SRS声波钻机在环境地质查询中的运用-欧美大地仪器

　　本文来历：郑江,牛耕,宋泽龙.SRS声波钻机在环境地质查询中的运用[J].四川建材,2022,48(08):67-69.

　　环境问题联系到人的生命健康，越来越遭到人们的注重。近些年来，土地资源名贵，土壤修正成为环保范畴抢手的论题之一。为了做好土壤修正，首先要做好土壤查询。钻探是土壤查询中最重要的技能办法。为了获取质量高的芯样，环保工程师们在不断测验各种取样办法，包括反转钻进、直推式钻进、冲击钻等。声波钻进是当时新颖的一种取芯办法，遭到了越来越多人的注重。本文介绍了声波钻机的作业办法和作业原理，结合工程实践，验证了这种办法的效率高且效过好，为环境地质查询土壤取样供给一种可供学习的办法。

　　跟着我国国民经济的快速开展，人们的生活水平不断提高，人们对所生计的环境越来越注重。一方面，对环境维护的力度逐步加大；另一方面，对现已污染的环境在进行修正管理。其间，土壤修正便是一项越来越遭到注重的作业。人口越来越多，土地确是有限的，在一些区域，土地成了稀缺资源。关于现已污染的土地，从头运用前需求进行修正。场所查询是场所修正作业的根底，不适当的场所查询成果是导致修正失利的首要原因。在场所查询中，只要精确地确认污染源、污染分散途径、污染物散布和受体联系，才干拟定经济有用的修正计划。关于场所查询而言，钻探又是直观、重要的办法。质量高的钻探能够取得很好的芯样，判别污染物地点的层位、污染物的成分，还能够对染污进行实验剖析，测验污染物的浓度、含量等。为后续的土壤修正，供给参阅依据，拟定合理的修正计划，也能够防止糟蹋名贵的修正资金[1-4]。本文介绍了一种新式的声波钻进技能，经过在实践工程中的运用，验证了该取样办法的有用性、高效性，为土壤环境地质查询供给一种新的可供学习的办法[5-7]。

　　声波钻进技能是一种起源于欧美国家的新式的钻进技能，近些年来逐步引入我国。声波钻进选用高频共振技能，在钻进进程中，共振能量经过钻杆向下传递给钻头，一起旋转钻杆使其能够穿透坚固的地层（如图1）。动力头内部带有偏心轮，偏心轮高速旋转发生共振能量。声波动力头操控共振和旋转能量，使其与钻进的地层相匹配，这样能够削减土阻力，而且取得较高的钻进速率。声波钻机适用于（十分）软的土、混合土和坚固的地层，简直包括一切地层，一起也能够获取质量高的未扰动的试样。

　　SRS声波钻机是由荷兰皇家Eijkelkamp公司研发的小类型的声波钻机，国内现在现已引入多台。SRS小型声波钻机适用于上覆地层的钻探和取样，适用深度大约为50m（如图2）。SRS是小型声波旋转钻机，选用高频声波振荡结合旋转进行钻进。SRS声波钻机是一套运用简洁的钻机，分为短冲程和长冲程两种类型。SRS小型声波钻机钻进速度快，取芯进程洁净，一起能够取得质量高的试样。SRS声波钻机的适用规模包括环境工程钻探和取样、矿藏开发、岩土工程取样和测验、地震爆炸井钻探、地质施工钻探等。

　　为了确保质量高的取芯，针对不同地层，Eijkelkamp公司开发了三种取芯东西：关于软土地层，选用“水锁取芯东西”，利用水锁，将芯样锁定在取芯管内；关于硬土地层，能够选用单壁取芯管进行取芯，快速便利；关于岩石地层或卵石地层，选用双壁取芯器进行取芯，能够在双层壁之间注入冷却水，对钻头进行冷却，用于岩石地层钻进。

　　本次选用SRS型声波钻机，在北京市某区的一块场所进行了钻探取芯的运用，取得了十分好的芯样，验证了声波钻机的高效性。

　　项目坐落北京市某区，地处燕山南麓与华北平原北端的相交地带，东、南、北三面环山，中心为平原谷地。地貌由北部、东部、南部山地和中部、西南部平原两大地貌单元组成，山区、半山区占七分之四，平原占七分之三。地形由东北向西南歪斜，中心陡峭，呈歪斜簸箕状。

　　工区气候属暖温带半湿润大陆性季风型，四季清楚，日照足够，年日照总时数2710.8小时左右。东北部山区有区域性小气候。年均匀气温11.5℃。工区年均匀降水量为653.9mm，首要集中于夏日的六、七、八、九等月份。均匀风速为1.56m/s，最大风速为1.70m/s。年均匀日照数2729.4小时，均匀无霜期191天，最大冻土深度为740mm。

　　北京区域主体地质结构为古近纪前的开裂及其操控的断块结构，首要有三组开裂带：骨干开裂带为北北东向，其次为北东向和北西向开裂带。北京区域根本地震结构是新生代北京洼陷，发育于北京洼陷的黄庄－高丽营开裂、南口－孙河开裂是晚更新世－全新世活动过的开裂，属潜在的发震结构，在深部结构都有必定的显现，两条开裂在北京洼陷内相交。该修正场所处于中朝淮台地燕山褶皱带工中穹断规模内，坐落蓟县坳摺（Ⅲ4）的西南部，其西南为北京断陷（Ⅲ6），南部则与大厂断陷（Ⅲ8）相邻。

　　依据区域地质材料显现，工区地层自下而上依次为太古界、长城系、蓟县系、青白口系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、第四系。其间山区基岩地层出露，地层较老，首要有太古界及长城系。平原区首要散布着元古宙的蓟县系及长城系，仅马坊区域散布有古生代地层。

　　工区平原区第四系厚度改变较大，从几十米至七百米左右。山前一带最浅，厚度几十米，最厚区域在工区城区一带。城区及其邻近区域首要坐落泃河、洳河构成的冲洪积平原，具有多层岩土体结构。一般地表下40m深度规模内的地层，从北向南，碎石、卵石的埋深逐步变大，且颗粒直径逐步变小，由碎石、卵石逐步变为细砂，黏性土地层厚度加大。

　　该修正场所地点区域第四系覆盖层厚度约350～400m左右，地层以黏性土、粉土与砂类土交互堆积为主，归于松懈岩类孔隙水体系，孔隙水含水层组富水性强，单井5m降深的出水量可到达5000m3/d之上。

　　依据区域材料，场所邻近埋深约40m内地层散布特征如下：地上下1~2m为杂填土和素填土；地上下2~5m以粘质粉土为主；地上下6~10m以砂类土、粉土为主，可赋存地下水；地上下10~30m以黏性土为主，散布有粉土、砂类土夹层，其间的砂类土、粉土层中可赋存地下水；地上下30~40m地层岩性以砂类土、卵砾石为主，可赋存地下水。

　　依据本次场所水文地质勘测成果可将场所现状地上（地上标高27.92～30.18m）以下32.50m左右深度（最大钻探深度）规模内的地层按堆积成因与时代区分为人工堆积层、第四纪堆积层2大类，并按地层岩性及其赋水特性自上而下进一步区分为8个大层及其亚层。

　　场所地上以下32.50m深度（最大勘探深度）规模内安稳散布的地下水区分为4层，地下水类型自上而下分别为潜水和承压水。

　　工区地下水水源维护区包括两大部分：应急水源地维护区，由两个水源地组成，分别是中桥水源地和王都庄水源地；新城及村镇集约化供水地下水水源地维护区。

　　应急水源地维护区按井群进行维护区规模的区分，中心维护区规模为井群外围各单井半径50m圆的外切线所包括的区域，维护区为中心维护区外推100m的规模。由此应急水源地维护区总面积为7.6km2，其间王都庄应急水源地维护面积5.0km2，中桥应急水源地维护面积2.6km2。

　　修正场所坐落应急水源地维护区地下水流向的下流，修正场所内埋深10m之内的地下水不作为饮用水源及其他用处的水源。

　　此次土壤查询项目中，选用了SRS声波钻机对场所土壤污染层进行了查询。SRS声波钻机运用效率高，选用平板车运输到现场今后，可用遥控器操作声波钻机行走。走到钻探点今后，立起大臂，就能够开端钻探取芯了。依据地层状况，选用适宜的取芯东西。一起，在取芯进程中，依据土层的阻力、摩擦力，施加适宜频率的声波振荡，确保取芯器匀速地钻入到土层中。SRS声波钻机一个回次取芯的长度为2m。取芯管彻底取满后，即可提升到地上。能够经过手柄操作动力头扬起，便利芯样取出（图5）。假如芯样难以取出，能够略微施加声波振荡。

　　因为地层千差万别，没有哪一种取芯器适用于一切地层。SRS声波钻机也相同，装备了多种不同的取芯东西可供挑选。最常用的便是单壁取芯、双壁取芯和水锁取芯，如图6。

　　关于十分软的地层，SRS声波钻机能够选用水锁取芯。水锁内放置一个PVC取芯管，能够将松懈的、含水率高的芯样取到PVC管内。别的，关于一些具有挥发性气体的污染土，也能够取到PVC管内，上下两头用盖子进行密封，拿回实验室，进行化学剖析。

　　关于硬土地层，能够选用单壁取芯。单壁取芯是一种惯例的、简略的取芯办法，将一般硬土取到取芯管内。

　　关于十分硬的地层，例如岩石地层、卵石地层、修建废物等，能够选用双壁取芯取芯。双壁取芯器有两层壁，能够用循环水在取芯器中进行循环，能够对孔壁进行护壁，也能够对钻头进行冷却。

　　本次土壤查询项目施行进程中，合理地选用了三种取芯器，顺畅、高效地完成了土壤查询作业。

　　01 声波钻进是一项新颖的环境地质查询技能。选用高频振荡的办法，充分利用压力、转转力以及振荡冲击力，使得钻头快速钻入地层中，将岩土芯样取到取芯器内，是一种高效的取芯办法。

　　02 声波钻进是一种近似于无扰动的取芯办法。高频振荡使得芯样与取芯管不彻底触摸，振荡进程中，不会对芯样形成紧缩。取芯进程中，只对钻头触摸的一圈方位发生影响，并不会影响芯样的内部。

　　03 声波钻进是一种取芯率高的取芯技能。声波钻机装备了多种不同的取芯东西，依据地层土质的不同，合理选用相匹配的取芯东西，能够确保取芯率高。

　　[1]雷开先.声波钻机在环境地质查询中的运用研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2013,40(06):4-8.

　　[3]吴浩,康凯. 国内外环保查询钻机新进展[A]. 《环境工程》编委会、工业修建杂志社有限公司.《环境工程》2019年全国学术年会论文集（下册）[C].《环境工程》编委会、工业修建杂志社有限公司:《环境工程》编辑部,2019:4.

　　[4]吴浩,周兢. 50米超高频声波环保钻机研发及其在污染场所查询的运用研究[A]. 《环境工程》编委会、工业修建杂志社有限公司.《环境工程》2019年全国学术年会论文集（下册）[C].《环境工程》编委会、工业修建杂志社有限公司:《环境工程》编辑部,2019:4.