㈠ 岩土師專業知識輔導---鑿井
鑿井是開采地下水的主要手段之一。清咸豐十年（1860年），英商在黃浦江畔旗昌洋行開鑿第一口井（深76.8米），至民國初年，開掘深井已有150多處。但鑿井設備和技術落後，除了少量日本人的鑿井隊伍採用蒸汽機為動力外，國人大多採用古代打自流井的機具鑿井，勞動強度大，但成本低。後改用鐵管作鑽桿回轉鑽進，人力推動鑽桿旋轉，用人力卷揚機提升鑽具，泥漿泵循環泥漿。直到抗日戰爭勝利後，才有少數鑿井隊使用電動卷揚機提升鑽具，使用發動機帶動轉盤鑽進。洗井使用單缸空壓機。1956年，公私合營後成立的上海市鑿井公司，開始製造250型轉盤鑽機，鑿井才開始擺脫「人推磨」的現象。60年代後期，上海探礦機械廠、建工部鄭州鑽探機械廠，先後設計製造了SPJ-300型鑽機和紅星300、紅星400型轉盤鑽機，並製造了與上述鑽機配套的B-850型和「紅星號」泥漿泵，鑿井工程基本上實現了機械化。
一、大口徑鬆散層供水井
50年代，開鑿供水井按照蘇聯的規定，鑽探、成孔中禁用泥漿。因此，在上海水文地質勘察中，面對巨厚的鬆散土層（300～400米），只能採用沖擊、套管跟管鑽進方法，這樣做成本高、工期長，而且鑽進和起拔套管難。當時，上海第一批5個勘探孔，均採用套管沖擊鑽進，費工費時，最深的1個孔僅拔套管就用了1年3個月。
1958年，上海勘察院開展在水文地質勘探中應用泥漿鑽探的研究。內容包括鑽進方法，合理的泥漿指標，成井工藝，特別是洗井方法，以消除採用泥漿後，對測定水文地質參數的影響，以及採用套管護壁與泥漿護壁取得的水文地質參數的對比。研究成果表明，在上海地區採用大口徑回轉泥漿鑽進是較為適宜的脊櫻，完成300～400米的井，比其他鑽進方法速度快、成本低。只要遵循研究成果所規定的成孔、成井工藝，泥漿鑽探可以用於水文地質勘探，所測得的各項水文地質參數與不使用泥漿鑽進所測得的參數一致。70年代後期，太倉自來水廠鑿井數口（地層與上海一致），堅持按規定的成孔、成井工藝施工的井，單井出水量都在2000立方米/日以上，其中1口井沒有按規定的成孔、成井工藝施工，井過濾器為泥漿堵死，抽水數月，水量每天僅幾十立方米，相差一百倍。上海地區數百口井中，凡堅持按成孔、成井工藝施工的單井水量大，水位下降小。否則不是井的出水量小，就是水的含砂量大，給使用帶來困難，甚至影響環境。總結出的下列成井工藝流程為提高鑿井質量積累了經驗：終孔後需進行修孔，用鑽進的鑽頭，自上而下掃孔，修正孔壁，括去泥皮，測定孔徑、孔斜。修孔達到孔底後，要沖孔並調整泥漿比重和含砂量，使井內泥漿上下均勻，不含泥塊，含水量達到規范要求。在下過濾器前，應先將過濾器在地面配好並編號、按序下入孔內。過濾上口密封後，從過濾器外逐步稀釋泥漿到比重1.05左右。按設計填入規定粒徑的填礫。填礫上部用粘土球止水，然後用粘性土填到地面，將孔封閉以免地表污水流入。化學、物理洗井，桐者用活塞與空壓機反復洗井。洗井結束後，處理沉澱砂，抽水試驗，取水樣，測水的含砂量後下泵驗交。
在60年代研究成果的基礎上，經長期實踐又不斷補充完善，改進了鑽頭，增設了保徑圈，運用「鑽具一次彎曲」理論控制鑽壓及合理泥漿指標的採用等。這項研究成果已為國內外的水文地質專家所接受，沖破了水文地質勘探中，不允許採用泥漿鑽探的規定。
深井開采中，過濾器是重要的環節。1958年以前，上海深井過濾器的設計很落後，由於本地區含水層顆粒很細，為了防止砂粒進入井內，穿孔過濾器外麵包棕皮，孔徑比過濾器外徑大50毫米左右，終孔後，過濾器下入孔內洗井即成井，由於抽水後，砂子嵌在棕皮的小孔內，最終井出水量越來越少，因而報廢，井的使用壽命平均只有5.2年，最短的1.3年，最長的不超過7年。1958年，上海勘察院和建工部西安鑿井公司上海工程處都採用礫櫻輪叢石過濾，井的出水量大，動水位下降小，含砂量同樣可以達到要求，井的使用壽命增加，在上海得到推廣。這種礫石過濾器是由纏有梯形銅絲的穿孔管和外面填有50～100毫米厚、粒徑為含水層顆粒平均直徑6～12倍的小礫石組成，礫石起到阻止含水層中的砂粒進入井內，穿孔纏絲過濾器起到阻止填礫進入井內，使井四周地下水流入井內的水力環境大大改善。80年代後期，引進聯邦德國設備製作的橋式過濾器，進一步代替了穿孔纏絲過濾器，使井的進水阻力進一步改善，過濾器成本也進一步降低。
二、大口徑基岩供水井
在山區，尤其是在喀斯特發育的地區，在砂、礫岩的斷層破碎帶和在灰岩與火成岩的接觸帶找水，往往單井出水量很大，可達2000～10000立方米/日，小口徑井是不能滿足生產要求的。1962年，建工部給水排水設計院直屬華東水文地質大隊，自行設計、製造168～425毫米的大口徑岩心鑽具。1963年，在杭州飯店西湖古生代石灰岩中開鑿了第一口大口徑基岩井，最初採用硬質合金鋼鑽頭鑽井，效率低，小口徑鑽進用的鋼砂（直徑1.5～2毫米）粒徑太小，大粒徑（3～5毫米）鋼砂當時市場上還沒有供應，只能採用碎玻璃屑（3～5毫米）作研磨材料，後來基岩井開鑿數量多了，就用白口鐵加工3～5毫米的鋼砂，鑽進效率大大提高。70年代初，在山東萊蕪電廠十幾口井施工中，採用鋼粒鑽進，效率進一步提高。杭州飯店岩石井成井的關鍵之一，是封閉上部第四系的土層，不使井四周土層向井內流動，以免地面坍塌。
在杭州空軍療養院的鑿井中，遇到溶洞中大量砂、石隨抽水擁入井內，將井填塞。後採用下長岩粉管泥泵送清水清孔，撈出砂、石，然後根據砂、石的粒徑設計過濾器，有的是骨架（不纏絲），有的穿孔纏絲（和鬆散砂層一樣處理），把過濾器送到出泥砂的溶洞部位，抽水後，砂、石擠在過濾器外面，形成反濾層，又把過濾器擠住，再退出鑽桿，復活了一口井。
在華東地區很多地方，喀斯特發育岩層埋藏淺，與第四系鬆散土層有直接聯系，抽水後上覆土層中泥砂通過溶斗進入溶洞，流入井內，造成井四周地面塌陷，房屋裂縫。江蘇宜興三疊系青龍灰岩中，這種現象很普遍，當地地質部門稱該含水層不可開采。上海勘察院接受駐宜興部隊營房鑿井任務後，根據斷層面傾斜方向的特點，把井布置在距斷層一定的距離，取深部溶洞中的水，然後把上部淺層溶洞封閉，取得較好的效果。
三、超大口徑污水處理井
上海超大口徑井的發展是與深井曝氣污水處理技術的研究開發成功聯系在一起的。深井曝氣處理污水工藝的主體設備是埋在地下50～100米、直徑為1～6米的槽體。直徑3米以內的槽體均為鋼質。需要先鑽鑿一大於槽體外徑40厘米左右的鑽孔，將槽體沉入孔內。利用設備輕便的工程鑽機開鑿超大口徑井可以大大節省成本。這里指的超大口徑井指的是利用工程鑽機開鑿孔徑在1米以上的鑽孔。
1983年，上海市環境保護科學研究所（簡稱上海環保所）與上海啤酒廠協作用深曝處理啤酒廢水，北京市政設計院研究所與東北制葯廠協作用深曝處理制葯廢水均通過中試鑒定，特別是上海環保所研究成功的氣提循環式深層曝氣污水處理工藝更具獨創性。工藝成功了，要用比較低的費用，開鑿一米以上的孔，下入直徑大，80～100米長的槽體，難度很大。為將研究成果投產見效，上海勘察院與上海環保所合作，首先確定在上海益民食品一廠南翔車間，研究開鑿一隻孔徑1.2米、深85米的鑽孔，下入外徑0.97米的槽體。由於鑽機扭矩不夠，採用降低鑽機轉速，控制給進速度，多級鑽擴方法來解決。鑽頭設計是關鍵，特別是最後一級鑽頭，原把翼片焊在直徑114毫米的鑽桿上，由於翼片長，彎矩大，鑽進時翼片易斷。後改用大口徑的芯子，焊上3個帶支撐翼片，使其抗彎能力加強，鑽進獲得成功。為克服安裝槽體時的浮力，槽內注入泥漿，減小槽內外液面差，使槽體順利安裝就位。
上海明膠廠青浦嵩山分廠曝氣槽外徑達1.7米，加上混凝土保護層外徑達1.78米，長101米，於1988年1月安裝就位。上海勘察院承擔了鑽孔開鑿和槽體安裝任務，開鑿鑽孔孔徑2.0米，深101米。採用紅星400型鑽機2～3台，與BW850泵並聯，正循環兩級鑽擴成孔，自行設計了大直徑翼片鑽頭。超大口徑井的鑽進，採用正循環鑽進的難題是泥漿上返速度小，大大小於規定的允許值，理論計算只有0.005～0.007米/秒，施工中採用加大泥漿流量，控制鑽速，長時間沖孔和提高泥漿密度等辦法，取得成功。採取上述措施後，在常州253廠孔徑2.5米、深43米的鑽孔中，採用正循環鑽進也取得成功。
1991年5月，上海勘察院承接了常州制葯廠槽體外徑2.9米的深層曝氣井施工任務，原槽體長100米，後改為77米和49.79米兩個，採用上海探礦機械廠GPS-30型工程鑽機，孔徑3.2米，泵吸和氣舉反循環兩級鑽擴和一次成孔。常州制葯廠曝氣槽採用新型防腐劑塗料代替很厚的鋼筋水泥保護層，巨大的槽體在下沉過程中失穩，圓形槽體被槽體內外的水頭差壓成「∞」字形，通過這次事故，從理論到實踐上，認識了鋼質槽體承壓和穩定機制，以及在下沉、試壓和生產運行過程中控制「失穩」所應採取的技術措施，使超大口徑井的成孔和槽體安裝技術進入更成熟的階段。上海勘察院應道宣撰寫的《深井曝氣工程施工技術》，在1994年第七屆全國探礦工程學術會議上被評為國內水平。
鬆散層中超大口徑井的成孔技術，也應用於大直徑鑽孔灌注樁施工。超大口徑在堅硬岩石中的成孔技術，應用於鑽孔灌注樁作為支承樁的成孔施工。1993年，上海勘察院在承擔珠海大橋部分嵌岩樁的施工任務時，設計了直徑2.2米組合式滾刀鑽頭，在花崗岩中進入微風化層成孔40多個，取得成功，填補了上海在堅硬岩石中利用工程鑽機進行超大口徑成孔技術的空白。