巖土錨固工程鉆機及鉆孔機具的配套選型

1、巖土錨固工程鉆機及鉆孔機具的配套選型1朱國平 2羅強內(nèi)容提要：本文通過介紹錨固工程施工鉆孔工藝方法，闡述了相應(yīng)的設(shè)備機具配套方法， 提供的錨固鉆機設(shè)備和機具參數(shù)對從事巖土錨固工程施工的工程技術(shù)人員具有一定的實用 參考價值。關(guān)鍵詞：巖土錨固，鉆孔，錨固鉆機，跟管鉆具 隨著我國巖土錨固技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土錨固技術(shù)在水電、鐵路、公路等基礎(chǔ)工程建設(shè) 以及滑坡、 泥石流等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防和整治工程中正得到日益廣泛的應(yīng)用。 經(jīng)過巖土錨固工程 界廣大技術(shù)專家、 工程技術(shù)人員的不懈努力， 我國的巖土錨固技術(shù)從理論到施工工藝技術(shù)已 經(jīng)有了長足的發(fā)展。 新的施工工藝技術(shù)和方法的不斷采用， 更有力地促進(jìn)了錨固鉆機及鉆孔

2、 機具的研究和開發(fā)。 新設(shè)備和新機具的采用， 又為我們的巖土錨固工程施工提供了有力的工 藝保證手段。 對于具體的錨固工程來說， 能否合理地選用鉆孔工藝方法和錨固鉆機設(shè)備、 機 具配套，關(guān)系到錨固工程是否能經(jīng)濟有效地實施，甚至影響到工程施工質(zhì)量和效 果。巖土錨固施工鉆孔工藝方法概述 依據(jù)巖土錨固對象的不同，常用的巖土錨固施工鉆孔工藝方法有（1）風(fēng)動潛孔錘空氣鉆進(jìn)、（ 2）金剛石（合金）回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、（ 3）干鉆成孔、（ 4）振動成孔等。見下圖：在我們的工程施工中，重要的是要根據(jù)不同的施工對象選擇合適的鉆孔工藝方法以及設(shè) 備、機具配套。風(fēng)動潛孔錘空氣鉆進(jìn)風(fēng)動潛孔錘空氣鉆進(jìn)因其沖擊破碎巖石的高效率而在巖

3、石錨固工程施工中被廣泛地采 用，其一般的鉆進(jìn)方法是大家都熟知的。但是由于錨固巖石地層的多變性和復(fù)雜性，需要采用一些基于一般鉆進(jìn)方法之上的特殊方法和手段。例如：風(fēng)動潛孔錘單動力頭套管跟進(jìn)鉆進(jìn)、雙動力頭雙動雙管套管跟進(jìn)鉆進(jìn)、單動力頭雙管空氣反循環(huán)鉆進(jìn)等。選擇或采用何種鉆孔工藝方法來鉆鑿錨桿（索）孑L,最基本的選擇依據(jù)首先是要保證鉆孔內(nèi)鉆出的巖渣能徹底排出 孔外；其次是要能保持鉆出的孔壁不會坍塌，這樣才能保證在鉆孔過程中不會產(chǎn)生埋鉆、卡鉆等事故，并能順利地把錨桿（索） 安裝到位。我們的客戶有相當(dāng)一部分在施工過程中遇到 了成孔難的問題，必須通過采用相應(yīng)特殊的工藝方法和手段才能使工程得以順利實施。單動力

4、頭風(fēng)動潛孔錘套管跟進(jìn)單動力頭風(fēng)動潛孔錘套管跟進(jìn)是克服松散、破碎、卵礫石等復(fù)雜地層鉆進(jìn)的有效方法之 ，根據(jù)鉆具結(jié)構(gòu)可分為：偏心式和同心式兩種。其原理見下圖偏心式偏心式跟管鉆具由鉆桿、風(fēng)動潛孔沖擊器、偏心鉆頭、套管和套管靴組成。鉆進(jìn)時，偏 心鉆頭在套管鞋前鉆出比套管外徑大的鉆孔，偏心鉆具上的沖擊力同時帶動套管靴、套管與鉆孔同步跟進(jìn)，鉆出的巖屑則通過套管與鉆桿之間的環(huán)隙由空氣上返至孔外，達(dá)到既保持鉆孔內(nèi)清潔又保護(hù)已鉆出的鉆孔目的。在松散、破碎地層施工完畢后， 偏心鉆頭可通過反轉(zhuǎn)回縮，并從套管內(nèi)孔中提出內(nèi)鉆具，然后再用小一號沖擊鉆頭在錨固段鉆進(jìn)，待錨索安裝完畢后，再把套管從鉆孔中拔出。這種鉆具由于其結(jié)

5、構(gòu)簡單，制造成本低，管靴可通過直徑較大等優(yōu)點而在工程施工中被廣泛采用。同心式同心式跟管鉆具組成與偏心式基本相同，不同之處是同心式套管靴與套管鉆頭之間有相對回轉(zhuǎn)運動，所以在結(jié)構(gòu)上同樣規(guī)格的套管及管靴要比偏心式的小810m m,套管靴、套管鉆頭加工成本較高。 其優(yōu)點是中心鉆頭的使用壽命長， 鉆具回收成功機率高， 操作比較容雙動力頭雙管套管跟進(jìn)與單動力頭風(fēng)動潛孔錘套管跟進(jìn)工藝不同的是進(jìn)行雙動力頭雙管套管跟進(jìn)鉆孔時，首先要具備雙動力頭鉆機， 套管在鉆孔過程中一般以與中心鉆具相反方向進(jìn)行回轉(zhuǎn)。其鉆具組成原理如左圖：這種工藝方法由于套管在鉆進(jìn)過程中進(jìn)行回轉(zhuǎn)和給進(jìn)，使得鉆孔深度可以較深，對地層 的適應(yīng)范圍也

6、廣，可以在粘土、淤泥質(zhì)、砂層或流砂地層鉆進(jìn)，也可以在松散、破碎、堆石 體等巖石地層中采用風(fēng)動潛孔錘空氣鉆進(jìn)。單動力頭雙管反循環(huán)鉆進(jìn)與常規(guī)正循環(huán)鉆進(jìn)方法不同的是鉆具組合中采用的是雙壁鉆桿。鉆孔過程中，壓縮空氣 經(jīng)雙壁鉆桿內(nèi)、外管之間的環(huán)狀間隙送到?jīng)_擊器上方的轉(zhuǎn)換接頭處，經(jīng)轉(zhuǎn)換接頭送入沖擊器工作，破碎下來的巖粉經(jīng)沖擊器上返至轉(zhuǎn)換接頭處，經(jīng)轉(zhuǎn)換接頭進(jìn)入雙壁鉆桿的中心管，由中心管將巖粉排出孔外。這種方法由于避免了上返壓縮空氣在地層裂隙中的漏失，使在排渣過程中能保持較高的上返速度，從而能把破碎下來的巖屑徹底從孔內(nèi)排出，保證了孔內(nèi)的清潔，從而獲得較高的鉆孔效率。 對于大多數(shù)裂隙發(fā)育的漏失地層，鉆孔過程中能

7、有效地避免卡鉆、埋鉆等事故。但不適合用于松散、容易坍塌的地層。另外一種鉆具組合是由一個動力頭同時驅(qū)動外管（套管）和鉆桿同向回轉(zhuǎn)，破碎下來的巖屑則類似于雙動雙管鉆進(jìn)方法，也是從外管和鉆桿之間循環(huán)排出。金剛石（合金）回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對于大多數(shù)巖石錨固及滑坡治理工程來說，鉆孔時水（或泥漿）是被禁止使用的，但在 一些抗浮錨桿、深基坑支護(hù)以及船閘室工程施工中，尤其是在地下水位較高的地區(qū)，往往采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，水（或泥漿）循環(huán)排渣的傳統(tǒng)鉆孔方法。在一些大量含粉砂、砂礫巖和淤泥質(zhì) 土層中為了解決護(hù)孔問題， 往往還采用全套管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法。例如：正在施工的江蘇淮陰三線船閘工程，設(shè)計壓力分散型錨索噸位5080t，鉆孔深度303

8、5m,采用$ 168全套管鉆進(jìn)成孔，錨索則從 $ 168套管中安裝，這樣保證了成孔質(zhì)量和錨索安裝的順利進(jìn)行。其它鉆進(jìn)成孔方法在大多數(shù)粘土、黃土地層中進(jìn)行錨固工程施工時，長螺旋鉆進(jìn)方法也常常被采用；對于孔徑、孔深均不大的土層錨桿施工，還常常采用洛陽鏟成孔。在南方地下水位較高的飽和土層 中，（例如浙江、上海等）進(jìn)行深基坑掛網(wǎng)噴錨施工時，現(xiàn)在還廣泛采用振動沖擊法把鋼管 直接打入地層中，然后壓漿錨固。巖土錨固工程鉆機設(shè)備選型及配套我們的鉆探工程師在進(jìn)行某項具體的錨索工程施工準(zhǔn)備階段，除了對地質(zhì)情況進(jìn)行充分 的分析研究制訂出合適的施工工藝方法之外，選擇的錨固鉆孔設(shè)備和機具要能與相應(yīng)的施工工藝方法相互配套

9、，這樣才能收到事半功倍的效果。相關(guān)的因素包括以下幾方面： 錨固鉆機設(shè)備的能力 空氣壓縮機的能力（水泵能力） 鉆桿、鉆具的配套2. 1 錨固鉆機設(shè)備的能力對大多數(shù)施工單位來講，總希望所購置的錨固鉆機能得到最大限度的利用。但是在具體 工程施工中，由于施工地質(zhì)條件的多變性，地理、地貌條件的限制以及工程設(shè)計的特殊性， 往往對錨固鉆機設(shè)備的能力和結(jié)構(gòu)提出一些特殊的要求。使用一種型號或規(guī)格的錨固鉆機有時不能解決工程中的所有問題?？茖W(xué)和經(jīng)濟地選用錨固鉆機設(shè)備，使其能力和實施的具體工程相匹配，關(guān)系到工程施工能否順利實施。市場上提供的錨固鉆機設(shè)備其能力和性能各不相 同，重要的是要根據(jù)我們所施工的具體工程來選用相

10、匹配的鉆機。我們在選擇鉆機設(shè)備能力時，應(yīng)考慮的相關(guān)因素參見下圖。錨固鉆機設(shè)備參ft依揭鉆孔深度地形.地貌特征工程工期佔機扭矩起拔能力&估機動力頭行程一1通乩能力動力頭形式鮎機璽量錨固帖機能力|性能價格比工程實踐證明：選用錨固鉆機時能力宜大不宜小。選用能力較大的錨固鉆機對提高工程 施工效率有十分積極的作用，尤其是在一些地層復(fù)雜，鉆孔過程中容易出現(xiàn)坍孔、卡鉆、埋鉆等異常事故的地區(qū)。但是在大多數(shù)山區(qū)，由于受地形和交通條件的限制，這時要選擇可拆性好，搬遷、安裝方便的輕便型錨固鉆機。我國的生產(chǎn)廠商經(jīng)過多年的開發(fā)、研究，已經(jīng)在巖土錨固鉆機的性能、能力方面形成系列化供應(yīng)的能力，可以滿足目前深度在 100米，

11、錨固力在3000KN以內(nèi)的大多數(shù)錨固工程施 工的要求。按不同能力劃分的部分錨固鉆機性能參數(shù)參見表1。鉆機類型TO-80YG-60MG-5OAYG30YQ-100D霰定扭3500260030001500S00霰定提升力C KN ）454530303鉆孔直徑（伽）110220110-200901507613076100鉆孔深廈（阿）12QJB00/6060/5040/3030/20鉆孔甬度（ ）0360-動另頭行程）1200； 13001SOO2300 ； 13001S001100動力機功率cH30221115鉆機浄重（噸）1TO1300980600280特點全液壓馳動 可折性好全液壓呃動 可折性

12、好機械動力頭1 整體性好全液壓馳動全鳳動驅(qū)動 審暈輕應(yīng)用范圍可進(jìn)行風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，螺疑鉆進(jìn)跟管鉆進(jìn)， 自鉆式錨桿鉆進(jìn).用于（高）邊坡錨固孔，醴道排水孑L 1隧道 管棚礦山、水電、筑路及物探爆破孔小型水井的施工-只可進(jìn)行風(fēng) 動潛孔鏈鉆 講爆破孔雅 桿孔-2. 2 空氣壓縮機的能力在巖石錨固鉆孔過程中，進(jìn)行風(fēng)動潛孔錘空氣鉆進(jìn)工藝所需的空氣壓縮機能力（風(fēng)量、 風(fēng)壓）要能滿足最低清孔、排渣的需要，即上返風(fēng)速應(yīng) 10m/s在施工現(xiàn)場，由于受輸氣管線路距離長短、管線接頭連接尺寸以及鉆孔中地層裂隙的漏失等因素影響，在理論計算值的基礎(chǔ)上應(yīng)留有余地。 當(dāng)已有空氣壓縮機的能力不能滿足時，則應(yīng)從鉆具配

13、套方面（比如：鉆 桿加粗、漏失地層配套跟管鉆具等）加以克服。有經(jīng)濟條件的單位應(yīng)盡量采購風(fēng)量、風(fēng)壓能力較大的空壓機。例如：英格索蘭的HP700、HP750等。實踐證明，空氣鉆進(jìn)鉆孔效率與空壓機的風(fēng)量、風(fēng)壓成正比例增長。2. 3.鉆桿、鉆具的配套 鉆桿鉆桿的選用要綜合鉆機能力和清孔排渣的需要。經(jīng)驗證明，選用直徑較粗的外平式鉆桿， 縮小鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙，將十分有利于清孔排渣， 尤其是當(dāng)?shù)貙颖容^復(fù)雜時， 可有效減少卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故，提高鉆進(jìn)效率。常用鉆桿規(guī)格、適用孔徑、適配鉆機型號參見表2。表2外平鉆桿規(guī)榕73391104130411001704150-422C適配帖機型號YG-3OYQ-

14、100D3-30, MG-5QATO-60YG-60 ” MG-50AYG-30YG-80潛孔沖擊器潛孔沖擊器的選用要與空壓機的能力相匹配，使用低風(fēng)壓潛孔沖擊器比較經(jīng)濟，但鉆孔效率受到一定的影響。對一些特別堅硬的巖石，則必須使用中、高風(fēng)壓的潛孔沖擊器才能取 得良好的鉆進(jìn)效率。與閥式潛孔沖擊器相比，無閥式潛孔沖擊器因其耗風(fēng)量小、結(jié)構(gòu)簡單，對風(fēng)量、風(fēng)壓的適用范圍寬，可與大部分風(fēng)壓12744他$1784194潛孔謹(jǐn) 規(guī)格QCW70QCW80QCW80QCW100QCW100QCW130QCW130議孔直徑92$111削艾4*15241?8中186205套管靴通徑偏心式期9$864*102中12013

15、8148162同心式$62$7611061話1385150具體選用時應(yīng)根據(jù)套管靴的通過直徑，結(jié)合錨索(桿)的結(jié)構(gòu)尺寸加以綜合考慮。跟管鉆具及其正確、合理使用也顯得尤為重要，并且這些往往要通過才能掌握。跟管套管和拔管機由于受高頻沖擊交變載荷的作用，跟管套管材料及連接螺紋要具備較好的綜合機械性能，一般套管及接頭材料應(yīng)采用合金結(jié)構(gòu)鋼並進(jìn)行熱處理；連接螺紋結(jié)構(gòu)尺寸要具備一定的連接強度，且要便于擰卸。拔管機是與跟管鉆進(jìn)工藝相配套的輔助機具。根據(jù)跟管套管直徑、孔深的不同，可供選 用的拔管機型號及規(guī)格參見表 5。拔營機型號YB-30YB “刃YB-7O額定起 拔力(KN)300500700適用套 營直徑(nrn)108, + 127,146, 4168申 127 j申*168,*178tl63f +178