1、基本概念
声波钻进(sonic Drilling),又称为回转声波钻进或振动钻进。它是利用高频振动力、回转力和压力,三者结合在一起使钻头切入土层或软岩,加深钻孔,进行钻探或其它钻孔工程的一种新型钻探技术方法。
声波钻进的主要设备是振动头,也就是振动器。振动头能够产生可以调节的高频振动和低速回转作用,再加上向下的压力,使钻柱和环形钻头不断向岩土中推进。振动头产生的振动频率通常为50-185Hz,转速100-200rpm。钻柱的低速回转保证能量和磨损平均分配到钻头的工作面上。当振动与钻柱的自然谐振频率叠合时,就会产生共振。此时钻柱的作用就像飞轮或弹簧一样,把极大的能量直接传递给钻头。高频振动作用使钻头的切刃以切削、剪切、断裂的方式排开其钻进路径上的物质,甚至还会引起周围土粒液化,让钻进变得非常容易。
另外,振动作用还把土粒从钻具的侧面移开,降低钻具与孔壁的摩擦阻力,也大大提高了钻进速度,在许多地层中钻速高达30.5cm/min。
2、声波钻进的优点
声波钻进技术具有如下优点:
①钻进速度快。声波钻进是振动、回转和加压钻进的有效结合,特别是振动作用使土粒排开和土壤液化,从而获得较高的钻进速度。一般情况下,声波钻进比常规回转钻进和螺旋钻进快3-5倍。
②岩土样保真度好。声波钻进可在覆盖层和软基岩中采集直径大、代表性强、保真度好的连续岩土样。
③环境污染少。通常情况下,声波钻进不采用泥浆和其它洗孔介质,钻进产生的废物比常规钻进少70%-80%。从而减少钻进液对环境的污染。
④施工安全性好。声波钻进和取样采用双管系统,岩心管与外层套管单独进行,提取岩心后立即将外套管跟进到先前取心的孔底,外套管能够很好地保护孔壁,防止孔壁坍塌。同时还可隔离含水层,避免交叉污染。
⑤适应地层范围广。声波钻进方法可以在各种覆盖层,如砂土、粉砂土、粘土、砾石、粗砾、漂砾、冰碛物、碎石堆、垃圾堆积物(包括木头、钢板、混凝土、沥青等)和软基岩,如砂岩、灰岩、页岩、板岩等,有效采集连续岩心样品。
⑥钻进成本低。由于钻进速度快,缩短了施工周期,降低了劳动力费用;钻进产生的废物少,减轻了现场清理费用。