鄭長斌，張煉紅

（湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北荊州434020）

常規(guī)工程勘察水上鉆探實(shí)用安全技術(shù)

鄭長斌*，張煉紅

（湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北荊州434020）

工程勘察水上鉆探相比陸上工程勘察，存在較大的安全風(fēng)險，更易發(fā)生安全事故。以常用的木筏式、雙體鉆船式水上鉆探平臺為例，介紹了鉆探平臺的適用范圍、安裝、錨泊施工技術(shù)，重點(diǎn)闡述了水上鉆探的安全管理及技術(shù)，希望能為同行提供借鑒。

水上鉆探；錨泊作業(yè)安全裝置；水上鉆探類型

1　概述

水上鉆探又稱水域鉆探，是指在江河、湖泊、海上對水下地層進(jìn)行地質(zhì)鉆探，以取得水下工程地質(zhì)勘察、水下基礎(chǔ)處理和礦產(chǎn)勘查資料的鉆探工程。工程勘察水上鉆探是工程地質(zhì)勘察廣泛采用的重要手段之一，通過水上鉆探可以為各類工程地質(zhì)勘察收集翔實(shí)可靠的地質(zhì)資料，為工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)［1］。

近年來，隨著我國交通路網(wǎng)等基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，我單位承擔(dān)了高速公路、鐵路、跨江大橋、水電站、機(jī)場等多項(xiàng)大型工程的勘察。在這些項(xiàng)目實(shí)施過程中，我們多次運(yùn)用水上鉆探技術(shù)，經(jīng)過不斷的摸索、總結(jié)，在水上鉆探安全技術(shù)與管理方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2　水上鉆探的特點(diǎn)

工程地質(zhì)勘察水上鉆探的鉆進(jìn)工藝和陸上鉆探基本相同，但由于施工條件的差異，在安全技術(shù)與管理方面，水上鉆探相對陸上鉆探存在更大的安全風(fēng)險。

水上鉆探相比陸上鉆探，主要有以下特點(diǎn)：

（1）在施工過程中，水上鉆探平臺經(jīng)常會因水位、流速、風(fēng)力或漲落及航行船舶的影響，容易移動或被撞，造成套管彎曲、折斷，有時還會受到洪水的威脅。

（2）在設(shè)備或操作方面，比陸上鉆探復(fù)雜。如鉆探平臺的拋錨、定位、起錨、起下套管受深水急流、水位漲落的影響。

（3）在水面上配備的安全鉆探設(shè)施使用具有一定面積載重的船舶或浮具，作為水上鉆探平臺。

（4）水上鉆探的鉆探用水比較豐富，方便。

3　水上鉆探的類型

工程地質(zhì)勘察水上鉆探，可根據(jù)江河湖泊等水域的具體情況，選擇合適的水上鉆探平臺的類型。水上鉆探平臺常用類型一般分為漂浮鉆探平臺、架空鉆探平臺2種［2］。其中，漂浮水上鉆探是水上鉆探常用的方式，分為木筏式水上鉆探和雙體鉆船式水上鉆探。根據(jù)水域、水位、水深、流速、航運(yùn)、洪枯水季節(jié)的變化等情況具體確定。在線路勘察中，線路經(jīng)過的湖泊、池塘、河渠、淺灘水深較淺，常用油桶、桁木、竹跳板等搭建臨時木筏鉆探平臺。這種方式投資少、見效快。雙體鉆船式水上鉆探主要用在江河具備航運(yùn)條件的水域進(jìn)行水上鉆探。

為保證水上鉆探安全順利進(jìn)行，施工前應(yīng)了解當(dāng)?shù)厮?、氣象、航運(yùn)、航道等情況，周密考慮該水域的特點(diǎn)，做好施工計(jì)劃，制定有效措施，設(shè)計(jì)和布置好錨泊作業(yè)安全裝置，確保鉆探工作安全順利進(jìn)行。

3.1木筏式水上鉆探平臺的適用范圍、固定方法

3.1.1適用范圍

木筏式水上鉆探主要適用于水深較淺、水位變化不大、流速平衡的水域。最適合池塘、淺灘、溝渠、湖泊，鉆孔深度淺，一般不超過100m。其主要特點(diǎn)是搭建容易，在水中移動靈活，鉆探平臺的浮力、面積大小是搭建時主要考慮的技術(shù)參數(shù)。

3.1.2固定方法

木筏式水上鉆探平臺的定位通常使用拋錨法（如圖1所示）。

圖1　拋錨固定鉆探平臺

拋錨法常在庫區(qū)、池塘和距岸較遠(yuǎn)的靜水中采用。錨是由較粗的圓鋼做成的三角鉤，錨的重量和數(shù)量根據(jù)水的深淺、水的平穩(wěn)狀況和平臺的大小來決定。從安全的角度來講，錨的重量越大越好，數(shù)量越多越好，錨的重量和數(shù)量決定平臺的穩(wěn)定性，是水上鉆探安全生產(chǎn)的保證。

3.2雙體鉆船式水上鉆探平臺的適用范圍、固定方法

3.2.1適用范圍

雙體鉆船式水上鉆探平臺主要適用于水流深急、浪大漩渦多、航運(yùn)頻繁的大江大河及鉆孔較深、地層復(fù)雜、地質(zhì)要求孔徑大的工程地質(zhì)勘探。鉆探船的載重量，應(yīng)根據(jù)鉆場設(shè)備（包括鉆探機(jī)械、管材、工具、材料）的總重量并考慮必要的安全系數(shù)來選擇，作業(yè)人員的總重量也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。大江大河水深流急，通航船舶較多，為避免對水上鉆探造成較大影響，一般用載重量200～300t、長度35～40m、寬度4～5m的鐵駁船，既能夠滿足鉆場的需要，又能滿足施工人員居住生活。

3.2.2鉆船的組合與連接

雙體鉆船式水上鉆探平臺一般選用2只鐵駁船，2船載重量、長度與寬度應(yīng)大致相等，船型要基本相同或相近，結(jié)構(gòu)要牢固。將2只船橫排并連，中間留有一定的空隙，空隙大小根據(jù)具體情況而定，一般為0.5～0.8m。間隙大了不僅不安全，同時還要增加連接材料的用量；間隙小了沒有回旋余地，起下護(hù)孔管十分困難。連接2船的材料一般用8根12m的15型工字鋼橫放在2船船面上。工字鋼間距1.0m左右，長度應(yīng)超過2船并連后的外側(cè)0.25～0.3m。再用直徑12.5mm的鋼絲繩從工字鋼兩端圍箍船底，把鐵船與工字鋼牢固地捆在一起，在工字鋼上鋪設(shè)50mm厚的木板或竹跳板，鉆船周圍圍設(shè)欄桿和欄繩。船頭船尾用纜繩拴牢，增加鉆船的穩(wěn)定性，基本上保持均勻?qū)ΨQ。

3.2.3定位方法

（1）拋錨法（圖2）。

圖2　拋錨固定鉆船

（2）纜繩法（圖3）。多用于河流峽谷地帶，使用拋錨法不大可靠，采用纜繩固定鉆船是唯一的方法。在鉆船前后使用“八”字型纜繩固定，在水流較急的地段在船頭拉一根引繩，增加拉力，減輕“八”字繩的拉力。

圖3　纜繩固定鉆船

圖4　撐桿固定鉆船

（3）撐桿法（圖4）。在淺水、靜水及旁岸鉆探時固定鉆船的方法，是水上鉆探固定鉆船最簡單的方法。

4　鉆探設(shè)備的選擇和安裝

4.1設(shè)備選擇

（1）木筏式水上鉆探設(shè)備選擇主要是在滿足鉆孔的要求的情況下，選用體積小、重量輕、拆卸方便、易吊運(yùn)的設(shè)備。通用設(shè)備有xy-2鉆機(jī)（重探）、xy-1鉆機(jī)（北探）、BW-200/40泥漿泵、S195柴油機(jī)、3kW柴油發(fā)電機(jī)組、管子三角塔等。

（2）雙體鉆船式水上鉆探設(shè)備的選擇原則與木筏式水上鉆探的選擇相同，都是在滿足鉆孔的要求的前提下盡量選擇輕便設(shè)備。常用設(shè)備有：xy-2鉆機(jī)（重探），xU-300-2型鉆機(jī)（重探），BW-200/40泥漿泵，S195或S1115柴油機(jī)，12kW柴油發(fā)電機(jī)組，管子三角塔等。

4.2設(shè)備的安裝

由圖7可知，在打滑失效區(qū)，若打磨機(jī)器人從動輪半徑r1和預(yù)緊力FN的均值增大，可使端口打磨機(jī)器人趨于可靠，而主動輪半徑r2和驅(qū)動電機(jī)功率P的均值增大[16-17]，則會使端口打磨機(jī)器人趨于不可靠(即失效)；使端口打磨機(jī)器人最快趨向可靠的參數(shù)是從動輪半徑，其次為主動輪半徑、電機(jī)功率和預(yù)緊力。該靈敏度分析結(jié)果可以很好地指導(dǎo)工程人員在打磨機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造、使用和評估中要嚴(yán)格控制從動輪半徑、主動輪半徑、驅(qū)動電機(jī)功率和預(yù)緊力的變化[14,18-19]。

（1）木筏式鉆探平臺由于面積小，設(shè)備安裝應(yīng)遵循對稱平衡原則，應(yīng)盡量緊湊，少占平臺面積。鉆機(jī)立軸應(yīng)安裝在木筏中心，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器面向河水上游，泥漿泵和發(fā)電機(jī)組安裝在木筏的尾部兩邊。當(dāng)設(shè)備安裝完畢后，木筏迎水一端比另一端略高，施工鉆進(jìn)時，回轉(zhuǎn)器前面可擺放鉆桿、鉆具、巖芯，基本上保證平臺整體吃水深度一致。

（2）雙體鉆船式鉆探平臺設(shè)備安裝與木筏式鉆探平臺相同，但因鉆孔深，設(shè)備大而占用平臺面積同樣大。在設(shè)備大的情況下盡可能將設(shè)備安裝緊湊，少占工作場面，船面安裝設(shè)備時，鉆機(jī)立軸位置處于船面中心，鉆機(jī)在工字鋼棟梁上固定牢固，當(dāng)鉆機(jī)受力時能使鉆船均衡受力，而不至于船體不均衡受力失去平衡。船面必須用厚木板或竹跳板鋪蓋平整牢固，鉆船周圍采用腳手架鋼管架設(shè)防護(hù)欄桿。

5　水上鉆探實(shí)用安全技術(shù)

水上鉆探平臺作為一個獨(dú)立的特殊工作單元，因受水文、氣象、航運(yùn)等因素影響，對安全技術(shù)的要求遠(yuǎn)比陸上鉆探復(fù)雜得多，更容易發(fā)生安全事故。

水上鉆探中，如果采取措施不當(dāng)，往往會導(dǎo)致鉆探平臺位移、撞壞、沖跑、鉆具折斷與鉆孔報(bào)廢等，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，采取切實(shí)有效的安全措施，防范安全事故發(fā)生，確保項(xiàng)目作業(yè)人員安全尤為重要。

為保證水上鉆探順利進(jìn)行，在進(jìn)行水上作業(yè)前必須根據(jù)水域水文情況，搭建好鉆探平臺，建立完善的安全保障機(jī)制，制定嚴(yán)格的安全操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案，以確保作業(yè)人員及財(cái)產(chǎn)安全。

（1）工程進(jìn)場前首先必須了解當(dāng)?shù)厮?、航運(yùn)基本情況，到水上交通管理等部門辦理各種手續(xù)，以及施工許可證。了解施工期間維護(hù)航行的措施，航運(yùn)監(jiān)管部門在施工水域范圍確定后，發(fā)布安全公告，鉆船按規(guī)定懸掛施工信號旗子，固定船只的纜繩（鏈）上下游須設(shè)置浮標(biāo)，安裝交通航運(yùn)安全警示燈。

（2）對鉆探作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)和安全培訓(xùn)，特別是水上基本安全知識及安全操作規(guī)程培訓(xùn)，并簽訂安全責(zé)任書。

（3）鉆船、交通渡船和渡口必須有配足救生衣、救生圈、通訊設(shè)備、船只堵漏材料、消防器材，放置在明顯位置，并規(guī)定呼救信號，作業(yè)人員上班必須穿好救生衣。

（4）夜間作業(yè)，鉆船與渡口必須有良好的照明，夜間無論是否施工，都必須開啟照明燈，為過往船只引航，以免發(fā)生撞船事故。

（5）鉆探平臺裝載保持平衡，不常用的器具或已裝滿的巖芯箱，應(yīng)及時搬移上岸，妥善保管。

（6）提升鉆具時不得強(qiáng)力提拔，不得用千斤頂坐在船上處理事故。

（7）每班有專人檢查纜繩（鏈）、鉆船繃?yán)K、船上絞車及鉆船平臺安全情況，根據(jù)水情變化及時調(diào)整鉆船纜繩。

（8）為隔絕水流對鉆進(jìn)工作的影響，應(yīng)首先向孔位下入一定深度的保護(hù)套管，并保證其沿鉛垂方向下入水底。

（9）及時掌握上游水情，觀察水位情況。若遇洪峰警報(bào)，應(yīng)及時通知作業(yè)人員做好渡汛和撤離準(zhǔn)備。遇大風(fēng)、大霧、大汛時應(yīng)迅速撤離，暫停作業(yè)。

（10）平臺周邊應(yīng)設(shè)欄桿或欄繩，平臺應(yīng)平整，連接部位應(yīng)牢固可靠，不能留有空隙、漏洞，兩船之間空當(dāng)一定要蓋牢。平臺上的器具必須擺放整齊，以防絆倒。

（11）停鉆停工時，船上必須安排專人值班，水漲水落時調(diào)整固定鉆船的纜繩。

6　結(jié)語

水上鉆探受作業(yè)場地和作業(yè)環(huán)境諸多因素的影響，從平臺的選擇和定位、鉆探設(shè)備的選型、合理的鉆進(jìn)工藝的使用，特別是水上作業(yè)安全事項(xiàng)，都給施工單位提出了更高的要求。施工單位應(yīng)切實(shí)貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，提高作業(yè)人員素質(zhì)，把安全工作落實(shí)到機(jī)臺班組，按安全標(biāo)準(zhǔn)化施工，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生，確保作業(yè)人員及財(cái)產(chǎn)安全。

［1］吳禮年.長江水域鉆探的施工工藝［J］.電力勘測，2004，25 （1）：57-59.

［2］袁勝超，王亞明.淺談蘇丹DAL大壩勘察水上斜孔的鉆探工藝［J］.西部探礦工程，2010，30（1）：69-71.

P634

B

1004-5716（2016）04-0064-04

2015-04-12

鄭長斌（1968-），男（漢族），湖北公安人，高級工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘探安全管理工作。