1、基本概念
聲波鉆進(sonic Drilling),又稱為回轉聲波鉆進或振動鉆進。它是利用高頻振動力、回轉力和壓力,三者結合在一起使鉆頭切入土層或軟巖,加深鉆孔,進行鉆探或其它鉆孔工程的一種新型鉆探技術方法。
聲波鉆進的主要設備是振動頭,也就是振動器。振動頭能夠產(chǎn)生可以調節(jié)的高頻振動和低速回轉作用,再加上向下的壓力,使鉆柱和環(huán)形鉆頭不斷向巖土中推進。振動頭產(chǎn)生的振動頻率通常為50-185Hz,轉速100-200rpm。鉆柱的低速回轉保證能量和磨損平均分配到鉆頭的工作面上。當振動與鉆柱的自然諧振頻率疊合時,就會產(chǎn)生共振。此時鉆柱的作用就像飛輪或彈簧一樣,把極大的能量直接傳遞給鉆頭。高頻振動作用使鉆頭的切刃以切削、剪切、斷裂的方式排開其鉆進路徑上的物質,甚至還會引起周圍土粒液化,讓鉆進變得非常容易。
另外,振動作用還把土粒從鉆具的側面移開,降低鉆具與孔壁的摩擦阻力,也大大提高了鉆進速度,在許多地層中鉆速高達30.5cm/min。
2、聲波鉆進的優(yōu)點
聲波鉆進技術具有如下優(yōu)點:
、巽@進速度快。聲波鉆進是振動、回轉和加壓鉆進的有效結合,特別是振動作用使土粒排開和土壤液化,從而獲得較高的鉆進速度。一般情況下,聲波鉆進比常規(guī)回轉鉆進和螺旋鉆進快3-5倍。
、趲r土樣保真度好。聲波鉆進可在覆蓋層和軟基巖中采集直徑大、代表性強、保真度好的連續(xù)巖土樣。
、郗h(huán)境污染少。通常情況下,聲波鉆進不采用泥漿和其它洗孔介質,鉆進產(chǎn)生的廢物比常規(guī)鉆進少70%-80%。從而減少鉆進液對環(huán)境的污染。
④施工安全性好。聲波鉆進和取樣采用雙管系統(tǒng),巖心管與外層套管單獨進行,提取巖心后立即將外套管跟進到先前取心的孔底,外套管能夠很好地保護孔壁,防止孔壁坍塌。同時還可隔離含水層,避免交叉污染。
、葸m應地層范圍廣。聲波鉆進方法可以在各種覆蓋層,如砂土、粉砂土、粘土、礫石、粗礫、漂礫、冰磧物、碎石堆、垃圾堆積物(包括木頭、鋼板、混凝土、瀝青等)和軟基巖,如砂巖、灰?guī)r、頁巖、板巖等,有效采集連續(xù)巖心樣品。
、捭@進成本低。由于鉆進速度快,縮短了施工周期,降低了勞動力費用;鉆進產(chǎn)生的廢物少,減輕了現(xiàn)場清理費用。