1引言

海洋工程是指以開發(fā)、利用、保護(hù)海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側(cè)的新建、改建、擴(kuò)建工程，具體包括：港灣工程(港口、船廠等)；以海底石油為中心的海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)工程(海洋石油鉆探平臺(tái)、海底輸油管線等)；海底電纜工程；海底隧道工程等。根據(jù)海洋工程相應(yīng)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定，海洋工程建設(shè)在設(shè)計(jì)和施工之前，必須按基本建設(shè)程序進(jìn)行巖土工程勘察工作。海洋巖土工程勘察是指利用水上鉆探、取樣、原位測(cè)試、工程物探、工程測(cè)繪等綜合手段查明水下沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)及水下地形等，為擬建場(chǎng)地的選擇和擬建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)資料，以確保海洋工程的安全。

2海洋工程巖土工程勘察施工

2．1施工前期準(zhǔn)備工作

(1)明確勘察階段，勘察目的和任務(wù)；明確擬建工程的基本信息，包括工程規(guī)模、基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)標(biāo)高、碼頭前沿設(shè)計(jì)水深等。

(2)需要有附帶施工海域水深圖的擬建工區(qū)平面圖，并要知道工區(qū)內(nèi)3個(gè)或3個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置，并且其實(shí)際位置需和平面圖中的位置相對(duì)應(yīng)。基準(zhǔn)點(diǎn)的作用是用來靜態(tài)比對(duì)差分GPS，獲取GPS定位系統(tǒng)中坐標(biāo)系和工區(qū)平面圖中坐標(biāo)系的關(guān)系及換算參數(shù)。

(3)選擇一個(gè)靠近海面已知高程的基準(zhǔn)點(diǎn)作為驗(yàn)潮點(diǎn)(需保證高潮或低潮時(shí)都有水)，其作用是在開鉆前、施工中、施工完畢時(shí)，采用鋼卷尺在驗(yàn)潮點(diǎn)同步測(cè)量即時(shí)潮高(船上的技術(shù)人員在測(cè)量即時(shí)水深的同時(shí)，打電話或通過對(duì)講機(jī)通知岸上驗(yàn)潮人員測(cè)量及時(shí)潮高)。海域鉆孔通過驗(yàn)潮點(diǎn)高程、即時(shí)潮高值、即時(shí)水深值的處理，可確定鉆孔海底孔口高程值。

2．2需要準(zhǔn)備的儀器

(1)定位用的定位儀，即差分GPS，精度要求為亞米級(jí)(定位精度≤1．0m，在施工之前需要做靜態(tài)穩(wěn)定性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)其是否穩(wěn)定)，其作用是進(jìn)行鉆孔單點(diǎn)導(dǎo)航定位與偏移監(jiān)控，導(dǎo)航定位方式采用差分GPS系統(tǒng)目標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)航，施工船拋錨固定后定位的方式，鉆探就位偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。

(2)測(cè)水深用的測(cè)深儀，海域施工水深測(cè)量的目的是對(duì)鉆探孔深進(jìn)行水深校正，確�？咨钪禍�(zhǔn)確，并提供鉆孔海底孑L口標(biāo)高計(jì)算數(shù)據(jù)。水深測(cè)量要求在工作船就位之后測(cè)量一次(初始水深)，每次提鉆時(shí)同步進(jìn)行水深測(cè)量(即時(shí)水深)。

2．3施工組織

(1)需要有專業(yè)的海上鉆探施工隊(duì)伍。

(2)鉆探設(shè)備：GXY型工程鉆機(jī)，需配置單獨(dú)的且動(dòng)力大的泥漿泵。

(3)鉆具要求：在海洋鉆探過程中，為保護(hù)海面以下的鉆具，在鉆探時(shí)須下套管。為應(yīng)對(duì)漲潮和落潮時(shí)套管的升降問題，有條件的施工隊(duì)伍還需要配備海洋鉆探專用滑管。

(4)船只的租用鉆探船所必備的條件是：要有足夠大的作業(yè)面積、要有絞錨設(shè)備、安全、不漏水、有動(dòng)力。鉆探船必須準(zhǔn)備的東西：4口或4口以上50kg一100kg的鐵錨，每口錨需要配備不少于150m的錨纜(錨纜長(zhǎng)度可根據(jù)工區(qū)水深控制，一般長(zhǎng)度不低于水深的1O倍)。常用的鉆探船包括鐵制專用鉆探施工船(單體、雙體)和捆綁式漁船，每條施工船均需配備一條小船作為拋錨運(yùn)輸補(bǔ)給船。

(5)海上鉆探安全措施施工船作業(yè)平臺(tái)四周需設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，船上需配備滅火器、救生圈；施工及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員要穿救生衣，戴安全帽；船只上配備霧燈、航行信號(hào)燈等。

2．4了解當(dāng)?shù)貧庀蠹八那闆r

(1)了解當(dāng)?shù)亟?jīng)常刮的風(fēng)向(一般工區(qū)的哪一個(gè)方向沒有岸或者山阻擋著，從這一方向吹來的風(fēng)對(duì)海上定位及鉆探施工影響也最大)。

(2)了解當(dāng)?shù)厮鞣较蚣俺彼疂q落的規(guī)律，水流和潮水漲落的關(guān)系。

(3)了解工區(qū)內(nèi)是否有漁網(wǎng)、養(yǎng)殖區(qū)、暗礁、淺灘、海上漂浮物、海底管線等內(nèi)容。

3施工過程

3．1拋錨定位

在拋錨的過程中要同時(shí)考慮實(shí)時(shí)風(fēng)向、流向和海水漲落潮的規(guī)律(主要考慮流向和風(fēng)向)。定位時(shí)，使GPS天線位于鉆機(jī)井口正上方，實(shí)時(shí)導(dǎo)航指揮施工船，根據(jù)流向和風(fēng)向下錨。具體過程如下：在頂流并遠(yuǎn)離孔位60nl～80m左右，下船艏前大錨，調(diào)整船頭，使船頭位于頂流的方向(如圖2，同時(shí)考慮風(fēng)向)，待船自由漂流至距孔位20m左右時(shí)，收緊前纜，通過拋錨船下船艏的另外一口錨，然后下船尾的另外兩口錨，盡量使4口錨的位置呈交叉垂直狀(如圖2)，然后通過絞纜

設(shè)備收緊錨纜，調(diào)整船位至設(shè)計(jì)孔位，將船固定。核定實(shí)際就位坐標(biāo)與設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)誤差在允許范圍內(nèi)，且船無漂移后，記錄坐標(biāo)值，而后開始鉆探工作。

3．2海上鉆探施工采用套管隔水，沖擊鉆進(jìn)與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)(結(jié)合套管跟進(jìn)與泥漿護(hù)壁)相結(jié)合的方式，確保地層結(jié)實(shí)連續(xù)。

3．3海上鉆探取樣

淤泥質(zhì)土、軟粘性土和部分粉土原狀樣采用薄壁取土器勻速連續(xù)壓人法采��；硬粘性土Ⅱ級(jí)原狀樣采用厚壁取土器以重錘少擊法采取，硬粘性土Ⅲ級(jí)樣及砂性土擾動(dòng)樣在鉆進(jìn)巖心管中采取，樣品數(shù)量滿足進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試要求。取得土樣之后及時(shí)密封，密封后每個(gè)土樣均填貼標(biāo)簽(標(biāo)簽內(nèi)容包括：工程名稱及編號(hào)、鉆孔編號(hào)、土樣編號(hào)、取樣深度、土類名稱、取樣日期、取樣人姓名，用藍(lán)色圓珠筆填寫)，標(biāo)簽上下與土樣上下一致，并牢固的粘貼于容器外壁。密封后將取得的土樣置于溫度及濕度變化小的環(huán)境中。待完成一部分鉆孔后，將所取土樣及時(shí)送回土工試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

3．4原位測(cè)試

包括標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)(針對(duì)砂類土、粘性土、粉土等)、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(針對(duì)碎石層和卵石層)、靜力觸探試驗(yàn)(針對(duì)軟弱土)、原位十字板剪切試驗(yàn)(針對(duì)淤泥質(zhì)軟弱土，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件不允許時(shí)，可采用室內(nèi)十字板剪切試驗(yàn)代替)。

3．5地質(zhì)記錄與施工班報(bào)記錄

鉆孔地質(zhì)記錄工作隨同鉆探進(jìn)行，對(duì)鉆探巖心按規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述，并做到了記錄清晰、描述準(zhǔn)確。施工班報(bào)記錄亦隨鉆探同時(shí)進(jìn)行，對(duì)每一回次水深、鉆具長(zhǎng)度、機(jī)上余尺、巖心長(zhǎng)度、采取率以及海況都進(jìn)行了詳細(xì)記錄。鉆探孔深=鉆具總長(zhǎng)度+主鉆桿長(zhǎng)度一鉆機(jī)機(jī)高一機(jī)上余尺一平臺(tái)至水面高度一實(shí)時(shí)水深。

4影響海上正常施工的因素

4．1風(fēng)

風(fēng)，即空氣相對(duì)于地面的水平運(yùn)動(dòng)，是影響海上正常鉆探施工最主要的因素。鉆探船在出海作業(yè)的頭一天，必須要知道第二天的天氣預(yù)報(bào)，當(dāng)天氣預(yù)報(bào)海上風(fēng)力在5級(jí)或5級(jí)以上(風(fēng)向?yàn)閷?duì)場(chǎng)地工區(qū)影響最大的風(fēng)向)，或6級(jí)以上臺(tái)風(fēng)預(yù)警時(shí)，嚴(yán)禁出海作業(yè)。在海上鉆探施工過程中突遇大風(fēng)時(shí)，應(yīng)立即停止施工，在無法堅(jiān)持施工的情況下立即返港。一般情況下，天氣預(yù)報(bào)中，海上的風(fēng)向和陸地上的風(fēng)向是一致的，但風(fēng)力要比陸地上的強(qiáng)1級(jí)～2級(jí)，如天氣預(yù)報(bào)內(nèi)陸風(fēng)向及風(fēng)力為東北風(fēng)3級(jí)～4級(jí)，則海上的風(fēng)向和風(fēng)力為東北風(fēng)4級(jí)～5級(jí)。同時(shí)應(yīng)注意預(yù)報(bào)中的陣風(fēng)，所謂陣風(fēng)是指風(fēng)速在短暫時(shí)間內(nèi)，有突然出現(xiàn)忽大忽小變化的風(fēng)，陣風(fēng)的產(chǎn)生對(duì)海上鉆探施工影響極大。

4．2雨

下雨時(shí)，鉆探船嚴(yán)禁出海作業(yè)，在海上鉆探施工過程中突遇大雨時(shí)，應(yīng)立即停止施工。

4．3雷電、閃電

由于海面空曠且沒有障礙物，在閃電或雷電時(shí)，鉆探船及設(shè)備很容易成為閃電擊中的目標(biāo)。在雷雨天時(shí)，鉆探船嚴(yán)禁出海作業(yè)，在海上鉆探施工過程中突遇雷電時(shí)，應(yīng)立即停止施工，返港。

4．4波浪

海洋中的波浪可分為風(fēng)浪、涌浪、近岸浪等數(shù)種，其中最常見的就是風(fēng)浪和涌浪。風(fēng)浪是海水在風(fēng)直接作用下產(chǎn)生的水面波動(dòng)。涌浪是其他海區(qū)傳來、或者當(dāng)?shù)仫L(fēng)力迅速減小或風(fēng)向改變后遺留下來的浪(海面在長(zhǎng)時(shí)間刮同一風(fēng)向的風(fēng)時(shí)，容易產(chǎn)生涌浪)。涌浪傳到淺水區(qū)域時(shí)便形成近岸浪，近岸浪受海底地形影響，往往能量巨大，在岸邊會(huì)產(chǎn)生驚濤拍岸的景象。一般情況下，當(dāng)海面浪高在1．5m或以上時(shí)，會(huì)對(duì)海上鉆探施工產(chǎn)生影響。在以往的海上鉆探過程中，往往會(huì)出現(xiàn)海上風(fēng)力很小，但涌浪很大的情況，無法正常施工，這是由于涌浪一般具有巨大的能量，只有隨著時(shí)間的推移或海面刮起和涌浪傳播方向相反的風(fēng)時(shí)，其能量才會(huì)不斷減小。

4．5水流、潮汐

水流的大小、方向往往和當(dāng)?shù)氐慕兜匦斡嘘P(guān)，一般情況下水流是沿著海岸順時(shí)針或逆時(shí)針循環(huán)流動(dòng)的，并且海水漲潮時(shí)的流向和落潮時(shí)的流向是相反的。在海上定位時(shí)，如果錨拋的位置不好或者船頭沒有頂流，在水流長(zhǎng)時(shí)間的沖擊下，鉆探船很容易偏離原始點(diǎn)位，影響正常的鉆探施工。

4．6海霧

海霧是海面低層大氣中一種水蒸氣凝結(jié)的天氣現(xiàn)象，常呈乳白色，往往能見度小于lkm。大霧產(chǎn)生時(shí)。能見度很低，尤其是在海上航道內(nèi)鉆探時(shí)，容易產(chǎn)生撞船事故。解決方法：加強(qiáng)船艏和船尾的嘹望，在船桅桿上安置霧燈及信號(hào)燈，必要時(shí)要經(jīng)常鳴笛。

4．7過往船只的影響

鉆探船在定位后會(huì)在海面以上留下4條錨纜，過往船只由于船速過快，較難發(fā)現(xiàn)錨纜的位置，其螺旋槳容易和錨纜絞到一起，使鉆探船偏離原始點(diǎn)位。解決方法：加強(qiáng)船艏和船尾的嘹望，在錨纜靠近錨的一端拴上有鮮艷顏色的漂浮物，避免過往船只絞纜，影響鉆探施工。

4．8暗礁及淺灘

暗礁，指經(jīng)常位于海面以下的巖體或礁體。多孤立地分布在海岸帶的下部，是海上航行時(shí)的禁區(qū)，常對(duì)海上航運(yùn)造成危害。在海上定位施工之前，應(yīng)查找工區(qū)海圖，并確定暗礁在海圖上的確切位置，采取提前繞行的方法，并在航行過程中加強(qiáng)嘹望。淺灘，指水深較周圍海區(qū)有明顯變淺，頂部較平坦的海底高地。如果在淺灘的位置有鉆孔，由于其水深淺，不能滿足鉆探船的最小吃水深度，船只無法正常航行并定位。解決方法：計(jì)算好漲潮和高潮的時(shí)問，先使鉆探船盡量靠近點(diǎn)位，等海水漲至能滿足船只正常航行后，再進(jìn)行導(dǎo)航定位，并爭(zhēng)取趕在落潮之前完成勘探施工。如果以上方法仍解決不了問題，則可以在施工點(diǎn)位附近搭置腳手架，做成簡(jiǎn)易施工平臺(tái)，組織鉆機(jī)施工。

4．9漁網(wǎng)、海帶及海貝養(yǎng)殖區(qū)

海上定位和鉆探施工時(shí)，盡量避開漁網(wǎng)及養(yǎng)殖區(qū)。如果有鉆孔在漁網(wǎng)和養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)，則需要找到其所有人進(jìn)行協(xié)商，在協(xié)商之前不可以到養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)定位及鉆探，以免產(chǎn)生摩擦。

4．10海底管線

海底管線包括海底光纜、海底電纜、海底輸送油管道等。在海上鉆探施工之前，通過甲方要海底管線分布圖，在海上定位時(shí)，注意海面上的警示標(biāo)識(shí)。

4．11海上漂浮物

海上漂浮物包括生活垃圾、海冰、各種浮游植物等。這些漂浮物往往會(huì)隨著海流漂移，鉆探船會(huì)阻礙其漂移的路徑，使漂浮物在鉆探船的-N越積越多，影響船只整體的穩(wěn)定性。

5鉆探時(shí)突發(fā)情況及其處理

5．1脫錨

如果發(fā)生脫錨事故，應(yīng)立即停止鉆探，提鉆、提套管，及時(shí)找出脫錨的原因，并重新下錨定位。造成鉆探船脫錨的原因有很多：①在下錨的過程中，錨的位置不當(dāng)；②錨型選擇不當(dāng)；③風(fēng)浪及水流過大；④過往船只絞纜。解決方法：在下錨的過程中盡量使4口錨的位置呈交叉垂直狀；根據(jù)海底地層的軟硬選擇合適的錨型；加強(qiáng)船艏及船尾的嘹望，在錨纜靠近錨的一端拴上有鮮艷顏色的漂浮物，起到警示作用。

5．2纜繩變松

由于海水的漲、落潮及水流方向的改變，會(huì)使原來收緊的錨纜變松，鉆探船會(huì)移位。解決方法：加強(qiáng)船艏及船尾的嘹望，如發(fā)現(xiàn)錨纜變松，應(yīng)立即收緊。

5．3埋鉆

由于海底地層多為海相沉積的砂、碎石及卵石層，埋鉆現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為防止埋鉆，在海上鉆探過程中，應(yīng)使用套管跟進(jìn)并結(jié)合泥漿護(hù)壁的方法。如果發(fā)現(xiàn)埋鉆，應(yīng)立即停止施工，查找埋鉆原因，根據(jù)不同的原因采取不同的處理方法。

5．4突遇大風(fēng)、大浪、大霧等極端天氣

海上鉆探施工時(shí)，海況變化莫測(cè)。在突遇大風(fēng)、大浪、大霧等極端天氣時(shí)，應(yīng)立即停止施工，在無法堅(jiān)持施工時(shí)起錨回港。

6結(jié)語(yǔ)

海洋工程巖土工程勘察和陸地工程巖土工程勘察相比較，在施工過程、影響因素及遇到的突發(fā)狀況等方面更為復(fù)雜，本文的目的是確保海洋工程巖土工程勘察質(zhì)量的同時(shí)，避免事故的發(fā)生。