岩土钻掘工程 发展历程进展
国内掘进技术发展历程
国内掘进技术发展历程随着我国经济的快速发展和城市化进程的加速推进，地下工程建设的需求日益增加，而地下工程建设的核心技术就是掘进技术。
掘进技术的发展历程，不仅记录了中国工程技术的进步，也见证了中国工程师们不断创新的精神和勇于挑战的责任感。
本文将从不同阶段着重介绍国内掘进技术的发展历程。
第一阶段：起步阶段上世纪50年代初，我国的地下工程建设刚刚起步，掘进技术落后于发达国家，大多采用人力或畜力进行施工，效率低下，安全性差。
我国开始大力引进和消化吸收国外的掘进技术，培养专业人才，通过国际合作进行技术交流和学习。
1958年，第一座国产掘进机在北京轨道交通建设中使用，这标志着我国掘进技术开始走上了实用化的道路。
掘进机的引入，使得地下工程施工效率得到了显著提高，同时也大大降低了劳动强度，保障了工人的安全，成为我国掘进技术发展的重要标志。
第二阶段：技术创新阶段上世纪80年代至90年代，中国的地下工程建设进入了高速发展期，对掘进技术提出了新的要求。
原先引进的掘进技术已经不能满足我国地下工程建设的需要，因此我国开始进行技术创新，自主研发掘进技术设备。
在这一阶段，我国相继研发出了一系列先进的掘进机、钻机和隧道掘进设备，取得了一系列重大成果。
1999年，中国自主研发了全断面掘进机(TBM)和硬岩盾构机，填补了国内这一领域的空白，使得大直径深埋隧道的施工技术不断取得突破。
中国的高速铁路、地铁、水利水电等领域的各类地下工程也得到了飞速的发展，掘进技术设备的性能和质量都得到了极大的提升。
第三阶段：全面发展阶段21世纪以来，中国地下工程建设规模不断扩大，对掘进技术发展提出了更高的要求。
我国掘进技术设备制造企业不断增加，在技术创新和设备制造上不断取得新突破，掘进机、钻机等设备的性能、质量和稳定性都得到了大幅提升。
值得一提的是，中国的国际地下工程市场份额也不断增加，中国制造的掘进机和相关设备已经出口到全球多个国家和地区，成为中国制造在国际市场上的一张靓丽名片。
关于岩土钻掘工程应用及其发展
关于我国岩土钻掘工程应用及其发展综述1前言现代岩土钻掘工程在我国广义地解释,其内涵包括了传统的钻探工程、掘进工程以及与之相关或延伸的各类建筑工程基础施工工程,这是既古老但又充满活力与生机的产业之一,它和全人类社会进步、生活需求与环境变异密切相关,特别与人口、资源、环境紧密联系。
最重要的5项基础工业(建筑业、制造业、农业、能源生产与采矿业)以及现代化交通、水电、通讯、城建等基础设施的建设,都与岩土钻掘工程应用相关。
当代岩土钻掘工程的发展背景主要是:人口剧增和人口城市化趋向;人类对能源、矿产资源、水资源和土地资源的需求与日俱增;现代化建筑和基础设施的持续发展;地下空间的大量开发与利用;海洋国土与资源的竞相勘探与开发;环境保护与地质灾害防治工程量日增;地球科学的发展必须与相关工程技术相结合,如大洋与大陆科学钻探等。
基于以上背景,岩土钻掘工程在国民经济建设中的地位日显重要。
我国已汇集成一支以数十万人计的产业队伍,包括勘探、勘察与工程施工和相关的科研与制造业队伍,过去和现在,为我国地质矿产勘探(察)、开发和许多工程建筑,都做出了巨大贡献。
2 我国岩土工程发展回顾新中国建立以来,岩土钻掘技术得到了蓬勃发展,形成了技术研发力量雄厚、设备品种齐全、技术水平不断提高、施工能力强大的比较完善的科研、教学、生产体系。
岩土钻掘技术的应用范围不断扩大,已由初期的单纯为地质找矿服务,扩大到水文水井钻探、工程地质勘察、地质灾害监测与防治、矿山抢险、地热开发、地震观测、考古发掘等众多领域,特别是改革开放以后,更是快速扩大到建筑工程、市政工程、路桥工程、水电工程、地下工程、港口工程等多个基础施工行业与领域。
我国岩土钻掘技术发展大致经历了三个阶段：第一阶段为引进模仿阶段，这一阶段时间为20世纪50—60年代，当时新中国才成立，我国的岩土钻掘技术落后，很多方面都跟不上时代的潮流，从事该专业的人员不仅数量少，质量也有待提高；第二阶段为仿制创新阶段，时间为20世纪60—80年代，这一阶段经过前阶段的引进和模仿，这一阶段的创新业明显增加了不少，从业人员的数量和质量也比前一阶段有大幅度提升；第三阶段20世纪80年代—至今，我国少量钻掘技术开始拥有自主知识产权等几个发展阶段。
岩土钻掘工程的渊源和发展概况
岩土钻掘工程的渊源和发展概况中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作的国家。
它起源于我国劳动人民钻凿盐井。
大约在公元前3世纪，汉人便开始在四川南部开挖取盐水的深井，当时这些盐井中不时喷出天然气，从而以"火井"而闻名。
最迟在公元前1世纪我们的祖先已开始有组织地钻这种井来采盐水，同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照明。
这些情况在公元2世纪已见诸文字记载。
先民们用传统的方法于清道光6年（1835年）钻成了第一口超1 000m（1001.4 2m）的燊海井，使钻井技术达到了新高峰，该井被联合国教科文组织定为19世纪中叶前的钻井世界纪录。
英国著名科学史专家李约瑟博士在其《中国古代科学技术文明史》一书中认为，中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用，在国际上领先数百年至一千多年。
因此，在美、英、德、俄等国出版的石油钻井教材和钻探手册中，开篇总是介绍一些中国的古代钻探史料。
有的学者还将中国这一伟大的创造誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术之后中国古代的第五大发明。
随着工业技术的进步，直接破碎岩石的磨料、钻具形式及与之相适应的钻探设备都在不断改进。
19世纪初叶，硬质合金的问世给岩土钻掘业开辟了新时代。
以碳化钨为基体的硬质合金比以前各种钢制切削具具有更高的硬度和耐磨性。
利用这种切削具做成不同类型的钻头或钎头，在Ⅶ～Ⅷ级以下的岩层中可以有效地进尺。
19世纪末期，美国工程师提出在硬岩，特别是在裂隙性岩石中使用钢粒钻进。
因为钻进这种岩石时，昂贵的天然金刚石钻头消耗量甚大。
前苏联、东欧和我国在推广人造金刚石钻进之前，也是主要采用钢粒作为磨料来钻进坚硬、研磨性高的岩石。
钢粒钻头可以在Ⅷ级以上的岩层中取得不错的钻探效率。
即使在金刚石钻进技术已普及的今天，由于成本关系，钢粒钻进仍在硬岩大口径钻进中得到应用。
自1862年法籍瑞士工程师莱舒特首先将天然金刚石应用于矿山钻探以来，西方国家的金刚石钻探技术已有百余年的历史。
岩土钻掘工艺技术的发展现状
收稿日期:2008-01-15 作者简介:刘三意(1963-),男(汉族),河南新蔡人,中国地质大学(北京)博士在读,中国地质科学院勘探技术研究所副所长、教授级高级工程师,地质工程专业,从事岩土钻掘工程设备及技术的研究与管理工作,河北省廊坊市金光道77号。
岩土钻掘工艺技术的发展现状刘三意1,2(1.中国地质大学〈北京〉,北京100083;2.中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000)摘 要:概括地介绍了近年来我国探矿技术的最新进展与应用情况,主要介绍了中国地质科学院勘探技术研究所在天然气水合物保真保压取心技术、松科1井保形取心技术、多介质反循环钻探技术、用于可溶性固体矿产勘探与开发的定向对接连通井技术、可大大提高硬岩钻进效率的液动潜孔锤钻进技术与应用、用于大口径钻进的旋挖钻进技术以及用于各种管道铺设的非开挖铺管装备与技术等方面所取得的成果。
关键词:岩土;钻掘;工艺;发展中图分类号:P634 文献标识码:C 文章编号:1672-7428(2008)02-0001-04St a tus on D evelopm en t of Rock /So il D r illi n g and Tunneli n g Technology /L IU San 2yi (1.China University of Geosci 2ences,Beijing 100083,China;2.The I nstitute of Exp l orati on Technol ogy,C AGS,Langfang Hebei 065000,China )Abstract:The paper briefly intr oduced recent devel opment and app licati on of geol ogical p r os pecting in China,and mainly intr oduced the achievements of I nstitute of Exp l orati on Technique in coring with p ressure 2keep ing f or gas hydrates,coring with p ressure 2keep ing,shape 2p reserving coring technol ogy in W ell -1of Songliao Scientific D rilling,multi 2mediu m reverse circulati on drilling technol ogy,directi onal opposite j oints in the connected wells,hydr o 2ha mmer drilling technol ogy and its app licati on,r otary drilling technol ogy and trenchless p i peline laying equi pment and the technique .Key words:r ock and s oil;drilling and tunneling;technol ogy;devel opment随着我国地质勘探工作的发展和地质调查工作的不断深入,岩土钻掘技术也取得了长足的发展。
国内掘进技术发展历程
国内掘进技术发展历程随着城市化进程的加快和基础设施建设的不断推进，国内的掘进技术也在不断发展和完善。
掘进技术是指利用各种机械设备进行地下隧道、矿井等工程开挖的技术手段，是现代建筑和交通运输领域不可或缺的一部分。
本文将从国内掘进技术的发展历程入手，对国内掘进技术的现状和未来发展进行总结和展望。
一、起步阶段20世纪50年代至70年代，我国掘进技术处于起步阶段，主要以人力和简单的机械设备为主。
这一时期，国内主要依靠劳动力完成地下隧道和矿井的开挖工作，生产效率低下，工作条件恶劣，安全事故频发。
在这种情况下，国内开始引进国外先进的掘进技术和设备，逐步改善了掘进工程的施工条件，提高了施工效率和安全性。
二、发展阶段20世纪80年代至90年代，国内掘进技术进入了发展阶段。
在这一时期，国内开始逐步自主研发和生产掘进机械设备，加大了对掘进技术的投入和研发力度。
国内的掘进技术逐步走向成熟，从传统的手工操作向机械化、自动化方向发展，掘进机、隧道掘进机等新型设备开始在工程施工中得到应用。
这一时期，国内的掘进技术有了长足的进步，掘进工程的质量和效率有了明显的提升，很大程度上推动了我国基础设施建设的快速发展。
三、成熟阶段四、未来展望随着城市化进程的加速和对基础设施建设的不断提升，国内的掘进技术将迎来更加广阔的发展空间。
未来，随着新一代信息技术、人工智能技术的不断发展和应用，国内的掘进技术将继续走向智能化、自动化方向，实现更加精准、快速、安全的施工。
我国掘进机械设备领域也将继续进行技术改造和创新，推出更加节能环保、高效稳定的新型设备，满足城市地下交通、水利、能源等领域的需求。
国内的掘进技术还将继续拓展应用领域，包括城市地下管网、地铁、水利工程等，为国家基础设施建设提供更多的技术支持和解决方案。
国内的掘进技术经过几十年的发展，已经取得了长足的进步，走向智能化、自动化方向，并在国内基础设施建设中发挥着越来越重要的作用。
未来，随着城市化进程的加速和科技创新的不断推进，国内的掘进技术将迎来更加广阔的发展前景，为我国的基础设施建设和经济发展提供更多的支持和保障。
岩土工程的发展趋势与开发利用
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些新 的算 法和 程序 ， 刚 性有 限元法 、 如 广义 有 限元 法 、 动 单元 法 、 运 界面 元法 、 块体 理论 、 Ｄ Ａ、流 形元 法 、 Ｌ Ｃ无 网格法 以及模 拟退 Ｄ ＦＡ 火 算法 等等 。 ３ 地下 空 间 的开发 利用 ． ４ 近３ ０年 内 ，地 下空 间建 设 的进 一 步发 展， 以激 光 导 向技 术 和 Ｇ Ｓ定位 技 术为 代表 Ｐ 的地下 施工 技 术 ，以遥 感技 术与 地质雷 达为 代 表 的地下 勘 探技 术 ，以及 地下 掘进 及衬砌 的 自动 控 制施 工技 术 给岩 土工程 的 发展注入 了新 的活 力 。 ３５环境 岩 土工 程 的研究 ． 环 境岩 土 工程 是新 的研 究方 向，旨在研 究 极 端 环境 条件 下 （ 温 、 高 高压 、 渗透 压和 强 化学腐蚀 ） 岩土变形及强度变化规律， 探讨岩 土力学 特性 的时效 及应 变 速率效 应 ，其研究 背 景与 科学 意义 为 ：深 部能 源开 发关键 技术 研究；防护工程研究的需求 ；国家高效核废 料处置的需求 ；能源储存（ 包括 Ｃ Ｏ 储存） 等 需求。
参考 文献
【黄理兴． １ 】 新世 纪 的科技 和岩 土 工程 发展 岩 土力 学 ，０ ３ １：３ ４ ． ２０ ，０６ ９ ６４ 【】 剑 锋 ．１ 纪 岩 土 工 程 展 望 ｆ． 力勘 ２张 ２世 Ｊ电 １
测 ，０ 。 ： ～ １ ２ ０１ １ ７ １ ．
【 史佩 栋 ， 大钊 ． 更替 话岩 －［． 土工 ３ 】 高 千年 ＋３岩 －３
一
４ 结语 随 着试 验 手段 与计 算 技术 的发展 ，土 的 本 构关 系 、 非饱 和 土 的耦 合 基本 场方程 、 岩土
岩土与地下工程的回顾和进展
地下工程是岩土与结构相互作用的一类问题，广 义上仍然包含在岩土工程之中。但由于地下工程施做 的特殊性和使用的独立性，因此往往也将其单列出来， 使之与岩土工程并列，从而构成岩土与地下工程。
三、岩土工程的发展历史
岩土工程的发展历史实际就是土力学的发展历史。 18 世纪的工业革命，带动了经典土力学理论的建立； 20 世纪大规模的上天入地的交通、基础设施及生态环境 工程建设有为岩土工程的发展提供了客观条件。
1. 土力学划时代的人物、理论和年代
1）1773-1776: 法国科学家库伦— 强度理论（C.A.Coulomb建立并后 来由O.Mohr发展）；土压力理论 （1776年出版的著名论文《极大极 小原理应用于建筑中的静力学问 题》）。
C.A.Coulomb
(1736-1806)
2）1856：法国工程师（H.Darcy）—渗透理论：达西定 理。 3）1857：英国学者朗金或朗肯（W.J.M.Rankine） 4）1885：法国数学家布辛纳斯克（J.Boussinesq）— 地基的附加应力（点荷载和线荷载）。 5）1920：普朗德尔（Prandtl）—地基极限承载力（塑 性平衡原理）。 6）1922：瑞典工程师费兰纽斯（Fellenius）—土坡稳 定条分法。 7）1923-1925：奥地利美国科学家 太沙基（Terzaghi，1883-1963） —有效应力原理； 第一本《理论土力学》（1925）
五、岩土与地下工程研究内容
1．基础工程和地基处理
厦门环岛路地基处理
王府井地下连续墙施工
依阿华州立大学桩基础试验场
2. 堤坝稳定和岩石或岩土高边坡稳定
三峡大坝施工全景
宝中线高边坡
长江三峡滑坡
3．路基工程和防护工程
地质岩心钻机的发展历程与趋势展望
地质岩心钻机的发展历程与趋势展望地质岩心钻机是地质勘探和石油钻探中广泛使用的设备之一。
它被用于获取岩层样本，以便分析地下地质结构和潜在的矿产资源。
随着科技的不断进步，地质岩心钻机经历了多年的改进和发展。
本文将回顾地质岩心钻机的发展历程，并展望其未来的趋势。
地质岩心钻机的发展历程可以追溯到19世纪末。
最早期的地质钻机是手动操作的，并且效率低下。
然而，随着工业革命的到来，动力驱动的地质钻机开始出现。
20世纪初，液压系统被引入地质钻机，并且这项技术在钻探领域取得了巨大的突破。
液压系统不仅提高了地质钻机的钻进速度，而且使得操作更加简便和安全。
20世纪50年代，地质钻机进一步发展成为能够钻取更深井的设备。
电动钻头的引入使得地质钻机的动力更加强大，并能够应对更复杂的地质条件。
此外，钻井液的使用也得到了改进，使得岩心的回收率大大提高。
随着计算机技术的迅速发展，地质岩心钻机在20世纪80年代迎来了一次重大的革命。
自动化系统和传感器的引入使得地质岩心钻机能够实现更高的钻进效率和更准确的岩心样本收集。
这些新技术不仅减少了人为误差，而且大大提高了数据采集的质量。
随着科技的进一步革新，地质岩心钻机的未来发展趋势将更加多样化和先进化。
以下是几个可能的趋势展望：1. 更高的自动化水平：随着人工智能和机器学习技术的发展，地质岩心钻机将实现更高程度的自主操作。
智能感应器和自动控制系统将能够自动调整钻机的参数，以适应不同岩层的特性。
2. 高效能源利用：随着环境保护意识的增强，地质岩心钻机的能源利用将成为一个重要的考虑因素。
未来的地质岩心钻机将更加注重能源的高效利用，采用新的能源技术，如太阳能和风能等。
3. 数据集成和实时处理：未来的地质岩心钻机将能够实现实时数据采集、传输和分析。
这将帮助研究人员更快速地了解地下地质结构，并做出更准确的预测和决策。
4. 更强的适应性和灵活性：地质岩心钻机将能够应对不同地质条件的挑战。
未来的钻机将有更强大的动力和更高的钻进速度，能够在更复杂的地质层下完成钻探任务。
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四、钻探技术发展现状 Drilling technical development
4、孔斜方面 Hole deviation and surveying
陀螺仪测量 Gyro surveying 孔底动力机 Down-hole motor 人工定向钻探 Directional drilling 随钻测量 Measurement while drilling 计算机应用 Computer aids drilling
工程地质与水文地质钻探
▲土木建筑基础工程钻探 ▲市政工程建设 ▲道路、隧道交通工程 ▲港口建设工程 ▲地质灾害治理工程
特殊钻探
地下核爆破钻探 极地取样 星球钻探
▲软弱地基改造处理 ▲水利、水电工程 ▲考古群勘察 ▲地下大型建筑物勘察 ▲军事特殊工程
三、钻探工作的内容 Drilling main work
北宋卓筒井，小口径深井
卓筒井是一种井 眼“如碗大”， 深数十丈的盐井。
大口浅井→小口深井
表明我国古代钻井工 艺向前飞跃了一大步
开井口
下石圈
锉大口
扇泥
下木柱
锉小口
古代钻头
各类井架模型
修、治井工具
打捞落物模型
燊海井模拟
人们可看到凿井的碓架和井 场的设备，体会到凿井的艰 辛与人力钻进上千米的不易。 正是用这样的方法，自贡盐 工却开凿出了世界第一口超 千米深井，为人类 的文明
１、设计阶段
确定钻孔结构；选择设备、工具、管材；制定工 艺措施；预算台效；制定安全措施；人员组织与 管理。
２、施工阶段
施工准备（修路、机场平整、安装水电等设备）
开孔→正常钻进→终孔 ３、结束阶段
封孔；拆迁；资料统计、对比、总结
四、钻探技术发展现状 Drilling technical development
复合片钻头 PDC bit
四、钻探技术发展现状 Drilling technical development
２、护壁堵漏 Hole wall protection and loss shut-off
普通泥浆 General mud
优质泥浆 High grade mud
固相泥浆 Solid mud
低、无固相泥浆 Non-solid or non-clay mud
一、钻探历史 Drilling history
四大发明：火 药 Powder 指南针 Compass 造 纸 Papermaking 印刷术 Printing
五大发明：钻 探 Drilling
三国时期 战国时期 东汉时期 隋朝时期
钻探是我国公元前254年(秦昭王时代)的一项伟大发 明，对我国政治经济文化产生了很大的影响。
机械化生产、质量管理、技术革新、 创造发明、 科学钻探、 信息化等。
二、现代钻探发展分类 Drilling classification
固体矿产地质钻探 Solid mineral drilling 油气钻探 Oil and gas drilling 水井、地热钻探 Water well drilling and geothermal drilling 工程地质与水文地质钻探 Engineering geological drilling 工程施工钻 Civil engineering drilling 特殊钻探 Special drilling
钻进过程中主要解决的技术问题：
破碎岩石、清理岩屑、采取岩矿芯、保护孔壁
１、钻进方法 Drilling methods
硬质合金钻进 Tungsten-carbide drilling
冲击回转钻进 Percussive-rotary drilling
钻粒钻进 Shot drilling
金刚石钻进 Diamond drilling
和进步写下了光彩照人的一 页。正是用这种方法，盐工 们在自贡这块土地上钻凿出 13000多口盐井，昔日古盐 都百里盐场的繁荣景象是不 难想象的。
一、钻探历史
4、近代深井阶段 （1369-1911）
严密的钻井工序、选井位、下导管、开钻、 事故处理、堵漏等。
一、钻探历史
5、现代机器钻进阶段 （1911-）
岩土钻掘工程
Exploration Drilling and Tunelling Engineering
本课程主要讲述内容
绪论 钻探工艺
岩芯钻探钻具，钻进方法，岩矿芯采取， 特种取芯方法，钻孔弯曲及其测量
桩基工程
坑探工程
绪论
★钻探历史 ★现代钻探发展分类 ★钻探工作内容 ★钻探技术发展现状 ★本课程性质、目的、参考书 ★几个基本概念
四、钻探技术发展现状 Drilling technical development
3、取芯方法 Sampling methods
单动双层岩芯管 Single tube core barrel Double tubes core barrel
水力输送岩芯管 Center sample recovery (CSR)
这一发明于17世纪传入西方。
一、钻探历史
钻探发展经历的几个历史阶段：
1、传说时代的古井（四五千年以前的史前时期） 2、井盐钻探（公元前2-3世纪） 3、古代深井阶段（ 1041-1368 ） 4、近代深井阶段 （ 1369-1911 ） 5、现代机器钻进阶段 （ 1911- ）
一、钻探历史
1、传说时代的古井 （四五千年以前的史前时期） 《周书》记载：黄帝穿井 尧舜禹时代《击壤歌》 日出而作，日入而息， 凿井而饮，耕田而食，帝力于我何有哉 伯益作井 伯益是舜帝时期主管山川、林泽的大臣； 《世本》称颂是凿井的发明者。
四、钻探技术发展现状 Drilling technical development
１、钻进方法 Drilling methods
金刚石钻进 Diamond drilling
表镶钻头 Surface set diamond bit
孕镶钻头 Impregnated diamond bit
绳索取芯钻进 Wire-line coring drilling
一、钻探历史
2、井盐钻探（公元前2-3世纪）
——深井钻凿的历史开始
李冰劈山凿井，自贡井盐。
公元前２５０年左右，李 冰为蜀郡太守，是一个水 利和凿井专家。建造都江 堰，大兴水利，组织百姓 开凿盐井。
飞沙历史
3、古代深井阶段 （1041-1368）
——现代盐井、油井、气井的雏形