一、項(xiàng)目背景：
北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司于2018年08月24日中標(biāo)北京市政路橋集團(tuán)有限公司發(fā)布的北京市政路橋集團(tuán)有限公司北京路冠瀝青制品有限公司污染場(chǎng)地治理與修復(fù)項(xiàng)目。
中標(biāo)項(xiàng)目規(guī)模：場(chǎng)地占地面積約44852.26㎡；污染土壤的最大修復(fù)深度為11m，最大修復(fù)面積約20184㎡,需要修復(fù)的污染土總量為208372.6m3；地下水的修復(fù)面積為24450㎡，修復(fù)體量為33423.7m3。
北京路冠瀝青制品有限公司場(chǎng)地位于北京市平谷區(qū)馬昌營(yíng)鎮(zhèn)官莊道口（東 200米路南），地塊總面積 44852.26m2。北側(cè)為順平路；西側(cè)為紫貴佳苑住宅區(qū)；南側(cè)綠地；東側(cè)為立京飼料廠。其產(chǎn)品主要是瀝青混凝土和乳化瀝青；原輔材料主要有砂石料（露天存放于南部的堆料區(qū)）、瀝青（儲(chǔ)罐存放）、礦粉（儲(chǔ)罐存放）及其他輔料。
評(píng)價(jià)場(chǎng)地所在區(qū)域第四系松散沉積物以粉土、黏性土、砂卵石交互沉積為主，厚度約為 350～400m。場(chǎng)地地面下約40m深度內(nèi)分布的地下水可劃分為4層，第1 層地下水賦存于 7m 深度內(nèi)的粉土層中，地下水類型屬潛水，水位埋深在 0.51～4.92m，潛水的總體流向?yàn)樽晕飨驏|，水力坡度為 4.6‰；第2層地下水賦存于約8～10m 深度內(nèi)的粉土層中，部分區(qū)域由于上部的相對(duì)隔水層缺失，與上層地下水合并為 1 層地下水；第3層地下水賦存于約 17m左右深度的砂類土層中；第 4層地下水賦存于約 25~32m 深度內(nèi)的砂類土、卵石層中，地下水類型屬承壓水，該承壓水含水層在區(qū)域上有一定的供水意義。
通過(guò)場(chǎng)地調(diào)查，北京路冠瀝青制品有限公司生產(chǎn)過(guò)程中所用的瀝青、礦粉等均通過(guò)封閉系統(tǒng)保存、輸送、使用；整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有生產(chǎn)用水，其生產(chǎn)的產(chǎn)品按照客戶的需求進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)后直接運(yùn)送至客戶處，不在廠區(qū)內(nèi)存放；停產(chǎn)前的大氣污染物排放量為：煙(粉)塵 0.968t/a，SO2 1.41t/a，NOx 0.99t/a；生活污水排放量約 2125 m3/a，化學(xué)需氧量（CODCr）0.53t/a、BOD5 0.32t/a、SS0.43t/a、氨氮 0.06t/a；固體廢物產(chǎn)生量為 18t/a，其中危險(xiǎn)廢物 1.2t/a，一般固體廢物為 16.8t/a；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)明顯的污染痕跡。
評(píng)價(jià)場(chǎng)地現(xiàn)有場(chǎng)地污染途徑主要是物料儲(chǔ)存、運(yùn)輸、生產(chǎn)過(guò)程中的遺撒、泄漏及儲(chǔ)罐的泄漏，鍋爐廢氣排放，石煤場(chǎng)粉塵的大氣擴(kuò)散、堆料區(qū)原回填廢物的經(jīng)雨水淋濾后的下滲等。綜合場(chǎng)地水文地質(zhì)條件分析、潛在污染成因分析等，場(chǎng)地內(nèi)的土壤及地下水均可能受到污染，污染物類型包括揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs，以苯系物為主）、半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs，以多環(huán)芳烴為主）、總石油烴（C6-C9、 C10-C14、C15-C28、C29-C36）、重金屬（砷等）等，可能受污染的區(qū)域?yàn)椋河凸藜盀r青罐區(qū)、乳化車間、機(jī)油泵房、生產(chǎn)區(qū)、石料堆場(chǎng)（原廢物回填區(qū)）、煤堆場(chǎng)等所在區(qū)域。
經(jīng)過(guò)調(diào)查，北京路冠瀝青混制品有限公司地塊所在場(chǎng)地局部土壤和地下水已經(jīng)受到污染；在居住用地的開(kāi)發(fā)建設(shè)前，需采取綠色、低成本、有效的措施對(duì)場(chǎng)地內(nèi)受污染的土壤及地下水進(jìn)行處理、控制。
基于土壤修復(fù)過(guò)程中需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土樣、石樣進(jìn)行取樣，且要求取樣完成性高，效率快，無(wú)污染，兼顧土壤調(diào)查等，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研分析，北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司于2019年1月24日簽訂合同采購(gòu)聲波鉆機(jī)。
二、產(chǎn)品介紹
1、概述
聲波鉆進(jìn)（sonic Drilling），又稱為回轉(zhuǎn)聲波鉆進(jìn)或振動(dòng)鉆進(jìn)。它是利用高頻振動(dòng)力、回轉(zhuǎn)力和壓力，三者結(jié)合在一起使鉆頭切入土層或軟巖，加深鉆孔，進(jìn)行鉆探或其它鉆孔工程的一種新型鉆探技術(shù)方法。
聲波鉆進(jìn)的主要設(shè)備是振動(dòng)頭，也就是振動(dòng)器。振動(dòng)頭能夠產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)的高頻振動(dòng)和低速回轉(zhuǎn)作用，再加上向下的壓力，使鉆柱和環(huán)形鉆頭不斷向巖土中推進(jìn)。振動(dòng)頭產(chǎn)生的振動(dòng)頻率通常為50－185Hz，轉(zhuǎn)速100－200rpm。鉆柱的低速回轉(zhuǎn)保證能量和磨損平均分配到鉆頭的工作面上。當(dāng)振動(dòng)與鉆柱的自然諧振頻率疊合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。此時(shí)鉆柱的作用就像飛輪或彈簧一樣，把極大的能量直接傳遞給鉆頭。高頻振動(dòng)作用使鉆頭的切刃以切削、剪切、斷裂的方式排開(kāi)其鉆進(jìn)路徑上的物質(zhì)，甚至還會(huì)引起周圍土粒液化，讓鉆進(jìn)變得非常容易。另外，振動(dòng)作用還把土粒從鉆具的側(cè)面移開(kāi)，降低鉆具與孔壁的摩擦阻力，也大大提高了鉆進(jìn)速度，在許多地層中鉆速高達(dá)30.5cm/min。
圖1 聲波鉆進(jìn)基本原理圖
圖2：Eijkelkamp聲波鉆機(jī)
2、聲波鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)
聲波鉆進(jìn)技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
① 鉆進(jìn)速度快。聲波鉆進(jìn)是振動(dòng)、回轉(zhuǎn)和加壓鉆進(jìn)的有效結(jié)合，特別是振動(dòng)作用使土粒排開(kāi)和土壤液化，從而獲得較高的鉆進(jìn)速度。一般情況下，聲波鉆進(jìn)比常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和螺旋鉆進(jìn)快3－5倍。
② 巖土樣保真度好。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。
圖3 聲波鉆進(jìn)采集巖土芯樣
③ 環(huán)境污染少。通常情況下，聲波鉆進(jìn)不采用泥漿和其它洗孔介質(zhì)，鉆進(jìn)產(chǎn)生的廢物比常規(guī)鉆進(jìn)少70％－80％。從而減少鉆進(jìn)液對(duì)環(huán)境的污染。
④ 施工安全性好。聲波鉆進(jìn)和取樣采用雙管系統(tǒng)，巖心管與外層套管單獨(dú)進(jìn)行，提取巖心后立即將外套管跟進(jìn)到先前取心的孔底，外套管能夠很好地保護(hù)孔壁，防止孔壁坍塌。同時(shí)還可隔離含水層，避免交叉污染。
⑤ 適應(yīng)地層范圍廣。聲波鉆進(jìn)方法可以在各種覆蓋層，如砂土、粉砂土、粘土、礫石、粗礫、漂礫、冰磧物、碎石堆、垃圾堆積物（包括木頭、鋼板、混凝土、瀝青等）和軟基巖，如砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、板巖等，有效采集連續(xù)巖心樣品。
⑥ 鉆進(jìn)成本低。由于鉆進(jìn)速度快，縮短了施工周期，降低了勞動(dòng)力費(fèi)用；鉆進(jìn)產(chǎn)生的廢物少，減輕了現(xiàn)場(chǎng)清理費(fèi)用。
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)間和較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(kāi)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(méi)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，如荷蘭Eijkelkamp公司，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)用目前處于空白。
5，荷蘭Eijkelkamp公司聲波鉆機(jī)介紹
5.1,SmallRotoSonic小型聲波鉆機(jī) 型號(hào)：SRS-PL
主要性能描述：
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用于鉆探和覆蓋層取樣
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典型深度為30m
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小型的旋轉(zhuǎn)聲波鉆機(jī)
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有長(zhǎng)沖程和短沖程可選
應(yīng)用領(lǐng)域：
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環(huán)境鉆探與取樣
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巖土工程取樣與測(cè)試
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地震爆破井鉆探
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巖土施工鉆探
5.2、SmallRotoSonic小型聲波鉆機(jī) 型號(hào)：SRS-ML
主要性能描述:
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用于鉆探和覆蓋層取樣
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典型深度為30m
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有長(zhǎng)沖程和短沖程可選
應(yīng)用領(lǐng)域：
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環(huán)境鉆探與取樣
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巖土工程取樣與測(cè)試
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地震爆破井鉆探
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巖土施工鉆探
5.3、CompactRotoSonic緊湊型聲波鉆機(jī) 型號(hào)：CRS DUO
主要性能描述：
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用于鉆探和取樣
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客采取覆蓋層和硬層（卵石層和巖層）
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典型深度為60m
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基巖層可采用4速旋轉(zhuǎn)鉆頭
應(yīng)用領(lǐng)域：
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環(huán)境工程鉆探與取樣
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礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)
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巖土工程取樣和測(cè)試
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地震爆破井鉆探
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巖土施工鉆探
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地?zé)徙@探
5.4、MidRotoSonic中型聲波鉆機(jī) 型號(hào)：MRS
主要性能描述：
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用于覆蓋層和硬層（卵石層和巖層）鉆進(jìn)和取樣
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典型深度：125m
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可選擇4速旋轉(zhuǎn)鉆頭和金剛鉆鉆頭
應(yīng)用領(lǐng)域：
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環(huán)境工程鉆探與取樣
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礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)
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巖土工程取樣和測(cè)試
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地震爆破井鉆探
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巖土施工鉆探
5.5、LargeRotoSoni大型聲波鉆機(jī) 型號(hào)：LRS DUO
主要性能描述：
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用于覆蓋層和硬層（卵石層和巖層）鉆進(jìn)和取樣
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典型深度：200m
應(yīng)用領(lǐng)域：
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環(huán)境工程鉆探與取樣
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礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)
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巖土工程取樣和測(cè)試
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地震爆破井鉆探
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巖土施工鉆探
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地?zé)徙@探
6. 聲波鉆機(jī)獨(dú)創(chuàng)的水鎖取樣
備注：1，閥門系統(tǒng) 2， 進(jìn)水口 3，活塞 4，刃腳或環(huán)形鉆頭 5，水柱
在鉆孔之前,水鎖(AquaLock)取樣器被充滿水(5), 這樣活塞(3)就被鎖定在刃腳的底部。當(dāng)你振動(dòng)將其向下推進(jìn),以及在刃腳及還未準(zhǔn)備取樣之前, 水鎖(AquaLock)一直是空的。你可以通過(guò)鉆桿降低頂桿以解鎖活塞(3), 這樣就可打開(kāi)水鎖頂部的閥門; 如此, 活塞就可以自由移動(dòng), 同時(shí)可得到不受擾動(dòng)的試樣。
取樣之后,彈簧頂管被移除,以允許閥門關(guān)閉, 這樣可以造成真空; 如此,在水鎖取樣器回收過(guò)程中就可以保持試樣。一旦被回收之后,你可以在活塞后面施加高壓水,以取出試樣。
7、安全不是昂貴的，而是無(wú)價(jià)的
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可進(jìn)行完全無(wú)線電控制的操作
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只選用優(yōu)秀品牌組件
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鉆井液泄壓閥
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鉆井時(shí)重量補(bǔ)償
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鉆井時(shí)懸浮功能
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懸浮三腳夾鉗
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可選雙路加載
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可選絞車用液壓可展開(kāi)的，可搖擺的起重機(jī)臂
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ManipAll (不需要手或者絞車來(lái)操作管子或者套管) 專利號(hào). N2014409
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鉆頭的互鎖式護(hù)罩
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絕緣引擎蓋
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試運(yùn)行前所有鉆機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
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現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)
8，聲波鉆機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
