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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。

[0016] 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 100毫米处以拔断岩芯。 [0017] 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 56毫米， 所述标准 贯入器的最大外径不超过 50毫米。

[0018] 作为上述技术方案的改进， 所述取心钻头的外径为 75.7毫米， 内径为 56毫米。

[0019] 作为上述技术方案的改进， 在步骤二中， 调整并检査内管总成的长度， 保证内 管总成与钻头内壁的台阶部位不接触， 过水间隙不超过 1毫米。

问题的解决方案

发明的有益效果

有益效果

[0020] 本钻探施工方法采用单动双管钻具全孔跟管钻 进， 在回转吋压入钻进， 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吋， 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， 同吋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。

对附图的简要说明

附图说明

[0021] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步 说明， 其中：

[0022] 图 1是本发明实施例在钻进取芯吋的结构示意图� �

[0023] 图 2是本发明实施例在标准贯入试验吋的结构示� �图。

本发明的实施方式

[0024] 如图 1所示， 本发明钻探方法所采用的钻具为单动双管的绳 索取心钻具， 包括 外管总成 1和插设在外管总成 1内的内管总成 2， 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 16以及取心钻头 15， 夕卜 管总成 1的最小内径不小于 56毫米， 取心钻头 15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 75.7毫米， 内径为 56毫米， 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 [0025] 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 50毫米， 以便插入外管总成 1 内。

[0026] 本发明的基于绳索取心钻具的工程地质钻探施 工方法， 包括以下步骤：

[0027] 步骤一、 选择钻具， 所选取的钻具采用单动双管的绳索取心钻具。

[0028] 步骤二、 将取心钻头 15安装在外管 14的下端， 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， 调整并检査内管总成 2的长度， 保证卡簧座 23与钻 头内壁的台阶部位不接触， 过水间隙不超过 1毫米， 弹卡挡头 11上端通过钻杆与 钻机的动力头连接。

[0029] 步骤三、 钻机的动力头驱动钻杆带动外管总成 1上的取心钻头 15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。

[0030] 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 10

0毫米处以拔断岩芯， 并通过钻机的夹持器夹紧固定钻杆。

[0031] 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。

[0032] 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 100毫米处以拔断岩芯， 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。

[0033] 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。

[0034] 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。

[0035] 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。

[0036] 在本发明方法的步骤二中， 卡簧座 23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 1毫米， 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。

[0037] 钻具在回转吋压入钻进， 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小吋内钻进 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， 在标准贯入试验吋， 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 ， 同吋也减少测试杆 3与孔壁的摩擦， 避免测试杆 3弯曲变形吋撞击孔壁， 减少 不确定因素， 使试验结果更准确。

[0038] 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。

[0039] 工业应用性

[0040] 本发明的基于绳索取心钻具的工程地质钻探方 法， 由于采用单动双管钻具， 在 回转吋压入钻进， 全孔跟管钻进速度非常快， 泥浆消耗少， 岩芯管保持不旋转 状态， 对土层扰动小， 当钻进的深度达到岩芯管的长度后， 油缸将整个钻具提 离距孔底一段距离以拔断岩芯， 取芯质量高， 可提取原状土样。

[0041] 并且， 本发明在取芯和标准贯入试验吋， 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， 同吋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， 更加有利于施工的幵展。