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罗盘测斜仪测量与数字罗盘测斜仪区别

教育综合
2023-11-12 12:59:39

测斜仪正测与反测有什么区别?

没有区别，都是使测量更准确。测斜仪是一种用于测量钻孔、基坑、地基基础、墙体和坝体坡等工程构筑物的顶角、方位角的仪器。在测斜仪观测时，为了消除和减少仪器的零漂及装配误差等，应在位移的正方向及测头调转180度以后的反方向各测读一次数据，取正反两方向测读数据的代数平均值作为倾角测值。

地质罗盘仪的用途和使用方法

罗盘仪简称罗盘(图5-9)，又称袖珍经纬仪，是地质工作者从事野外工作的必备仪器之一。

图5-9 地质罗盘仪示意图

一、罗盘的构造

罗盘的种类很多，但基本构造相同，都是由刻度盘、磁针、水准器及瞄准设备四部分构成的(图5-10)。

度盘:是铅或铜制的圆盘，按0°至360°逆时针方向刻划度数，以便直接读得磁北方位角。一般最小划分为1°(少数为30'或2°)，每10°有注记。在度盘上还附有改正螺丝，转动它，刻度盘就随之转动，以便调整磁偏角。

磁针:磁针靠顶针支持在罗盘中心，可以自由转动，当趋于静止时，其北针所指的方向即磁北方向。磁针上绕铜线的一端为指南针。绕铜线的目的是为了消除我国地处北半球而使罗盘产生的磁倾角。为避免钢针尖端的磨损，当罗盘不用时要用制动器将磁针托起而固定。

照准设备:是一对装在0°～180°方向上的折叠式觇板，与安全盒内面的反光镜配合使用，反光镜面中有一平分线和小椭圆孔。

水准器:圆水准器和测斜水准指示器。圆水准器供安置罗盘或度盘成水平之用，使其中气泡居于中心，此时即表示罗盘已调至水平。罗盘盒的底面装有操纵测斜指示器的手柄，转动它可使管水准器与测斜指示器同时转动，以测定倾角。在底盘上标有0°～90°双度盘，可以直接读出所测岩层、断层面、褶皱轴面的倾斜角。

图5-10 罗盘的构造

二、罗盘使用的基本知识

在野外使用罗盘时，经常用到下列几个基本概念。

磁北方向(MN):在某一测点上，当罗盘仪的磁针静止时，磁针北端所指的方向，即为磁北或磁子午线方向。

真北方向(N):通过地球表面上某一点，指向地球北极的方向，即为真北或真子午线方向。由于地球磁场的南北极与地球自转轴是不一致的，故地球上任何一点的磁北方向与真北方向也是不重合的。磁北方向偏离真北方向的角度，称为磁偏角，以Δγ表示，以磁北针为准，偏东Δγ取正，称为东偏;偏西者Δγ取负，称为西偏。从理论上来讲，地球表面任何一点在一定时期内的磁偏角是可以算出来的。由于地磁场受多种因素影响，所以各地的磁偏角是不同的。除少数地区外，我国绝大多数地区的磁偏角都是西偏。

图5-11 方向的水平面方位角表示方法0°～360°

方位角:自标准方向的北端起转向某直线的水平角度，称为该直线的方位角，其大小可在0°～360°之间(图5-11)。以真北为起始方向的叫真方位角(α)，以磁北为起始方向的则称磁方位角(α')。这样，如果知道某一地区的磁偏角Δγ，则可由直线的磁方位角求其真方位角。

从图5-12可知，东偏时，真方位角α=α'+Δγ;西偏时α=α'－Δγ。如秦皇岛地区的磁偏角为西偏5°50'，假若我们在亮甲山顶测到牛鼻子山的直线OB的磁方位角为15°(罗盘未调整前的读数)，则该直线的真方位角应为15°－5°50'=9°10'。

为简便起见，常常不这样麻烦的计算，因为某地区的磁偏角在一定时期内是不会有太大变化的，所以只要我们将罗盘进行适当的调整，就可以直接得到某一直线的真方位角。调整的方法是:对罗盘度盘所表示的方位而言，东偏西调，西偏东调。即西偏的磁偏角，逆时针改正;东偏的则顺时针改正。例如秦皇岛地区的磁偏角是西偏5°50'，那么就将罗盘刻度逆时针转动6°固定，这样罗盘上的读数就是真方位角了。

图5-12 方位角与磁偏角的关系示意图

也可以由真方位角求磁方位角。万一某地区的磁偏角不知道，可以用最近地区的磁偏角或者在晴朗的夜晚，将罗盘对准北极星，磁针北端偏离真北的角度就是该地的磁偏角，顺时针方向为东偏，逆时针方向是西偏。

三、地质罗盘的野外用途及使用方法

罗盘调整完毕后，就可以投入野外使用了。地质罗盘的野外用途主要包括:地形图定向，确定点位，测量地形坡度，草测小面积地形图，测量岩层层面、断层面、节理面、劈理面、岩体与围岩的接触面等面状要素的空间方位，以及某些线理等线状要素的空间方位等。

(一)测量方位

当被测目标的仰角小于45°或俯角小于15°时(图5-13a，c)，从反光镜中可以看到目标，此时将长砚板竖起，双手托住罗盘，靠近腹部，将度盘零度方向对准目标，使水准器的气泡居中，同时调整罗盘长砚板和目标在反光镜内的成像，当目标物被镜面的中线所平分时，这时可按磁针北端读取方位角，表示所测目标在自己的什么方位。

当目标俯角大于15°时(图5-13b)，用上述方法看不到镜中的成像，此时应将罗盘倒一个方向，即将180°方向对准目标，并使圆水准器的气泡居中，从长砚板尖经过反光镜下方的透明椭圆孔的中线来照准，必须注意此时按磁针南端(即缠绕铜丝那端)来读取方位角;表示目标在自己的什么方位。

有一点应提醒注意，在磁性较强的部位，例如磁铁矿矿体附近、磁性很强的基性岩体之上等，由于存在强磁场干扰，不能用罗盘来定方位，而应采用其他方法。

图5-13 手持罗盘仪测方位示意图(史继忠提供)

(二)测量地质体产状要素

地质体的任何一个面状要素都有一定的空间方位，称产状。倾斜的面状要素的产状是用走向、倾向和倾角加以描述的。

走向:是面状要素(如岩层层面)与任一水平面的相交线的方向，或者是倾斜面上任一高度水平线的方向，即倾斜面上相同高度两点连线的延伸方向，用方位角表示(图5-14)。

倾向:倾斜面上与走向垂直，沿倾斜面向下所引的直线在水平面上的投影所指岩层向下倾斜一端的延伸方向(真倾向)。在岩层面上斜交岩层走向所得到的任一直线，其在水平面上投影线的方向，称为视倾向或假倾向，视倾向也用方位角表示。

倾角:真倾斜线与其在水平面上的投影线之间所成的锐角，即倾向线与倾斜线之间的夹角。在所有倾角中，只有真倾角是角度最大的，其他任何小于真倾斜的倾角称视倾角或假倾角。

图5-14 倾斜岩层的产状要素

测量岩层的走向时，将打开后的罗盘长边贴在层面，使图形水准气泡居中，这时罗盘就代表了一个水平面，长边与层面的交线即是走向方向。走向在空间上是一条直线，因此，其两端的延伸方向都是走向方向，此时磁针两端的读数都是走向方位角，如通常按方位角记录方法记录，例如60°-240°(图5-15)。

图5-15 岩层层面产状测量

测量倾向，当岩层较陡时一般将罗盘盖的背面贴于岩层面上，调整之使圆水准器水泡居中，读罗盘磁针北端的读数即为倾向方位角。切记不可读错指针，因为倾向只有一个方向，只能用一个数值表示，例如岩层的倾向为150°。当岩层较缓时，可用罗盘的北端指着层面的倾斜方向，使罗盘的短边(即S边)与层面贴紧，并转动罗盘，转动方法及原则同上，北针所指的读数即为所求的倾向。

在岩层底面上测量，用长觇板指向岩层倾斜方向，罗盘北端紧靠底面，读指北针即可。假若测量底面时读北针受障碍，如待测层面高于头部时，则用罗盘盒顶面紧贴岩层底面，从下方，通过反射镜观察调平情况，读南针读数(图5-16)。

测量倾角时，将罗盘的长边平行于真倾斜线，转动罗盘后面的测斜手柄，使其管状水准器中的气泡居中，测斜仪所指的角度就是岩层的倾角。

图5-16 岩层底面产状测量(史继忠提供)

测量面状产状要素应注意以下几点:

a.首先要分清岩层层面和节理面。应先从宏观上观察一下欲测地点地层的总体产状。

b.由于野外岩层面发生了变形，有时很难找到一个完全平整的岩层层面，因此要多测量一些地方，以求相互校正。

c.如果岩层层面凹凸不平，小小罗盘难以放准位置，此时可将野外记录簿等较为坚硬的平面物体放置到层面上，作为一个基本代表面，然后再按上述方法测量，这样要比在凹凸不平的面上测量精确得多。

d.要正确掌握罗盘南、北磁针的指向规律。

罗盘的其他用途将在另外有关章节中介绍。

(三)测量坡度角

如图5-17所示，将长觇板扳到与盒面成一平面，其尖端扳至与板面垂直，盒盖与盒面成45°角，然后将罗盘仪侧立成竖直位置，以右手大拇指和食指抓紧盒边，中指则自由移动测斜器的手柄，用左手大拇指托住盒边和镜，其余手指抓紧盒盖边，通过长觇板尖端的小孔和镜下方的透明孔观测目标，使透明孔的中线平分目标，右手中指转动测斜器的手柄，直至镜内看到的长水准器的气泡居中，即可根据测斜器游标读出倾斜角(图5-17a)。当欲测坡度为俯角时，应按图5-17b所示进行测量。

四、罗盘的保护

(1)磁针和玛瑙轴承是罗盘的最精密零件，其灵敏度直接影响工作的精度，因此必须特别注意保护。不用罗盘时，务必将磁针锁牢，以减少不必要的磨损。

(2)不要随便拆卸罗盘，以免松动而影响精度。

(3)罗盘切忌与磁制品接触，以免使磁针失去磁性。

(4)罗盘不能在高温下曝晒，以免气泡漏气失灵;不能受潮，以防磁针或顶针氧化生锈而不能灵活转动。

图5-17 坡度角测定

测斜仪正测与反侧有有什么区别?

测斜仪正测与反侧没有什么区别。测斜仪是一种用于测量钻孔、基坑、地基基础、墙体和坝体坡等工程构筑物的顶角、方位角的仪器。测斜仪是一种测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器。在国外，上世纪五十年代就利用测斜仪对土石坝、路基、边坡及其隧道等岩土工程进行原位监测。我国从八十年代开始引进美、日、英等国生产的测斜仪对一些重大的岩土工程进行原位监测，取得了良好效果。一些相关的研究机构随后研制出电阻应变式、加速度计式和电子计式等智能型测斜仪。各种各样的测斜仪广泛应用于水利水电、矿产冶金、交通与城建岩土工程领域，在保证岩土工程设计、施工及其使用安全中，发挥了重要的作用。

地质罗盘的使用

地质罗盘是地质地貌等野外考察最重要的工具之一。利用罗盘可以测定方位、方向，测量岩层和构造面的产状等。地质罗盘由刻度盘和在水平面上可以自由转动的磁针构成，功能主要有识别方向、测量方位、倾角等。刻度盘有两个，一个是圆刻度盘，一个是半圆刻度盘。圆刻度盘是水平刻度盘，用来读水平方位角的;半圆刻度盘是用来测量倾角和坡度角的。圆刻度盘从0°～360°，半圆刻度盘从0°～90°，以水平为0°，垂直为90°。罗盘有两个水准器，一个圆水准器和一个长水准器。圆水准器用来使罗盘处于水平状态，长水准器用来使倾斜仪处于垂直状态。

1.磁偏角的校正

在野外使用罗盘时首先要校正磁偏角。各地区的磁北方向与地理北方向不完全一致，磁北方向与地理北方向的夹角为磁偏角。在阅读地形图时，为了将地质地貌要素的地理方位正确标定在地形图上，需要对罗盘进行磁偏角校正，然后用罗盘的读数直接代表地理方位。在测区的正规地形图上可以查到磁偏角，东偏记为“+”，西偏记为“－”。校正时拨动罗盘的刻度盘，东偏时顺时针方向拨动，西偏时逆时针方向拨动。嵩山地区的磁偏角是西偏4.5°，校正罗盘时逆时针转动4.5°。

2.方位的测定

方位角是以正北方向为起点，向顺时针方向旋转一周，划分为360°。0°和360°重合，正北为0°，正东为90°，正南为180°，正西为270°，分别以N，E，S，W表示。各方向线与正北方向的夹角是方位角。记录:NW45°，读作“北西45度”。

用罗盘测定方位时，如果自己位于基点A，要测定目标B位于自己的方位，将罗盘长边(N/S)平行AB线，将罗盘N端指向目标B，读磁针N在罗盘上的读数，即为目标B位于基点A的方位。例如，图7－1(左)中，B位于A的NE45°。如果自己位于基点A，要测定A点位于目标B点的方位，将罗盘长边平行于AB线，将罗盘S端指向目标B，读磁针N在罗盘上所指的读数即为A点位于B点的何方位。如图7－1(右)中，A位于B的SW225°。在测量中读罗盘磁针的读数前，一定要使圆形水准气泡居中，即罗盘水平，且使指针稳定下来，或者取左右摆动磁针的平均指数，读指北针指向刻度环上的数字即为测定的方位值。

3.产状要素的测定

各种地质界面的产状要素是一项主要的基础地质资料，岩层、断层面、侵入体与围岩接触面等产状要素均可用罗盘进行测量。以岩层为例介绍测量的基本方法。

走向的测定将罗盘的长边紧贴倾斜岩层面上，然后移动罗盘，使罗盘圆形水准气泡居中，即使罗盘水平。待指针稳定后，读出指针的度数，即为走向的方位角。走向有两个指向，二者相差180°。因此，仅记录一个方向即可(图7－2a)。

图7－1 方位的测定

倾向的测定先将罗盘的北端(N)指向岩层倾斜方向，将罗盘的南端(S)紧贴在岩层层面的走向线上，水平放置(罗盘圆形水准气泡居中)，读出指针N在罗盘上的度数，即为倾向方位角，倾斜岩层的倾向只有一个。在野外实际工作中，只要测出岩层的倾向，再加上或减去90°即为岩层的走向(图7－2b)。如果上层面剥露不好或者空间限制只能在岩层底面进行测量。测量的方法:以罗盘北端(N)紧贴在岩层层面的走向线上，水平放置(罗盘圆形水准气泡居中)，读出指针N在罗盘上的度数，即为倾向方位角;或者以罗盘南端(S)紧贴在岩层层面的走向线上，水平放置(罗盘圆形水准气泡居中)，读出指针S在罗盘上的度数，即为倾向方位角。

倾角的测定将罗盘长边顺倾斜岩层的坡面侧竖，使其长边全部贴在倾向线上，摆动测斜仪上的长水准器气泡，使其居中，读测斜仪指针在刻度盘上的度数，即为倾角值(图7－2c)。

当一岩层的产状要素测量完毕后，应立即记录在野外记录簿上。例如:

图7－2 罗盘测量岩层产状示意图

走向:NW310°，SE130°

倾向:NE40°

倾角:30°

但因岩层的倾向只有一个，而且加、减90°即为走向，所以一般情况下用0°～360°的倾向方位角(即倾向)和倾角来表示。例如:NE40°∠30°，表示岩层倾向在北东象限，倾向方位角为40°，倾角为30°，由于走向和倾向成垂直关系，如需走向数据，可以把倾向角加、减90°换算出来。

在露头不好不能直接测量面状构造要素时，可借助硬纸板、野外记录簿等面状物体进行测量，将硬纸板放置于被测面相当的位置或者平行的位置上，将罗盘放置于硬纸板上进行测量。

测量各种产状要素时要保证其可靠性、代表性和系统性。在测量产状之前，首先要保证选择的构造面是真正要测的构造面，观察分析构造面，对构造面进行仔细地追索和判别，判断其真正的产状。选择的构造面还要具有代表性，在较大范围内构造面产状平整、变化微小时，选择一点进行产状要素的测量一般具有代表性;当受到各种要素的影响，使构造面的产状在一定范围内有变化时要多测量一些点，这些点必须能够代表其整体产状特征。为了把握地质体或构造的空间展布的状态和变化的规律，在野外实习中要随时关注和随时测量，使要素测量具有系统性。

钻孔质量指标检测

(一)机械测斜仪器及其测斜操作方法

下面重点介绍JXY-2型罗盘测斜仪的操作使用与维护。

JXY-2型罗盘测斜仪是一种能在一个测点同时测量钻孔顶角和方位角的单点全测仪。它只适用于非磁性环境中对钻孔的弯曲度和空间位置进行测斜。其测斜的原理:利用地磁场定向原理(即罗盘指针始终指北)测量钻孔方位角;利用悬锤(即悬挂着的重锤始终垂直水平面)原理测量钻孔顶角。

JXY-2型罗盘测斜仪结构见图3-5所示。测量时用来装测斜仪的专用外套筒见图3-6所示。其主要适用于直径大于80mm的钻孔弯曲测量。

图3-5 JXY-2型罗盘测斜仪结构图

1,3—上下轴;2—定时挺针;4—定位齿条;5—顶角指示器;6—框架;7,13—仪器壳;8—重锤;9—胶木盖;10—罗盘;11—磁针;12—时钟装置定时器;14—水平轴承;15—轴承座;16—埋头螺钉;17—轴承;18—罗盘盒底;19—定向座;20—防振垫;21—钢球

图3-6 JXY-2型罗盘测斜仪外套筒结构图

1—上体;2—垫片;3—上管;4—上接头;5—圆螺帽;6—下接头;7—皮碗;8—下管(2);9—下体;10—下管(1)

1.仪器使用前的准备工作

为保证测斜工作顺利进行以及测斜数据准确,测量前应检查仪器。其方法是:开启定时装置(0～30min),观看磁针和罗盘下面的倾斜刻度是否能灵活转动;锁卡时,时钟上的时间刻度是否恢复指示到“0”线,锁卡的时间是否与刻度指示符合,如果有少量的超前或落后锁卡情况,应记录下超前和落后的时间。锁紧后轻轻拍动仪器本体,观察磁针和倾斜刻度器是否有位移发生的情况。

如是新仪器或长期未用的仪器(或经检修过的仪器),均应放在JJG-1型校正台上检验仪器的测量精度。如果仪器的顶角和方位角的读数与校验台的读数差值在仪器的允许误差内,则该仪器可投入钻孔弯曲测量使用。

仪器下入钻孔前,必须严格地检查仪器密封情况,以保证下入孔内后不致渗漏。

安装绞车,并把悬吊仪器的钢丝绳与外套筒连接好。

估计定时钟启动后行走的总时间。总时间的确定可按以下公式计算:

T=t₁+t₂+t₃ (3-4)

式中:T为总时间(min);t₁为组装仪器的时间(从启动定时钟旋钮开时计算到仪器装入外套筒后直到把外套筒连接好为止;熟练者,一般只需3～5min即可);t₂为仪器从孔口下入到测点所需的时间(min);t₃为稳定时间,仪器到达测点后因受惯性力的影响,测斜器具一时静不下来,为了保证测量精度,必须待仪器静止后仪器才锁紧,所需一个稳定时间,一般t₃≥10min。

2.测量操作

第一步:开启定时钟。在扭动定时钟旋钮后,就立即与地面时间(如记录钟、或手表)核对,以便控制提升测具的时间。并检查仪器转动部件是否灵活。

第二步:组装仪器。将仪器的主体(测量系统)及里套简装入保护筒内。里套筒的上下两端均应安放防震橡皮垫,盖上胶木盖。然后将保护筒放入外套筒的上、下管中。保护筒的上下两外端均应放置防震皮垫,并旋紧圆螺帽。最后将外套筒连接好,在接头处必须加密封圈或碗形牛皮密封圈。

第三步:将仪器下入测点。下降过程中,速度不能过快,以免仪器受冲击。

第四步:仪器在测点处停留锁定。待锁卡时间过后再延长10min,即可提升仪器。

第五步:仪器提出后,先将外套筒洗净、擦干,取出测量系统,读出方位、顶角测量结果。若两个仪器读数符合规定要求,测量有效,取其平均值。若相差过大,应进行重测。

测斜结束,应将仪器擦干净,按规定放入专用木箱内。

3.测斜操作注意事项

1)仪器拆装中,只能使用专用工具,严禁使用硬物敲打仪器及和附属件。

2)测斜点以上的孔段要求通畅;因此在测斜时,下仪器前,应探孔一次。若仪器不是采用钢丝绳连接下入孔内,而是采用钻杆送入孔内时,钻杆不能直接连接在仪器的外套筒上,外套筒与钻杆间必须用钢丝绳连接,且钢丝绳的长度不能小于2m。

3)测斜中若采用单个测量仪器测量时,同一测点必须进行两次测量。若两次的结果相近或相同时,测斜结果有效。

4)操作中要做到轻、稳,严防跑钻事故。

5)仪器在使用中应做到轻拿、轻放。

4.仪器的维护保养

1)仪器使用后,应清洗擦干;仪器的各部件应按规定陈放在木箱内。特别是测量仪器应呈锁紧状态后再陈放。

2)定期在轴承部位加防锈油,机械钟部分的轴承位置加钟表油。

3)仪器因漏水等原因被污染后,应由专业人员进行彻底清洗、修理后才能使用。

4)仪器应贮存在干燥、没有较强磁性干扰之处。

5)仪器在运输中,应避免受较大的震动;并且仪器应处于锁紧状态,以免转动部分的零件受到磨损而影响仪器测量精度。

(二)校正孔深

钻探工程施工过程中,孔深记录必须与实际相符,以便正确反映目的层的所在深度位置。从而正确地确定目的层的埋藏深度、厚度、产状和形态,为工程设计与施工提供可靠的资料。如果钻孔深度的准确性很差,将会给建设工程造成巨大损失,同时也给钻探施工带来困难和麻烦。

1.校正孔深要求

为了保证孔深的准确性,必须按下列要求进行孔深校正:

1)正常钻进中,孔深间距为50m或100m时需进行孔深校正。

2)遇到主要标志层或划分地质年代的层位,需进行孔深校正。

3)下套管前和终孔后应进行孔深校正。

4)钻进硬岩层或深孔,钻进效率很低而钻进时间又很长,一月内未钻进到50m或100m,也应在月末进行一次孔深校正。

2.产生孔深误差的原因

1)丈量工具本身精度差;丈量时拉尺的松紧程度不一致;丈量时使用皮尺作丈量工具(皮尺的伸缩性大)。

2)更换立根、单根和粗径钻具丈量不准或计算不准确。

3)更换钻杆时,钻杆接箍丝扣未上到位就开始丈量长度,下孔后钻进中又上紧而产生误差。

4)钢粒钻进时,在计算进尺时未减去钻头的消耗量而产生误差。

5)各班丈量钻具的方法不统一而产生误差。

3.预防的方法

1)丈量钻具时,必须使用钢卷尺,严禁使用皮尺。

2)加减钻杆和钻具时,应正确丈量和计算;更换新钻杆和换接头时,丝扣必须上紧。

3)丈量钻具和机上余尺时,各班的方法必须统一,尽量不出现误差。

4)丈量钻具时,读数要精确,最小数值读到5mm,掌握好“四舍五入”的尺度。

4.校正孔深的方法

孔深校正最大允许误差范围为1‰(测绘孔为2‰)。在允许范围内,报表可不作修正。超过此范围者,必须重新丈量,找出原因,及时进行修正,消除误差。

校正孔深有如下几种方法:

(1)计算实际孔深

H_s=L-(h_高+h_余) (3-5)

式中:H_s为实际孔深(m);L为钻具总长(m);h_高为机高(m);h_余为提钻前的机上余尺(m)。

(2)百米误差计算公式(平差法)

以记录孔深为标准,记录孔深H_j等于各个回次进尺的累计孔深,如果实际孔深H_s大于记录孔深H_j(ΔH＞0)时,称为盈尺;如果实际孔深H_s小于记录孔深H_j×(ΔH＜0)时;称为亏尺,生产上以百米误差作为质量标准。

1)百米误差公式

ΔH₁₀₀=100ΔH/H_d (3-6)

式中:ΔH₁₀₀为百米误差(m);ΔH为百米孔深(进尺)误差(m);H_d为所验证的孔段长(m)。

2)百米孔深(进尺误差)ΔH

ΔH=H_s-H_j (3-7)

式中:ΔH为百米孔深(进尺)误差(m);H_s为实际孔深(m);H_j为记录孔深(m)。

3)实际孔段长计算公式

L_s=L_j(1+Δh) (3-8)

式中:L_s为实际孔段长(m);Lj为记录孔段长(m);Δh为每米进尺误差(m)。

(3)孔深误差率

地勘钻探工：初级工、中级工、高级工

一般规定每次验证ΔH₁₀₀不超过0.1m时可在下次记录中直接减、加误差,而不必用平差法消除误差,但如超过0.1m时,必须用平差法进行补救。

钻孔孔深误差ΔH的产生是由验证孔段每米误差Δh的积累而成,因此消除孔深误差,应把ΔH平均在每米进尺上,在作钻孔柱状图、计算层次和整理其他钻孔资料时,都要按平差法把误差考虑进去。

例如:某钻孔在孔深300m时,校正孔深后误差在规定范围内,孔深未作修正。孔深在400m时,校正孔深后,得实际孔深为399.64m,在这一孔段中,穿过目的层,某记录厚度为30m,其孔深误差和目的层的真实厚度。

解:由300m到400m的孔深误差为

ΔH=H_s-H_j=399.64-400=-0.36m

根据平差法公式,其百米误差为

ΔH₁₀₀=100ΔH/H_D=100×(-0.36)/(400-300)=0.36(m)

每米误差Δh=-0.36/100=-0.0036(m)

记录厚度30m的目的层实际厚度为

L_s=H_j(1+Δh)=30×(1-0.0036)=30×0.9964=29.892(m)

答:目的层的实际厚度为29.892m。

(三)封孔操作方法及检验

封孔是钻孔施工的最后一项工序。通常在钻孔终孔后,为了保护(矿体等)目的层和封闭、隔离含水层,需要根据不同的设计要求,选用合适的材料进行回填或封闭止水工作,称为封孔。

1.封孔方法

按封孔材料不同,主要有黏土封孔、水泥封孔。

(1)黏土封孔

将黏土掺水搅和后,制成泥球或泥柱,并且阴干一段时间后,便于向孔内投送。阴干的泥球可由孔口直接投入,并逐段捣实。泥柱可用岩心管投送。

黏土封孔适用于地下水承压不大,水头和流量不高的钻孔,以及松散含泥质较多的岩层孔段。

如果制造黏土柱的工作量较大,为了提高封孔效率,最好采用泥柱机(如图3-7所示)制作。泥柱机的结构较简单,黏土从漏斗处倒入,经压缩套的压缩后,由成型套挤出;再用钢丝截成小段。

图3-7 泥柱机

1—成型套;2—压缩套;3—漏斗;4—主动齿轮;5—螺旋轴;6—滑橇;7—箱壳;8—传动齿轮;9—皮带轮

(2)水泥封孔

由于水泥能在水中固化,且与钻孔孔壁具有一定的胶结力,同时又具有较好的隔水性能,所以,在见有主矿层、主要含水层、第四纪浅层等水文地质条件比较复杂的钻孔中进行分层封孔时,均可选用水泥作为封孔材料。

常用的封孔水泥有硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥两大类。

水泥封孔操作方法(程序)如下。

1)洗孔。为了使注入的水泥浆与孔壁很好地结合,保证有良好的封孔质量,在注送水泥浆之前,应进行冲孔换浆,以排除孔内的岩屑和清除孔壁上的泥皮。当钻孔内的地层稳定时,应采用清水洗孔。一般采用喷射式洗孔器进行。洗孔时,将洗孔器下入需要封闭的孔段,用水泵送水。在泵压作用下,水从洗孔器水眼喷出,并同时开车转动,洗孔器在钢丝毛刷的作用下,孔壁上的泥皮即被刷掉冲走。洗孔器构造如图3-8所示。如果孔内情况复杂、孔壁不稳固,则应采用稀泥浆洗孔,以减薄孔壁泥皮,防止钻孔坍塌。

2)架桥。在钻孔较深、封孔段距比较大的情况下,为了使封闭的位置准确,减少水泥浆的用量,需要下入隔离物来堵截钻孔和承托水泥浆。这种方法在钻探中常称为架桥。架桥物的种类很多,但其原理相同。一般常用的有。钢丝倒刺木塞、特制木塞、草把、竹筋等,如图3-9～图3-12所示。使用木塞时,木塞长度为1.0～1.5m,其直径比钻孔直径小1～2mm。其具体操作方法是:将木塞连接在钻杆上,下到预定的深度;然后由孔口投入直径为5～10mm的碎石子,待木塞卡牢后,拉紧钻具,开车正转使钻杆与木塞在反扣接头处脱离。

图3-8 冲孔器

1—水孔;2—钢丝

图3-9 光木塞

1—反正接头;2—钻杆;3—木塞;4—铁丝;5—接箍

图3-10 弹簧刺木塞

1—木塞;2—弹簧刺

图3-11 发钢丝木塞

1—硬木棒;2—废钢丝

图3-12 竹条木塞

1—硬木棒;2—竹条(或细树枝);3—铁丝

3)注送水泥浆的方法。①水泵注入法。利用机场的泥浆泵,将需要的水泥浆通过钻杆送到孔内封闭段。由于泵压的作用,水泥浆能够进入岩石缝隙,封孔效果好。这种方法适用于封闭的孔段长,体积大,用水泥量大的钻孔。一般采用的水灰比为0.50～0.60。②导管灌入法。灌浆时,将导管(一般用钻杆)下入孔内封闭段底部0.5～1.0m处,先倒入一些清水,随即灌浆,借助于导管内外液面的高差和比重差,砂浆注入孔底,如图3-13所示。这种方法效率高,设备简单,操作方便。适用于水灰比0.4～0.5的净浆和比重大的砂浆。③注送器注送法。这种方法适用于深孔,且封闭段较小、需要灌注砂浆体积小的孔段。现场常采用水压塞式注送器。其结构如图3-14所示。使用时,先将阀门关闭。并用销钉销住,下入孔内,用夹板夹于孔口,然后,将砂浆(水泥浆)装入盛浆管内,再装上活塞、滑动接头及压盖。采用钻杆送入孔内封闭段。送水后,泵压逐渐升高,而后突然下降,再有回升,这说明阀门已打开,水泥浆即注入孔内的封闭段。

图3-13 注浆导管

1—漏斗;2—储浆筒;3—导管

图3-14 水压活塞式注浆器

1—压盖;2—滑动接头;3—钻杆;4—分水接头;5—活塞;6—盛浆管;7—圆柱销;8—阀门

2.封孔质量的检查

钻孔封闭后,应对封孔质量进行检查。其方法有采取液样和透孔取心两种。

(1)采取液样

采样的目的有二:一是查明封闭液而的实际位置,从而检查封闭位置是否符合设计要求,二是从浆液的稀释情况来检查其质量。如果封闭位置与设计相符,取出的样品与注入时的质量无大差异,则封孔基本符合要求。

常用的采取液样工具有提筒和取样器。

1)提筒取样。提筒用长2～5m的小口径的岩心管制作,在注浆完毕后,将提筒下入到孔内灌注部分,稍停2～3min后提出地表,即可确定其灌注位置,并观察上部浆液的稀释情况。

2)球阀式取样器。此种取样器有两种形式:一种是体积小,用测绳下入孔内,适用于浅孔。该取样器如图3-15所示。另一种是用钻杆或钢丝绳下入孔内,适用于采样较多的中深孔,该种取样器如图3-16所示。

图3-15 球阀式取样器之一