（一）钻探工程的含义

钻探工程（简称“钻探”）是指利用钻探机械，在岩土层中钻进直径小而深度大的圆孔（即钻孔）以取得岩芯（粉）进行观测研究得到地质资料的勘察技术手段。钻探用于获得地下和斜坡深部的地质资料。它具有成果（岩芯等）直观准确并能长期保存，还可以进行综合测井、录像和跨孔探测，并可用于长观和变形监测等优点。因此，钻探工程是地质灾害工程勘察中普遍采用的技术手段，通过钻探主要可以获取工作区以下地质资料：

①探明地层的岩性、时代、层位、厚度、深度等。

②覆盖层及基岩的特征。

③岩层的倾角、岩芯中裂隙的倾角与性质、断层（带）的位置和倾角与性质、褶曲形态等地质构造特征。

④地下水埋深、含水层类型和厚度及岩溶情况。

⑤通过钻探的钻孔采取原状岩土样和做现场力学试验。

（二）钻探机械

钻探中所用的岩芯钻机是用于取芯的专业机械，是由多台设备组成的一套联合机组。主要包括动力机组、动力传动机组、提升设备、旋转设备、循环设备、仪器仪表及控制系统等，如图3.5所示。起升系统由绞车（主滚筒、辅助滚筒、主刹车、辅助刹车）、游动系统（天车、游动滑车、钢丝绳）、大钩、井架组成，作用是起下钻具，下套管，控制钻进；旋转系统由转盘、水龙头组成，起旋转钻具（在钻压作用下旋转钻具破碎岩石）的作用；循环系统是由钻井泵、高压管汇、钻井液处理系统（泥浆罐、固控设备、泥浆调配设备）组成，其中，钻井液的主要作用是及时清除井底破碎的钻屑并将钻屑携带至地面，冷却钻头，稳定井壁，控制地层压力等；动力系统是柴油机或柴油机发电机或电动机，主要是为绞车、转盘、钻井泵提供动力。

地质灾害防治工程勘察常用简易、轻便的SH-30钻机回转钻进，如图3.6所示，对软土用薄壁取土器；对松散的砂卵石层采用冲击钻进或振动钻进；对软弱地层或破碎带采用干钻法、双层岩芯管法。

钻探的常规口径为：开孔168 mm，终孔91 mm。有些工程还采用大口径或小口径钻进方法。

（三）钻孔

钻孔是通过机械回转或冲击钻进，向地下钻成的直径小而深度大的圆孔。钻杆的直径尺寸为46～1 500 mm，小于76 mm的为小口径钻进。

地质灾害勘察常用钻孔类型如下：

①铅直孔。倾角90°，在工程地质钻探中这类孔较常用，适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以上第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。做压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。

图3.5　钻探机械设备组成及钻孔

1—钻机；2—水泵；3—动力机；4—钻塔；5—机台；6—钻场；7—天车；8—钻杆；9—岩芯管；10—钻头；11—水箱；12—钻孔

②斜孔。倾角小于90°，且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大（>60°），或陡倾的断层破碎带，常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。但是斜孔钻进技术要求较高，常易发生孔身偏斜，使地质解释工作产生误差，在软硬相间的岩层中钻进，这种现象尤为严重。

③水平孔。倾角为0°，一般在坑探工程中布置，可作为平硐、石门的延续，用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地质结构及卸荷裂隙，效果也较好，如图3.7所示。

图3.6　SH-30型钻机钻进示意图

1—钢丝绳；2—汽油机；3—卷扬机；4—车轮；5—变速箱及纵把；6—四腿支架；7—钻杆；8—钻杆夹；9—拨棍；10—转盘；11—钻孔；12—螺旋钻头；13—抽筒；14—劈土钻；15—劈石钻

图3.7　用水平孔勘探河底地质结构及斜坡

④定向孔。采用一定的技术措施，可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲，进行定向钻进，如岩层上缓下陡时[（图3.8（a）]或在一个孔中控制多个定向分枝孔，共同钻探同一目的层[图3.8（b）]。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来，国内外广泛采用在一个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案[图3.8（c）]，效果极佳。

图3.8　定向孔

（四）钻探方法

岩土钻探受地层条件、钻孔深度、口径大小、地下水位及设计要求不同，所采用的钻探工艺也各异，有人力和机械两种钻进。人力钻进常见的是洛阳铲和麻花钻，机械钻进有冲击钻探、回转钻探和振动钻探。

1.洛阳铲

常见的洛阳铲呈半圆筒形，长20～40 cm，直径5～20 cm，装上富有韧性的木杆后，可打入地下十几米。通过对铲头带出的土壤结构、颜色和包含物的辨别，可以判断土质。这种铲子只有洛阳几家手工艺作坊生产，而且至今只能手工制造。目前，洛阳铲已不再是考古界的专有工具，在建筑、公路、铁路、矿山等领域，特别是在地基灌桩和地质勘探等方面，洛阳铲也是必不可少的工具，如图3.9所示。

图3.9　洛阳铲(www.daowen.com)

2.麻花钻

麻花钻主要设备是每节长1 m的钢管钻杆和管子钳。首节端部为麻花形钻头，用人工加压回转钻进，孔径较小，随着进尺靠钢管两端螺纹接长。适用于黏性土及亚砂土地层，可在现场鉴别土的性质。它与挖探和轻便触探配合，适用于地质条件简单的小型工程的简易勘探，能取得扰动土样，如图3.10所示。

图3.10　小型麻花钻探示意图

（五）各类地质灾害防治工程勘察钻探工程的应用

1.危岩-崩塌灾害防治工程勘察钻探工程的应用

①查明崩塌（危岩体）岩土体的岩性、地质构造、岩土体结构、节理、断层、褶皱、破碎带、软夹层、风化带、岩溶及崩塌体的边界、底界、崩滑带、溃屈带、形态特征及规模。

②查明崩塌堆积体的厚度、结构、形体特征、崩积床的形态、地质构成与崩积体的界面特征。

③探查崩塌体（危岩体）和崩塌堆积体的水文地质条件、地下水水位，获取地下水水样。

④探测隐伏裂隙和地表裂隙及其深度、发育特征、充填情况、充水情况及连通情况，可进行跨孔物探探测。

⑤钻孔取样进行室内岩土体物理力学试验，水文地质野外测试（钻孔压水、抽水、注水、扩散试验等）和长期观测，确定水文地质参数及查证崩滑带位置及特征。

⑥钻孔物探综合测井和跨孔探测，拓宽物探的勘察范围，验证物探成果，提高其成果的准确性。

⑦崩塌变形长期监测和施工期变形监测。

2.滑坡灾害防治工程勘察钻探工程的应用

滑坡勘察时，钻探的主要目的是查明滑坡及其邻近地段斜坡的地质结构，评价滑坡的稳定性及其工程建筑物的危害程度，为防治滑坡提供地质依据。钻探的主要任务是：

①查明滑坡岩土体的岩性，特别是软弱夹层、软土的层位岩性、厚度及其空间变化规律。

②查明滑坡体内透水、含水层（组）的岩性、厚度、埋藏条件、地下水的水位、水量及水质。

③采取滑坡床（带）岩、土和水体样品进行室内及野外试验，了解岩土体的工程地质性质及其变化。

④利用钻孔进行抽水试验及地下水动态观测，在孔内安装仪器对滑坡体位移及变形进行长期观测。

⑤验证物探异常或争议问题。

3.泥石流灾害防治工程勘察钻探工程的应用

①在泥石流形成区，钻探的任务是在松散物源集中堆积体中（如滑坡、崩塌、岩堆和巨厚的冰水堆积层等）揭露其物质组成、结构、厚度；在基岩地层中揭露岩层的结构、构造、风化程度和风化厚度，为计算物源数量提供可靠的数据。

②在泥石流堆积区，钻探查明堆积物的性质、结构、层次及粒径的大小和分布。成果资料用于分析泥石流的物质来源、搬运的距离，泥石流发生的频率及一次最大堆积量。

③在泥石流可能采取防治工程的沟段，钻探工程应划分不同的工程地质单元，查明各类岩土的岩性、结构、厚度和分布，为防治工程的设计和提供岩土的物理力学及水理性质的指标。

④配合完成在钻孔中所需进行的原位测试工作（如标准贯入试验、动力触探试验和波速测试等）。为了解岩土的渗透系数，在钻孔中进行压水（注水）试验和抽水试验。

⑤在钻孔中采集不同工程地质单元的岩、土、水试样。

4.岩溶塌陷灾害防治工程勘察钻探工程的应用

钻探工作的目的是揭露地表以下各种地质体的埋藏条件、形态特征与空间分布，为研究岩溶塌陷的发育规律和防治方案的论证提供地质依据。其主要任务是：

①查明第四纪覆盖层的岩性、结构、厚度，空间分布与变化规律，划分土体结构类型，确定第四纪底部缺失黏性土层的“天窗”地段。

②查明可溶岩的层位、岩性、结构、产状及其与非可溶岩的接触关系，划分岩溶层组类型；确定基岩面的起伏与隐伏的溶沟溶槽、洼地、漏斗、槽谷等岩溶形态的分布与特征；查明断裂破碎带的产状、规模、构造岩结构特征与胶结程度。

③查明土硐的发育和分布特征，确定地下岩溶形态、规模、充填及其空间变化规律，包括在水平方向上岩溶发育的不均一性和在垂直方向上岩溶发育随深度减弱的趋势，统计钻孔遇洞率和钻孔线岩溶率，研究判定岩溶强烈发育的区段或地带及岩溶强发育带的深度。

④查明岩溶含水层与上覆松散地层孔隙（裂隙）含水层的分布与埋藏条件、富水性与渗透性、水质及其流场特征，确定各含水层之间及与附近地表水体的水力联系、水力坡降或水位差。

⑤进行岩、土、水取样试验及野外测试，了解岩、土体的工程地质性质和水的化学性质及其空间变化规律。