非开挖技术应用于地下管道

勘察就是采取某种方法去揭示地下岩土体（含地下水、不良地质作用等）的岩土特征及其空间分布、变化特征。取样则是为了提供对岩土的工程特性进行鉴定并对各种所需的样品进行试验。勘察与取样也是岩土工程勘察中最基本和最重要的工作方法之一。

岩土工程勘察所采用的勘探方法主要有钻探、坑探、物探和触探。

1.钻探

钻探就是利用专门的钻探机具钻入岩土层中，以揭露地下岩土体的岩性特征、空间分布与变化的一种勘察方法。它是岩土工程勘察中所采用的一种极为重要的技术方法和手段，其成果是进行岩土工程评价、岩土工程设计与施工的基础资料和依据。岩土工程地质钻探应符合下列要求：能为钻井的地层鉴别岩性，确定其埋藏深度与厚度；能采取符合质量要求的岩土试样、地下水试样和进行原位测试；能查明钻井深度范围内地下水的赋存与埋藏分布特征。

（1）岩土工程地质钻探的特点

与以找矿为目的地质钻探相比较，岩土工程地质钻探具有以下主要特点：

1）勘察线网的布置不仅要考虑自然地质条件，还要结合工程的类型、规模与特点；

2）钻探的深度一般较小，多在数米到数十米范围内；

3）钻孔孔径变化较大，小者数十毫米，大者数千毫米。常用钻头直径为91～150mm；

4）钻探多具综合目的，除了查明地层、岩性、水文地质等条件外，还要进行各种力学试验和采取试样等；

5）对岩心采取率要求较高，软弱夹层、岩石破碎带等也应设法取出岩心；

6）在拟做试验的孔段，要求孔壁光滑平整，以便进行测试工作；

7）为了了解岩土天然状态下的物理力学性质，要求采取原状岩土试样，以便进行物理力学性质试验。

（2）岩土工程中常采用的钻探方法及其适用条件

岩土工程勘察中采用的钻探方法很多，根据其破碎岩土方法的不同，大致可分为回转钻探、冲击钻探、振动钻探与冲洗钻探四大类。回转钻探就是利用钻具回转使钻头的切削刃或研磨材料削磨岩土使之破碎而钻进，又可进一步分为孔底全面钻进和孔底环状钻进（岩心钻进）两种，岩土工程勘察多采用岩心钻进。冲击钻探就是利用钻具的重力和下冲击力使钻头冲击孔底以破碎岩土而钻进。又可进一步分为钻杆锤击钻进和钢丝绳冲击钻进两种，岩土工程勘察中均有使用。振动钻探就是将机械动力所产生的振动力通过连接杆及钻具传到圆筒形钻头周围的土中，使土的抗剪力急剧降低，圆筒形钻头依靠自身及振动器的重量切削土层而钻进。冲洗钻探就是利用上述各种方法破碎岩土，然后利用冲洗液将破碎后的岩土携带冲出而钻进，冲洗液同时还起到护壁和润滑等作用。此法在钻孔灌注桩等岩土工程施工中使用较多，而在岩土工程勘察中使用较少。

上述钻探方法各具特色，各有自己的使用范围。实际工程中应根据钻进地层的岩土类别和勘察要求加以选用。各种钻探方法的适用范围参见表1-1。

表1.1 钻探方法的适用范围

注：++表示适用；+表示部分适用；—表示不适用。

在选用钻探方法时，应符合下列要求：

1）对要求鉴别地层岩性和取样的钻孔，均应采用回转方式钻进，遇到碎石土可以用振动回转方式钻进；

2）地下水位以上的地层应进行干钻，不得使用冲洗液，也不得向孔内注水，但可以用能隔离冲洗液的二重管或三重管钻进取样；

3）钻进岩层宜采用金刚石钻头，对软质岩石及风化破碎岩石应采用双层岩心管钻头钻进。需要测定岩石质量指标时，应采用外径为75mm的双层岩心管钻头；

4）在湿陷性黄土中，应采用螺旋钻头钻进，或采用薄壁钻头锤击钻进，操作时应符合“分段钻进、逐次缩减、坚持清孔”的原则。

（3）钻探编录

在岩土工程勘察的钻探过程中，必须做好现场的钻探编录工作，把观察到的各种地质现象正确地、系统地用文字和图表表示出来。这既是工程技术人员的现场工作职责，也是保证达到钻探目的的重要环节和正确评价岩土工程问题的主要依据。

岩土工程勘察中的钻探多具综合目的，钻进过程中所进行的各种试验工作均有细则和规范要求，应认真执行。从岩土工程勘察角度出发，需要强调的是钻进过程的观察、分析和记录，水文地质观测，岩心鉴定及钻孔资料整理等。

1）钻进过程中的观察和记录，即填写钻探日志。对以下情况必须认真记录：

①钻进方法、钻头类型及规格、更换钻头情况及原因等；

②钻具突然陷落或进尺变快处的起止深度，以判断洞穴、软弱夹层与破碎带的位置及规模；

③钻进砂层遇有涌砂现象时，应注明涌砂深度、涌升高度及所采取的措施；

④使用冲洗液钻进时，应注意记录其消耗量、回水颜色和冲出的混合物成分，以及在不同深度的变化情况等；

⑤发现地下水后，应测量初见水位与稳定水位、测量的日期与经历时间等；

⑥孔壁坍塌掉块、钻具振动情况、钻孔歪斜、下钻难易、钻孔止水方法及钻进中所发生的事故等；

⑦每次取出的岩心应按顺序排列，并按有关规定进行编号、整理、装箱及保管；

⑧注明所取原状土样、岩样的数量及深度，并按有关规定包装运输；

⑨钻进中所做的各种测试与试验，应按有关规定认真填写记录。

2）岩心鉴定，即对所钻进的各岩土层的岩性特征进行观察、描述和记录。观察描述的内容应满足有关规程、规范的要求。现简述如下：

①碎石类土：应鉴定、描述土名、颜色、湿度、密实状态，土的粒度与矿物成分、最大粒径、一般粒径、磨圆程度与分选性，充填物特征等；

②砂性土、粉土：应鉴定并描述土名、颜色、湿度、密实状态，土的粒度与矿物成分、颗粒形状、层理、胶结物与土中黏性土含量等；

③黏性土：应鉴定并描述土名、颜色、湿度、稠度状态，土的均匀性与土质特征、土的包含物特征等；

④岩石（基岩）：应鉴定并描述岩石名称、颜色、矿物成分、结构、构造，节理裂隙发育特征，岩石的风化程度以及岩心采取率、岩石质量指标（Rock Quality Designation，简称RQD）值等。

对于特殊性岩土，除鉴定并描述上述相应岩土内容外，尚应描述反映其特殊成分、状态和结构等内容。

3）钻孔资料整理。主要是绘制钻孔柱状图。

2.坑探

坑探是指在地表或地下所挖掘的各种类型的坑道，以揭示第四纪覆盖层分布区基岩的工程地质特征，并了解第四纪地层情况的一种勘察方法。其主要特点是便于直接观察、采取原状岩土试样和进行现场原位测试。因此，它是区域地质（断裂）构造（或称区域稳定性）、不良地质作用（或场地稳定性）岩土工程勘察中使用较为广泛的勘察方法。

（1）坑探的类型与用途

1）试坑：深2m以内，形状不定。主要用于局部剥除地表覆土、揭露基岩和进行原位试验等。

2）浅井：从地表垂直向下，断面为圆形或方形，深5～15m。主要用于确定覆盖层、风化层的岩性与厚度，采取原状试样和进行现场原位试验等。

3）探槽：在地表开挖的长条形沟槽，深度不超过3～5m。主要用于追踪构造线、断层，探查残积层、坡积层、风化岩层的厚度与岩性等。

4）竖井：形状同浅井，但深度大，可超过20m以上，一般在较平坦地方开挖。主要用于了解覆盖层厚度、岩性与性质，构造线与岩石破碎情况，岩溶、滑坡与其他不良地质作用等情况。岩层倾角较缓时效果较好。

5）平硐：在地面有出口的水平坑道，深度较大。适用于较陡的基岩坡，用以调查斜坡的地质构造，对查明地层岩性、软弱夹层、破碎带、风化岩层时效果较好，还可采取原状试样、做现场原位试验等。

6）石门：没有通达地面出口的水平坑道，与其他工程配合使用。主要用于调查河底、湖底等的地质构造。

（2）坑探过程中的观察与编录

1）坑探工程的观察描述。其主要内容包括：

①第四系的时代、成因、岩性、厚度及其空间变化；

②基岩的岩性、颜色、成分、结构构造、产状以及不同岩层间的接触关系；(www.xing528.com)

③岩石的风化特点及风化壳分带；

④软弱夹层的岩性、厚度、产状及泥化情况等；

⑤构造断裂的组数、产状，断裂面的力学性质、延展性、平滑度、填充物，节理裂隙的间距或密度，断层破碎带的宽度、产状、性质，构造岩的特点等；

⑥地下水渗水点位置、特点、含水层性质、涌水量大小等。

以上各种现象在坑探过程中应不断观察描述，尤其在岩性软弱、破碎的地下坑道更应如此。否则，由于围岩变形破坏或经支护后使原始地质现象难以观察，达不到预期目的。

2）坑探工程展示图。沿坑探工程的四壁及顶、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法绘在一起就成为展示图。用它来表示坑探原始地质成果，效果较好，生产上应用较为广泛。

3.物探

（1）物探的基本原理

根据组成地壳的岩土体具有不同的物理性质（如电性、密度、弹性、磁性及放射性等），利用专门仪器来测定地球物理场在空间和时间的分布规律，并经分析整理后，就能判断地下岩层的位置和空间分布，解决地质构造等有关问题。这些问题主要有：

1）第四纪松散沉积物的岩性、厚度、空间分布等，为查明建筑物地基、天然建筑材料、古河道等指示方向；

2）基岩的埋藏深度及其起伏情况，基岩的岩性、厚度、产状及其构造特点，隐伏断裂带的位置、宽度和产状等；

3）测定岩石风化壳的厚度，进行风化壳分带；

4）测定岩体的动弹模和泊松比；

5）调查滑坡面的位置、滑体厚度，测定滑动方向和速度；

6）寻找地下水源，确定主要含水层分布，淡水和高矿化水的分布范围，测定地下水的埋深、流速和流向；

7）调查岩溶发育的主导方向及随深度的变化规律，确定岩溶发育的范围和深度；

8）判断地下工程围岩的破碎程度，确定衬砌厚度；

9）测定泥石流的堆积厚度及高寒地区多年冻土带的分布；

10）检验建筑物基础及地基处理的施工质量，如桩基检测、地基灌浆效果检测等。

（2）物探的主要特点

与其他勘察方法相比较，物探方法具有如下主要特点：

1）物探的方法较多，各种方法综合运用，能较好地解决以上各项地质问题；

2）物探方法不仅能定性解释地质现象，而且还能对地质现象给予定量解释，测定岩石的物理力学性质指标；

3）能测得较大范围的岩土体物理场，指标可能更具代表性；

4）装备轻便，劳动强度低，工作效益高，成本较低。

但物探受许多因素影响，其成果往往具有多解性，一般不宜直接用作设计依据。所以一般用于勘察的低级阶段或地基、基础检测等，勘察的高级阶段使用不多。

物探的具体方法很多，各种方法的基本原理、适用范围、成果整理与应用等详细内容可参看工程物探教材等资料，在此不再赘述。

4.取样

在岩土工程勘察过程中，对技术孔必须进行取样，并对所取试样进行室内土工试验，以测定岩土的各项物理力学性质指标。

（1）土试样的质量等级

土试样的质量应根据试验目的按表1-2分为四个等级。

表1.2 土试样质量等级

注：1.不扰动是指原位应力状态虽已改变，但土的结构、密度和含水量变化很小，能满足室内试验各项要求。

2.除地基基础设计等级为甲级的工程外，在工程技术要求允许的情况下可用Ⅱ级土试样进行强度和固结试验，但宜先对土样受扰动程度作抽样鉴定，判定用于试验的适宜性，并结合地区经验使用试验成果。

（2）钻孔取土器

钻孔取土器应根据土样质量级别和土层性质选用。对于采取Ⅰ级原状试样，必须选用薄壁取土器，采取Ⅱ级原状试样，可选用薄壁取土器或厚壁取土器，Ⅲ、Ⅳ级扰动试样，则不需要取土器。

（3）钻孔取样技术要求

1）对钻孔的技术要求

①在地下水位以上，应采用干法钻进，不得向孔内注水或使用冲洗液。土质松软时，可采用二（三）重管回转取土器，钻进、取土合并进行；

②在地下水位以下的软土、粉土及砂土中钻进时，宜采用泥浆护壁。使用套管护壁时，套管的下设深度与取样位置之间应保持三倍管径以上的距离。为避免孔底土隆起受到扰动，应始终保持套管内的水头等于或稍高于地下水位；

③钻进宜采用回转方式。如采用冲击、振动、冲洗等方法钻进时，至少应在预计取样位置以上1m开始采用回转方式钻至取样位置；

④下放取土器之前应仔细清孔，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）。

2）对取土器取样的技术要求

①取土器应平稳下放，采取Ⅰ级原状试样应采用快速、连续的静压方式贯入取土器，贯入速度不小于0.1m/s。采取Ⅱ级原状试样可使用间断静压方式或重锤夯击方式，重锤夯击应有良好的导向装置，避免锤击时摇晃；

②对软硬交替的土层，宜采用具有自动调节功能的改进型单动二（三）重管取土器，采取原状试样；

③对硬塑以上的黏土，密实的砾砂、碎石土和软质岩石，可采用二（三）重管取土器，采取原状试样。

3）土试样封装、保存及运输的要求

Ⅰ～Ⅲ级土试样的封装、保存及运输应符合下列要求：

①取出土试样应及时密封，以防止湿度变化，并避免暴晒或冰冻；

②土试样运输前应妥善装箱、填塞缓冲材料，运输途中避免颠簸。对易于振动液化、水分离析的土试样，宜就近进行试验；

③土试样采取后至试验前的存放时间不宜超过3周。

（4）取水样的质量要求

1）取水试样应代表天然条件下水质情况，水试样的采取与试验项目应符合有关规程、规范的要求；

2）水试样应及时化验，不宜放置过久。如不能立即分析，一般允许存放时间：清洁的水72h，稍受污染的水48h，受污染的水12h。