工程勘察中水上钻探施工技术

本文结合工程勘察钻探实例,针对水上勘察中钻探船只的选择、施工平台的搭建、锚泊定位及相关钻探技术的采用等进行了深入分析,并探讨了在进行水上工程勘察钻探中应采取的安全措施,具有一定的实际指导意义,以供参考。

一、工程概况

佛昙跨海特大桥位于福建省漳州市漳浦县佛昙镇轧内村与前亭镇井尾村之间的佛昙港,是福建省沿海大通道的重要组成部分(见图1)。

大桥全长1597.28m,中心桩号K40+021,起讫桩号K39+876.360~K41+473.640。桥位区属滨海平原地貌区-冲海积平原上地貌单元,总体地形平坦。桥位线路横跨佛昙港岱嵩湾,海岸两侧分布众多鱼塘,沿线路走向海面宽约900m,海水深约8~25m。

勘探深度内揭露覆盖层属第四系堆积物,岩性以中粗砂、粘性土及残积土为主;下伏基岩为玄武岩、花岗岩及泥岩。

本次勘察水上共投入GXY-4型及GXY-2型钻机及配套设备共各1台,实际完成水上钻探孔14个、进尺872.20m。经验收,钻孔质量均满足设计要求。

二、设备选择与平台搭建

水域钻探是本次勘察的重点,水深、流急是本次勘探施工工艺的重点、难点所在。

1. 设备选择

本次采用2个钻探平台同时作业,1个深水孔平台,1个浅水孔平台,考虑到深水、深孔钻探施工条件、工艺比较复杂,钻探设备应具有一定的备用能力。选用的钻探船载重量、舷宽、吃水深度均适宜,船体结构和质量稳定性能好,具自航能力。另外,选用载重量为40~50T,有机械绞锚机的机动船2条作交通船。深孔、深水孔配运载能力较大的交通船,浅水孔配运载能力偏小的船。2个钻探船均配备照明发电机组及电焊机、气割器具。深水孔平台上增配一套泥浆处理、除砂设备及备用泥浆泵。

2. 平台搭建

钻探船上,用6-8m长6根30×30(cm×cm)枕木组装成侧跨钻探平台,平台外伸2.0m,宽≥5m,枕木与船体的连接要牢固,关键位置加固,所有钻探船均压舱至安全吃水线,使钻探船保持一定的吃水深度和船体稳定。平台面用厚度≥60mm的木板铺设、固定,平台配备必要的防护栏杆,深孔平台的孔口槽板应拆卸方便。

桥梁建筑工程、土木工程、水利工程

三、锚泊定位

钻探船固定均采用抛锚泊位,为保证孔位准确,平台船上配备5只铁锚,形为齿状,前面1只主锚,4只边侧锚,呈“八”字型分布,边侧锚绳与主锚绳之夹角为50°~55°,预备用锚1只,当某一侧锚出现微走锚时或在可能造成平台船漂移的最大流向方向上增补,提高船在施工时抗漂移的能力(考虑到大风与流速的合力方向是变化的),详见(图2)。

钻孔定位采用GPS全球定位系统进行导航定位,深水孔位定位方法:根据设计孔位座标、锚绳长度、水深与预抛方向,先计算出锚位坐标,由钻探船送主前锚、左前或右前锚至预定锚位,GPS定位仪在孔口位监测到位,保证定位误差≤2m或更小,到位后,在每根锚绳上配钢绳调节器具,以便锚绳随潮水涨落而得到及时调整。深水孔定位放在大潮后进行,定位后应有一涨退潮期的观测定位效果。浅水孔位定位方法:也是由钻探船自身送出上游两只边侧锚,然后顺水流航行至孔位附近停泊,再由交通船送出两只下游锚,在GPS定位仪监测下绞锚到位,保证定位误差≤2m或更小。平常利用绞锚机进行钢丝绳的松紧调节。所有的定位锚应配备有标志的锚浮子。锚浮子要有足够的浮力,标志醒目,以指示过往船只避让,锚浮子系绳要有足够的强度与长度。

四、套管安装

顾及到施工轴线域水深、流急,选用厚壁、外接箍、高强度的优质无缝钢管作隔水保护套管,深水域孔采用双层套管,水深大于25m的钻孔外层套管为Ф177.8mm,内层套管为Ф146、Ф127mm。水深小于25m的钻孔,外层套管选用Ф139.7mm套管,内层套管采用Ф108mm,并配备足量短管,便于现场的级配及加接套管,所有的套管在使用前均进行垂直度、损伤、丝扣质量等方面的检查,并保证满足钻探施工技术要求。

孔位确定后,用测深仪或悬锤法测量实际水深,节配套管,外层套管采用逆水牵引绳下管法。利用流速缓慢的平潮期,以Ф15.5mm钢丝绳逆水牵引并随套管同步下放,以保持管柱垂直进入地层,并跟管钻进进入稳定层5~10m。在2/3、1/3水深处(水深超过-20m情况)分别设置套管夹板系保护绳逆水牵引,这样既不影响套管的回转跟进,又能有效地增强管柱的抗水流冲击强度。船头前方逆水牵引是在套管柱60°夹角线上设置两个锚位点。内层套管作为技术套管跟管钻进,钻进时随时观察套管跟进情况,保证孔口泥浆返浆。

孔口增设一可回收泥浆的补偿导向管(长4~5m),下部接扶正牵引绳 ,既顺利回收泥浆,减少泥浆耗量,又节省因潮水影响而加接短管的时间。还起到加固外层套管的作用,浅水孔套管的安装与深水孔相同,不同点是只用1根逆水牵引绳,一般下一层套管。

五、施工安全

水上钻探是一个高风险的作业项目,水上钻探平台更是一个独立的特殊工作场所,工作场地远离陆地,现场条件复杂,突发事件不确定,因此在进行水上作业前必须做好安全应急预案,建立完善的安全保证措施,以确保作业人员与财产的安全。

(1)项目开始后,对所有船上作业人员进行安全教育,特别是水上基本安全知识及安全操作规程教育,并与每个作业人员签订安全协议。

(2)钻探船上备有足够的救生衣、救生圈、医药箱、通信设备、船只堵漏和消防器材,并放置在明显的位置。

(3)钻探船四周安设牢固的防护栏杆,栏杆上悬挂醒目的施工信号旗。钻探船定位锚绳上方设置浮标,并配有交通航运安全警示灯。

(4)夜间无论是否施工都必须开启照明灯,为过往船只引航,以免发生撞船事故。

(5)随时监听气象预报,观察水位情况,如遇大风,暴雨大汛,迅速撤离。

六、总结

(1)水上钻探受作业场地和作业环境诸多因素的影响,勘察施工和陆上作业有着完全不同的工艺办法。从平台的选择和定位、钻探设备的选型、合理钻进工艺的使用到水上作业安全事项等等都给施工单位提出了更高的要求。

(2)水上钻探的套管受力复杂,易于折断,选好、固定套管是关键。钻具组合与钻进参数的选择,必须考虑保护好套管。

(3)水上钻探由于受风浪、流速的影响,必须高度重视安全生产工作。

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