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          工程勘察水域鉆探設計

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          工程勘察水域鉆探設計

          一鉆探平臺的確定與設計

          1鉆探平臺的確定水域勘察不同于陸地勘察

          首先要根據場地環境條件選擇合適的鉆探平臺。適用于淺水水域的鉆探平臺有油桶筏、鉆探船、人工島、棧橋、桁架式構架等,它們之間的最大區別在于對環境的適用性、搭建經濟性和移動靈活性,油桶筏的應用最為廣泛。城市地鐵工程勘察水域鉆探具有多孔鉆探、移動頻繁、鉆機體積及質量小等特點。油桶筏結構簡單,容易搭建,不需要專業工人操作,移動靈活,可以重復使用;平臺材料容易獲得;平臺運輸容易,小貨車即可;平臺搭建成本低。根據以上分析,油桶筏是此類工程適用性較強的鉆探平臺。

          2鉆探平臺的參數設計鉆探平臺的設計

          主要考慮平臺的運動和穩定性。平臺工作中或錨定后,有6種運動,3種是直線運動,分別為前后進退的縱移、左右橫移、上下起伏升降;3種是搖轉運動,分別為左右搖晃的橫搖、前俯后仰的縱搖、左右轉動的搖動。水域環境引起油桶筏的這些運動,會隨著風速和流速變化的高低而加劇和減弱,即使是非常明朗的天氣,平臺運動仍然存在,因此,盡可能地增加平臺的穩定性,減弱平臺運動是鉆探作業最基本的要求。鉆探作業的各種工序,應遵循平臺運動限制標準,同時鉆探平臺設計必須全面考慮工作區域環境的復雜情況和人體所能承受的水平,才能保證作業的順利和安全。油桶筏水域鉆探平臺設計時,宜驗算平臺所承受的水流阻力、水流沖擊力、風力以及鉆進時的振動力,必須驗算其豎向承載能力,平臺的豎向承載能力主要由油桶、方木和木板在水中所受的浮力提供,

          3鉆探平臺的結構設計經計算

          鉆探平臺縱向由16個油桶組成單縱排油桶和橫向6組油桶排綁扎固定搭建成長8m、寬6m、總面積為48m2的油桶筏,符合鉆探場地的平面要求。

          二鉆探平臺的搭建方案

          1搭建步驟第一步

          根據計算確定橫、縱向油桶數量,準備物資、材料。認真檢查油桶有無漏水現象,確保油桶下水后不滲漏,組裝時油桶口應朝上。第二步:固定單縱排油桶,然后入水。將16個油桶用8號鐵絲擰在兩根10cm×10cm方木上,鐵絲要擰緊,方木位于油桶下方,間距0.6m,形成單縱排油桶。共組建6組單縱排油桶,其中第3組和第4組在第6個油桶的位置留出1個油桶的空檔,此處作為預留鉆探口位置。將6組綁扎好的油桶放入水中,用繩索固定,以防被水沖走。第三步:水中組合縱排油桶組。在水中排列固定好的單縱排油桶組,中間兩排為第6個油桶空缺的油桶組,然后綁扎固定在四周5cm的固定鋼管上,鋼管間用扣件連接,鋼管與方木間用8號鐵絲綁扎。第四步:綁扎上層方木。為增加平臺的牢固性和整體剛性,保證安全,在油桶上方橫向綁扎9根10cm×10cm的方木,并在鉆機作業區域適當加密方木。用8號鐵絲將上層方木、油桶下方的縱向方木和固定鋼管綁扎在一起,對鉆探平臺進一步加固。第五步:鋪設上層木板。為保證作業面的平整和鉆探人員的安全,在上層方木上面鋪設10cm厚的木板。接錯對接,用鐵釘與上層方木固定。第六步:設置護欄及防護網。為保證鉆探安全,在平臺上部應設置護欄及防護網,護欄立柱間距≯2m,上層橫桿的高度>1.2m,護欄與平臺應固定結實、牢靠,并在護欄的外側掛防護網。

          2安裝鉆機、擺放鉆具選用T14-200型鉆機

          搭建平臺后,進行安裝鉆機、擺放鉆具工作,首先讓油桶筏靠近岸邊,把鉆機拖拽至平臺上,將鉆機底梁與平臺的橫梁連接在一起,鉆機立軸應安裝在筏面中心處。鉆機安裝應做到牢固結實,不能晃動、移位。鉆具及原位測試設備應均勻地擺放在平臺上,保持平臺承重均衡,救生衣放在方便易取之處。為保護環境及鉆孔護壁,泥漿池應采用泥漿循環槽,并放在靠近鉆孔的位置。

          3定位測量采用GPS進行鉆孔的定位測量

          由于水域鉆探孔位受水流的流動性及油桶筏定位的復雜性等因素的影響,一般測定一個,施工一個。陸上和油桶筏上的工作人員通過對講機溝通,然后調整油桶筏前后左右的纜繩,使鉆機的立軸對正鉆孔中心,接著下套管固定,并將套管砸入淤泥。水面標高的變化會導致套管口與平臺平面的相對高度隨之發生變化,因此孔口標高要經常地進行校正。

          4錨泊定位在平臺四周布設

          10cm的垂直錨撐及斜撐鋼管,鋼管作為錨具固定在水底,長度根據水深確定,從各個方向卡住油桶筏。油桶筏的四角要設置纜繩,一端拴在油桶筏上,一端拴在岸邊的樹或者地錨上,防止其隨水流動,發生安全事故。

          5制作運輸筏運輸筏同樣采用油桶搭建

          將3個油桶用8號鐵絲擰在兩根10cm×10cm方木上,形成單縱排油桶,共組建3組單縱排油桶。在水中排列好單縱排油桶組,然后綁扎固定在四周5cm的固定鋼管上,接著在運輸筏四周設置護欄和防護網。運輸筏通過纜繩與岸邊的樹或地錨相連,拖拽纜繩形成運輸筏的動力。運輸筏只能運輸鉆探相關人員、工具和樣品等較輕的物品。筏上人員應穿救生衣,并配備救生圈及救生繩。

          三安全保障措施

          (1)施工前必須向河湖管理部門提出申請,說明施工占用河道的區域,施工周期,施工方案,安全措施等,按照要求辦理各種相關手續后才能開始作業。(2)工作開始前,對作業人員進行安全教育,特別是水上安全知識及安全操作規程的教育,并簽訂安全生產協議。(3)針對水域周邊環境條件,編寫行之有效的水域鉆探安全應急預案。(4)測量水深與觀察急流的方向,在地形上先觀察較大面積的水深和急流方向,然后仔細核對,確定鉆孔區域內是否有深坑或急流沖擊的地方;用浮標法測定水流的流速,同時了解歷年洪水情況,以便采取預防措施。(5)與河道管理部門溝通,安全通航公告,在平臺上懸掛紅旗,晚上配備照明、警示燈標識。(6)作業人員必須穿救生衣,平臺上應配備足夠的救生衣、救生圈、救生繩、通訊設備、滅火器等器材。(7)不得強力起吊鉆具,不得將千斤頂直接放在平臺上處理鉆探事故。(8)隨時檢查垂直錨撐、斜錨撐鋼管及纜繩的松緊情況,并根據水位的漲落調整其長度。(9)隨時收聽天氣預報,監測河流水位情況。遇到大雨、大風、大霧和發現水位變化幅度較大時,應迅速撤離,暫停工作。停鉆后,應監測水情,及時清除套管上雜物。(10)筏面應保持平整、平衡,不得留有縫隙和漏洞,不常用的器具和裝滿的巖心箱要及時搬運上岸。鉆具和測試設備應擺放整齊,用后歸位,禁止亂扔亂放。筏面四周應設置護欄和防護網,并懸掛警示彩旗。(11)水域鉆探影響因素較多,應嚴格鉆探操作規程,斷開離合器后才能啟動動力機,不得強力起吊、提升鉆具。需將套管的絲扣全部擰緊,最上面一節的絲扣要裝上護圈,防止河水進入套管。必要時應采取措施,防止鉆孔受水流的影響而導致套管傾斜。嚴格控制回次進尺,保證鉆探質量和巖心采取率。

          四結語

          在我國內陸、沿海地區,鐵路、公路、管道、城市地鐵、城市道路、隧道等線性工程建設中一般都需要進行跨越地表水體的巖土工程勘察工作。油桶筏水域鉆探平臺以其獨特的安全性、穩定性、經濟性、靈活性值得被廣泛地推廣應用于此類工程,水域鉆探影響因素較多,并應結合實際情況,從平臺設計、平臺搭建、安全保障措施等方面靈活應用。

          作者:王維獻 單位:北京市地質工程勘察院