3、聲波鉆進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域

由于聲波鉆進(jìn)上述優(yōu)點(diǎn)，決定了聲波鉆進(jìn)可應(yīng)用于諸多鉆探領(lǐng)域，具體如下：

① 環(huán)境鉆探。環(huán)境鉆探往往在垃圾填埋場(chǎng)、軍事基地、油罐場(chǎng)、公共加油站、農(nóng)藥堆放場(chǎng)、核廢物泄露區(qū)、工業(yè)廢液泄放和滲漏區(qū)等地進(jìn)行。需要鉆進(jìn)方法具有鉆進(jìn)速度快、施工安全性好、適應(yīng)地層范圍廣和能采集高保真樣品等特點(diǎn)，聲波鉆進(jìn)技術(shù)無(wú)疑是環(huán)境鉆探最佳的選擇。

② 巖土工程勘察。聲波鉆進(jìn)可在覆蓋層和軟基巖中采集直徑大、代表性強(qiáng)、保真度好的連續(xù)巖土樣。能夠準(zhǔn)確確定地層厚度、巖土物性和成分以及污染物含量，為巖土工程勘察獲取準(zhǔn)確的巖土力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)和地球化學(xué)信息等提供了理想的手段。

③ 礦產(chǎn)勘探。進(jìn)行砂金礦床勘探時(shí)，聲波鉆進(jìn)方法可非常成功地采集連續(xù)砂金礦樣，另外，在石油和天然氣地震勘探中，聲波鉆機(jī)是理想的地震勘探孔鉆探設(shè)備。

④ 水文水井鉆探。聲波鉆進(jìn)打井速度快，判定含水層準(zhǔn)確，雙管系統(tǒng)有利于過(guò)濾器安裝，鉆孔干凈可減少洗井時(shí)間和最少的流體廢物處理量。

⑤ 巖土工程施工。聲波鉆進(jìn)可用于建立混凝土灌注樁、設(shè)置鋼樁、土釘、埋設(shè)錨樁、安放陽(yáng)極、打水力壓裂孔、灌漿孔、錨索孔等。

4、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

在國(guó)外，聲波鉆進(jìn)技術(shù)的研究始于二十世紀(jì)四十年代，1948年美國(guó)研制了一種稱為“聲鉆”的孔底振動(dòng)器，目的是提高鉆進(jìn)速度，但由于振動(dòng)能量過(guò)高導(dǎo)致孔底部件損壞而未能成功。與此同時(shí)蘇聯(lián)也研制了“ＶＩＲＯ－ＤＲＩＬＬＩＮＧ”系統(tǒng)，該鉆進(jìn)系統(tǒng)是一套地面振動(dòng)器，靠振動(dòng)作用鉆進(jìn)土層，鉆進(jìn)效率比常規(guī)回轉(zhuǎn)提高3－20倍，但也因巨大的振動(dòng)能量使鉆進(jìn)設(shè)備和鉆具失效而未能得到應(yīng)用。60年代美國(guó)殼牌石油公司制造出大功率的地面振動(dòng)器，用于石油井服務(wù)工作，諸如套管起拔和油井修復(fù)等，另外還用于高速打樁。

七十年代開始研究小功率振動(dòng)器，較小振動(dòng)功率（100Hp）振動(dòng)器研制成果后，首先在北極地區(qū)結(jié)冰的湖底濕粘土和砂巖中，施工50m左右的石油和天然氣地震勘探孔；隨后用于砂金礦的連續(xù)取樣，取得了非常好的效果。80年代后，環(huán)境保護(hù)日益受到全社會(huì)的重視，特別是美國(guó)，環(huán)境鉆探工作十分活躍，由于聲波鉆進(jìn)速度快、巖心樣品保真度高、鉆進(jìn)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此聲波鉆進(jìn)成為其環(huán)境鉆探不可缺少的手段。

不久，聲波鉆進(jìn)技術(shù)傳播到加拿大。早期聲波鉆機(jī)的振動(dòng)頭沒有專門化，所用的鉆具為已有的標(biāo)準(zhǔn)鉆具，非專用鉆具，因此鉆機(jī)、鉆具的可靠性差，鉆具常因高頻振動(dòng)而損壞。90年代以后，經(jīng)過(guò)一系列的改進(jìn)和多方面的應(yīng)用試驗(yàn)，聲波鉆進(jìn)技術(shù)才日趨成熟。鉆探工作量不斷增加，出現(xiàn)了許多聲波鉆進(jìn)承包商，如美國(guó)的Boart Longyear公司環(huán)境鉆探部、Bowser-Morner公司、Prosonic公司、加拿大的sonic Drilling公司等。聲波鉆進(jìn)設(shè)備制造商也較多，如美國(guó)的Versa-Drill國(guó)際公司、Acker Drill公司、Gus Pech制造公司、加拿大的Sonic Drill公司、日本的利根公司等。目前，除美國(guó)外，聲波鉆進(jìn)技術(shù)在加拿大、荷蘭、非洲、澳大利亞、圭亞那和亞洲等國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用。應(yīng)用范圍包括地質(zhì)勘探、水文水井鉆進(jìn)、滑坡勘察與治理、地震爆破孔施工等幾乎所有的鉆探領(lǐng)域。

在國(guó)內(nèi)，聲波鉆進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用均處于空白。

5、國(guó)外應(yīng)用實(shí)例

① 1981年，在美國(guó)阿拉斯加砂金礦區(qū)勘探中，曾用兩臺(tái)聲波鉆機(jī)進(jìn)行鉆探，鉆孔直徑89－250mm，鉆孔平均深度90m，最大鉆孔深度210m，取得了非常滿意的鉆探效果。

② 1996年，在美國(guó)哥侖比亞British東部的W.A.C.Bennett壩頂出現(xiàn)多處落水洞。此壩為容納750億立方碼水的Williston水庫(kù)攔水壩，壩長(zhǎng)1.25英里，壩高600英尺，壩寬2600英尺，壩體由土石填筑而成。落水洞的出現(xiàn)預(yù)示著土石壩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已遭到嚴(yán)重侵蝕，大壩一旦決?，水庫(kù)下游將遭受滅頂之災(zāi)。美國(guó)政府迅速?gòu)氖澜绺鞯卣偌瘉?lái)專家，共同研究形成落水洞的原因、估計(jì)大壩內(nèi)部松散區(qū)域的范圍、確定最佳的補(bǔ)救措施。于是起動(dòng)了多種方法的大壩全面調(diào)查程序，包括非常規(guī)地球物理勘查技術(shù)、電子錐穿透試驗(yàn)等。

但是，沒有一種方法能提供工程師需要的落水洞區(qū)域的準(zhǔn)確信息。在這種情況下，決定在大壩上鉆孔，在大壩上鉆探非常危險(xiǎn)，原因是一旦通道被打開，隨之而來(lái)的水流將無(wú)法阻止，很快大壩將決?，如果鉆探中采用鉆進(jìn)沖洗介質(zhì)，由于水力壓力，可能造成打開的通道破裂。為此，需要采用既能迅速提供連續(xù)巖土樣，又不使用水或其它形式鉆進(jìn)沖洗液的鉆探方法。起初曾采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)方法，但空氣潛孔錘無(wú)法穿透深厚的大壩中心。最后，加拿大Sonic Drill公司采用Gus Pech制造公司生產(chǎn)的聲波鉆機(jī)十分順利地完成了大壩調(diào)查鉆探任務(wù)，施工鉆孔15個(gè)，最大鉆孔深度132m。