Răng ống vách WS39
Răng cắt JM
Răng đạn B47K22Bắt đầu từ công việc cần cải thiện: cắt địa tầng, nâng vật liệu đã đào hoặc lấy lõi. Xác định công việc đó trước khi so sánh dụng cụ. Chỉ tên đá hoặc giá trị UCS không đủ để chọn toàn bộ cấu hình.
Bắt đầu từ vấn đề tại công trường
Xác định công đoạn đang hạn chế tiến độ: cắt, làm sạch hay lấy lõi. Xem tình trạng dụng cụ và phương pháp đưa vật liệu ra khỏi hố cùng với thông tin địa tầng.
| Công việc hoặc vấn đề quan sát được | Kiểm tra trước | Dụng cụ hoặc hệ cần xem xét | Hồ sơ cần cung cấp |
|---|---|---|---|
| Dụng cụ khoan toàn tiết diện tiến chậm trong đá chắc. | Khoảng địa tầng, tình trạng bộ phận cắt hiện có và mùn khoan có thoát khỏi vùng cắt hay không. | Trao đổi về ống khoan lấy lõi cùng cách phá tách và lấy lõi, sau đó so sánh bố trí cắt dùng chóp xoay và răng đạn. | Báo cáo địa chất nếu có, ảnh dụng cụ hiện tại, thông tin máy khoan, thời gian cắt và làm sạch tách riêng. |
| Vật liệu đã đào cần được nâng lên và giữ lại. | Cách giữ vật liệu khi nâng, theo điều kiện giữ ổn định thành hố và dung dịch thực tế. | So sánh cánh xoắn của mũi khoan với khả năng giữ và xả vật liệu của gầu khoan; làm sạch đáy là công việc riêng. | Vật liệu lấy lên, điều kiện hố/dung dịch, dụng cụ hiện tại và công đoạn nâng hoặc xả gặp trở ngại. |
| Ống khoan tiến sâu được nhưng lấy lõi làm chậm chu trình. | Kích thước và tình trạng lõi, trình tự lấy lõi và dụng cụ phối hợp. | Xem xét dụng cụ và trình tự lấy lõi trước khi quy sự chậm trễ cho bộ phận cắt. | Thời gian cắt và lấy lõi, ảnh lõi lấy lên và phạm vi cắt thực tế của cả hai dụng cụ. |
| Mùn khoan vẫn đóng chặt quanh bộ phận cắt hoặc dải dẫn mùn bị mòn. | Đường thoát liên tục qua ô mở, tấm gạt và dải dẫn mùn; ghi lại trước khi làm sạch. | Xem xét cụm hiện có và phương pháp làm sạch trước khi kỳ vọng một dòng bộ phận cắt khác sẽ khắc phục chỗ cản trở. | Ảnh trước khi làm sạch, tình trạng bộ phận cắt, ảnh dải dẫn mùn/tấm gạt và bố trí dự kiến. |
Đây là các điểm bắt đầu để xem xét cấu hình, không phải giới hạn cố định cho từng loại đá. Phần so sánh dưới đây giải thích vai trò của mỗi dụng cụ; tài liệu thử nghiệm địa tầng được giữ lại sau phần lập kế hoạch thử.
So sánh ống khoan lấy lõi, mũi khoan xoắn và gầu khoan
Một chóp xoay hoặc răng đạn là bộ phận cắt. Một ống khoan lấy lõi, mũi khoan xoắn hoặc gầu khoan là cụm đỡ các bộ phận cắt và thực hiện đào lấy vật liệu. So sánh cả năm loại như những lựa chọn thay thế trực tiếp cho nhau sẽ làm quyết định thiếu rõ ràng. Trước tiên chọn phương pháp cắt và đưa vật liệu ra khỏi hố; sau đó chọn bộ phận cắt, kiểu lắp và biện pháp chống mòn tương thích.
| Dụng cụ | Khi nào nên cân nhắc | Cần xác nhận |
|---|---|---|
| Ống khoan lấy lõi | Tạo đường cắt vành khuyên quanh lõi; nên cân nhắc khi khoan toàn tiết diện tiến chậm trong đá chắc. | Phá tách và lấy lõi, quỹ đạo cắt trong và ngoài, thoát mùn khoan và khả năng máy khoan. Sau đó so sánh vành cắt răng đạn với vành cắt chóp xoay. |
| Mũi khoan xoắn đá | Cắt địa tầng thành mảnh và đưa mùn khoan lên bằng cánh xoắn. | Kích thước mảnh và khả năng giữ vật liệu, bố trí răng phù hợp, mô-men xoắn và lực ép sẵn có, cùng phương pháp giữ ổn định thành hố. |
| Gầu khoan | Cắt, giữ và nâng vật liệu; hữu ích khi cần giữ vật liệu đào trong quá trình đưa lên qua hố chứa dung dịch. | Đáy cắt phù hợp, khả năng chứa đầy và xả vật liệu. Làm sạch đáy cần dụng cụ làm sạch phù hợp. |
Danh mục chính thức của BAUER cho thấy vì sao mũi khoan xoắn, gầu khoan và ống khoan lấy lõi có vai trò khác nhau; mô tả các dòng dụng cụ cung cấp bối cảnh tham khảo hữu ích, không phải đánh giá cho một mẫu DRILLNOVA. Tổng quan dụng cụ khoan của BAUER
Với ống khoan lấy lõi, đường cắt vành khuyên hẹp hơn tập trung tải tác dụng quanh chu vi. Cắt xong vành không tự động làm lõi tách ra hoặc được nâng lên: cần lập phương án lấy lõi cùng với khoan tiến sâu. Gầu khoan và gầu làm sạch đáy chuyên dụng cũng có công việc khác nhau. FHWA, các mục 4.3.1.2–4.3.1.3
Cắt, lấy lõi và làm sạch hố có thể cần các dụng cụ khác nhau trong cùng một cọc. Trong hồ sơ hiện trường tại Quảng Đông, đội thi công dùng ống khoan lấy lõi và gầu khoan theo trình tự, rồi chuyển sang dùng gầu khoan trực tiếp sau khi làm sạch và xem xét vật liệu lấy lên. Xem trường hợp thay đổi phương pháp thi công tại Quảng Đông.
Mũi khoan xoắn ngắn dùng cho đất: cần xét cả việc nạp đất và tháo đất
Mũi khoan xoắn ngắn cần nhận đất đã cắt vào giữa các cánh xoắn, giữ đất khi nâng lên và tháo đất ra sau đó. Răng cắt chỉ là một phần của chu trình này.
Trong thiết kế mũi khoan đất AGS được trình bày trong nghiên cứu năm 2008 của Liu Sanyi, thay đổi hình học cánh xoắn đòi hỏi sự cân nhắc giữa các yếu tố. Với cùng đường kính mũi khoan, nghiên cứu nêu hai giới hạn sau:
| Hình học cánh xoắn | Giải thích trong nghiên cứu |
|---|---|
| Bước xoắn nhỏ, các cánh xoắn nằm sát nhau | Đất có thể bị dồn chặt giữa các cánh xoắn, khiến việc tháo đất khó hơn. |
| Góc nghiêng của đường xoắn quá lớn | Lực cản đối với đất đi vào giữa các cánh xoắn có thể tăng. |
Vì vậy, khoảng cách lớn hơn không tự động mang lại kết quả tốt hơn. Cần xét đồng thời đường kính, độ nghiêng cánh xoắn, bước xoắn và tương tác giữa đất với bề mặt thép. Đất bị dồn chặt giữa các cánh và đất khó đi vào là hai hiện tượng khác nhau; riêng một hiện tượng chưa đủ để kết luận nguyên nhân.
Phần giải thích này chỉ áp dụng cho mũi khoan xoắn ngắn dùng cho đất trong nghiên cứu. Nội dung không quy định bước xoắn, tốc độ quay hay quy trình tháo đất cho dụng cụ khác, và không phải quy tắc thiết kế cho mũi khoan xoắn đá hoặc thi công cọc bằng khoan xoắn liên tục.
Tài liệu kỹ thuật: Liu Sanyi, Multi-process Rotary Drilling Technology Research, luận án tiến sĩ, 2008, Chương 4, mục 4.2.1 và 4.2.3.1. Đây là giải thích thiết kế từ nghiên cứu của bên thứ ba, không phải kết quả thi công của DRILLNOVA.
Đáy gầu khoan: phân biệt cửa nhận đất, lớp đáy và xả vật liệu
“Đáy hai lớp” không tự có nghĩa là “hai cửa nhận đất”. Số lớp mô tả cụm đáy; số cửa mô tả nơi vật liệu đào đi vào. Xả vật liệu là câu hỏi thứ ba: xác định cách toàn bộ đáy mở, thay vì coi bộ phận đóng cửa nhận đất là cơ cấu xả.
Trong các ví dụ BSS/BSR được mô tả trong nghiên cứu năm 2008 của Liu Sanyi, đáy một lớp dùng các cánh cửa bên trong tại cửa nhận đất. Phương án hai lớp được mô tả đóng cửa nhận đất bằng cách làm lệch các lỗ giữa hai lớp và không dùng các cánh cửa đó. Xác nhận phương án trên bản vẽ thực tế; không tự giả định có cánh cửa trong thiết kế hai lớp.
| Câu hỏi | Bằng chứng phù hợp | Giới hạn khi chỉ có góc nhìn này |
|---|---|---|
| Có bao nhiêu cửa nhận vật liệu? | Bản vẽ mặt bằng đáy có nhãn hoặc ảnh mặt dưới rõ nét, xác định ranh giới cửa nhận đất. | Không xác định được số lớp bên trong. Không tính lỗ thông khí hoặc lỗ khác là cửa nhận đất khi chưa xác định chức năng. |
| Bộ phận nào giữ vật liệu bên trong? | Mặt cắt hoặc bản vẽ lắp thể hiện các lớp và cánh cửa hoặc cơ cấu đóng bằng lệch lỗ được chỉ định. | Ảnh nhìn bên tổng thể không xác nhận được cánh cửa bị che khuất hoặc cách đóng cửa nhận đất. |
| Gầu xả vật liệu bằng cách nào? | Bản vẽ lắp xác định bản lề đáy và cơ cấu nhả. | Không xác định được số cửa hoặc kích thước thông qua. Đóng cửa nhận đất và mở toàn bộ đáy là hai chuyển động khác nhau. |
Với mảnh vật liệu lớn, so sánh khoảng thông qua thực tế cùng với số cửa. Ví dụ BSG trong nghiên cứu dùng một cửa để tăng khoảng thông qua của thiết kế đó. Điều này không có nghĩa mọi gầu một cửa đều phù hợp với mảnh lớn hơn. Yêu cầu hình dạng cửa, các mốc đo và kích thước thông qua trên bản vẽ đã chọn.
Tài liệu kỹ thuật: Liu Sanyi, Multi-process Rotary Drilling Technology Research, luận án tiến sĩ, 2008, Chương 3. Các phân biệt trên giải thích một số thiết kế của bên thứ ba, không phải một mẫu DRILLNOVA hoặc kết quả hiệu suất hiện trường. Dùng bản vẽ và quy trình vận hành của nhà sản xuất thiết bị thực tế.
Khi nào nên so sánh chóp xoay với răng đạn
So sánh cấu hình ống khoan lấy lõi lắp chóp xoay và cấu hình lắp răng đạn theo khoảng địa tầng, khả năng máy khoan, kiểu lắp và phương pháp lấy lõi. Trước hết xác định hạn chế hiện tại nằm ở cắt đá, mài mòn, tắc mùn khoan hay lấy lõi; răng hợp kim lớn hơn hoặc dòng bộ phận cắt khác không giải quyết được cả bốn vấn đề.
BAUER mô tả ống khoan dùng răng chuôi tròn và ống khoan dùng chóp xoay với phạm vi ứng dụng khác nhau, đồng thời nêu biểu đồ lựa chọn chỉ mang tính tham khảo, không ràng buộc. Dùng thông tin này để định hướng so sánh, không biến tên đá thành khuyến nghị chọn một mẫu DRILLNOVA. Danh mục ống khoan lấy lõi BAUER
Một mẫu đá có cường độ cao không đại diện cho toàn bộ khối đá
Khe nứt, phân lớp, phong hóa và vật liệu lấp khe ảnh hưởng đến cách khối đá tách vỡ khi đào. Ghi khoảng cách và phương của các mặt gián đoạn cùng tỷ lệ thu hồi lõi và RQD; không yếu tố nào thay thế phép thử đá nguyên vẹn. Lượng nước chảy vào cũng có thể khác nhau giữa các hố khoan gần nhau. Cần đọc các quan sát này cùng nhau, thay vì coi một kết quả phòng thí nghiệm là mô tả đầy đủ. FHWA, Chương 2
Trong khoan xoay cọc nhồi, cuội cứng không nhất thiết đòi hỏi cách phá giống như đá nền nguyên khối. Trong lớp cuội sỏi liên kết yếu hoặc không gắn kết, nhiệm vụ có thể là làm rời và thu gom các hạt có sẵn, thay vì phá từng hạt thành mảnh nhỏ hơn. Nghiên cứu của Liu Sanyi mô tả răng đạn xới rời các hạt để chúng đi vào gầu khoan. Vì vậy, độ cứng của một viên cuội thu hồi được không mô tả đầy đủ nhiệm vụ đào cả lớp đất. Cần phân biệt các hạt liên kết lỏng lẻo hay đã gắn kết với nhau trước khi so sánh hệ thống cắt; giải thích này không xác định phương pháp cho lớp cuội sỏi đã gắn kết.
Tài liệu kỹ thuật: Liu Sanyi, Multi-process Rotary Drilling Technology Research, luận án tiến sĩ, 2008, mục 7.3.1, tr. 105–106. Đây là giải thích của bên thứ ba về địa tầng liên kết yếu, không phải kết quả hiện trường của DRILLNOVA hay khuyến nghị thông số vận hành.
Đo đạc lần thử tiếp theo trên toàn bộ chu trình
Lưu cùng nhau khoảng chiều sâu, cụm dụng cụ, vị trí bộ phận cắt và quan sát vận hành. Ghi riêng thời gian khoan tiến sâu với thời gian phá lõi, nâng, đổ vật liệu và làm sạch, rồi so sánh độ mòn sau một khoảng xác định. So sánh thực tế này hữu ích hơn một lời hứa chung cho “đá granit”. Gửi báo cáo địa tầng và cụm dụng cụ hiện tại để xem xét hệ cắt; sử dụng hướng dẫn lựa chọn ống khoan lấy lõi của chúng tôi để xem chi tiết cấu hình.
UCS của đá nguyên vẹn: ví dụ thử nghiệm đã công bố
Các mẫu có tên cụ thể này cho biết cường độ nén một trục (UCS) đã đo, không phải khoảng giá trị cố định của từng loại đá.
| Đá | Mẫu thử | UCS (MPa) |
|---|---|---|
| Đá granit | Nevada Granite Pikes Peak Granite | 141.1 226.0 |
| Đá bazan | Nevada Basalt John Day Basalt | 148.0 355.0 |
| Đá vôi | Bedford Limestone Solenhofen Limestone | 51.0 245.0 |
| Đá cát kết | Berea Sandstone Navajo Sandstone | 73.8 214.0 |
| Đá phiến sét | Flaming Gorge Shale Micaceous Shale | 35.2 75.2 |
| Đá hoa | Taconic Marble Cherokee Marble | 62.0 66.9 |
| Đá gneiss | Dworshak Dam Gneiss | 162.0 |
| Đá quarzit | Baraboo Quartzite | 320.0 |
Nguồn: FHWA NHI-01-031, Bảng 10-4 (2001; theo Goodman, 1989).
Sự gắn kết, độ rỗng, phong hóa và hướng đặt tải ảnh hưởng đến cường độ. Hãy dùng kết quả thử nghiệm của dự án để lựa chọn.
Xem các cấp cường độ
- R0 · Cường độ cực thấp0.25–1 MPa
- R1 · Cường độ rất thấp1–5 MPa
- R2 · Cường độ thấp5–25 MPa
- R3 · Cường độ trung bình25–50 MPa
- R4 · Cường độ cao50–100 MPa
- R5 · Cường độ rất cao100–250 MPa
- R6 · Cường độ cực cao>250 MPa
FHWA NHI-11-032, Bảng 4-7 (2011).
Mohs, UCS và tính mài mòn trả lời những câu hỏi khác nhau
Hai đoạn địa tầng đều được ghi là granit có thể cần cách khoan khác nhau. Một đoạn có thể phong hóa và có khe nứt sít nhau; đoạn khác có thể nguyên khối và gây mài mòn mạnh. Để chọn dụng cụ phù hợp, cần phân biệt độ cứng khoáng vật, cường độ đá nguyên vẹn, khả năng gây mòn và cấu trúc khối đá trước khi so sánh các bộ phận cắt.
Độ cứng Mohs xếp hạng khả năng chống xước. Đại lượng này mô tả khoáng vật: USGS xếp canxit ở mức 3 và thạch anh ở mức 7. Đây không phải thang cường độ nén, và đá chứa thạch anh không có một mức đánh giá khả năng khoan áp dụng chung. Quan sát vết xước có thể giúp nhận biết khoáng vật; không thể quy đổi thành giá trị UCS đáng tin cậy. Tài liệu USGS về độ cứng khoáng vật
Cường độ nén một trục (UCS) mô tả sự phá hủy của mẫu đá nguyên vẹn đã chuẩn bị, chịu nén dọc trục và không bị kiềm chế theo phương ngang, thường được báo bằng MPa. Kết quả thử thuộc về mẫu đó và điều kiện của mẫu. Khi gửi kết quả, giữ thông tin chiều sâu, phương pháp thử, trạng thái độ ẩm và hướng mẫu. Chỉ số tải điểm là kết quả của phép thử khác; không tự ý đổi nhãn thành UCS. Giải thích của BGS về các phép thử cường độ
Tính mài mòn liên quan đến xu hướng của đá gây mòn dụng cụ cắt. Chỉ số mài mòn CERCHAR đo độ mòn của mũi thép thử quy định khi rạch trên bề mặt đá vừa phá vỡ, hoặc trên mặt cắt bằng cưa nếu phương pháp thử cho phép. Cách chuẩn bị bề mặt và độ cứng mũi thử ảnh hưởng đến kết quả. Vì vậy, “cường độ cao” và “mài mòn mạnh” cần là hai mục riêng khi trao đổi lựa chọn dụng cụ. CAI là chỉ số để so sánh, không trực tiếp dự báo số mét một chóp xoay cụ thể sẽ khoan được. Phạm vi công khai của ASTM D7625