硬岩怎麼打進鋼管

㈠ 隧道施工流程。

1、大管棚、小管棚超前支護施工

大管棚施作的主要內容：施作導向牆預埋導向管，設置鑽機平台，測定孔位，鑽孔，鑽機退出，注壓漿，封孔。超前管棚安設後，用速凝砂漿封口，並用噴射混凝土封閉工作面，採用KBY-50/70型注漿泵注漿。

2、系統錨桿施工

系統錨桿採用的中空注漿錨桿，錨桿長4m（徑向）或5m（內側水平），環向間距為1m，採用風鑽鑽孔，鑽孔直徑為Φ40mm。

3、鋼拱架支撐施工

在加工場地放出大樣，採用彎曲機分節加工製作，主要在安設控制（中線、高程、垂直度）質量，施工中主要採用支距、懸距法來控制。

4、鋼筋網施工

主要注意控制加工尺寸和把每塊網片連成整體。

5、臨時支護的施工（臨時側壁支護、臨時仰拱）

臨時側壁支護採用I16型鋼拱架縱向間距與主動一致，網片尺寸15×15，採用Φ22mm砂漿錨桿，Φ50小導管超前支護的一個臨時支護體系。

6、二次襯砌混凝土施工

隧道工程永久性承力結構的一部分，對提高隧道使用壽命和外觀質量具有重要的作用，襯砌分為兩個部分一個是拱部的二次襯砌，一個是下部隧底的仰拱襯砌。

7、洞內、外（防、排）水體系的施工

洞內的防排水體系質量一定要嚴把關，要遵循洞內、外；永、臨防排水相結合，特別是排水半管的安設及泄水孔的位置、深度、角度，通常也是被我們疏忽的一個工序，經過多年的施工經驗隧道的地下水處理是關繫到以後運營安全的一道重要工序之一。

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為確定隧道位置、施工方法和支護、襯砌類型等技術方案，對隧道地處范圍內的地形、地質狀況，以及對地下水的分布和水量等水文情況要進行勘測。

在隧道勘測和開挖過程中，須了解圍岩的類別。圍岩是隧道開挖後對隧道穩定性有影響的周邊岩體。圍岩分類為依次表明周圍岩石的綜合強度。中國在1975年制定的鐵路隧道工程技術規范中將圍岩分為6類。70年代以後在國際上應用較廣並為國際岩石力學學會推薦的為巴頓等各種分級系統。

㈡ 鑽進技術方法

該期勘查雖然處於「文化大革命」時期，但是我國地質找礦事業並沒有受到太大的影響。根據前人提供的有關地質資料和鑽探技術報告，選擇鑽進技術方法：上部第四紀地層及灰岩、粉砂岩等地層採用大口徑合金鑽進，下部6～8級硬岩石主要採用鋼粒鑽進，見表4.2。

表4.2 不同地層採用的鑽進方法

4.3.1 普通合金鑽進

硬質合金鑽進用於1～6級和部分研磨性較弱的7～8級岩石，如：第四紀沖積坡和黃土卵石層，侏羅紀的流紋岩、粉砂岩、泥岩、煤線、砂岩、泥質灰岩等。

4.3.1.1 鑽頭的選擇

合金鑽頭的結構對鑽進效率、使用壽命、操作技術都有一定的影響，因此，如何根據不同的地層選擇不同的合金鑽頭極其重要。鑽頭的結構包括鑽頭的口徑、水槽和水口、出刃、合金型號、數目及排列形式、鑲焊角度等。

（1）空白鑽頭

選用35號或45號鋼的無縫鋼管由車間加工。根據地質情況，為了減少鑽進時岩心堵塞，減少沖洗液循環的阻力和便於卡取岩心，空白鑽頭內壁製作內錐度：Ф110 mm口徑採用3°25′的錐度，Ф130 mm口徑鑽頭採用1°47′的錐度。

（2）水口和水槽

合金鑽頭水口和水槽的作用是滿足保證沖洗液的暢通，充分冷卻鑽頭和沖排岩粉需要。鑽頭水口形狀和大小依鑽進岩層岩性、鑽頭的結構形式、沖洗液種類的不同來考慮和選擇。根據馬坑地層情況，鑽頭水口面積的總和，一般大於鑽頭與岩心之間或者鑽頭與孔壁之間環狀斷面的面積；上部地層岩石較軟，塑性不大，顆粒粗糙，鑽進時岩粒多，則水口相應選擇大些；水口高度為8～15mm，第四紀地層水口高度可增至20mm；水口數目可根據鑽頭合金排列來確定，一般3個、4個或6個不等。水口形式有：三角形、圓弧形、梯形、矩形等。

（3）合金鑽頭的出刃

合金鑽頭的出刃包括底出刃、內出刃和外出刃。

底出刃是鑽進岩石的主要部分。底出刃的變化，可以使孔底產生不同的階梯斷面，能增加破碎岩石的自由面，降低破碎岩石的阻力，延長合金的工作時間，達到提高鑽進效率的目的。

鑽頭的內、外出刃主要是保持鑽頭與岩心、孔壁之間的環狀間隙，使沖洗液通暢。鑽頭的內、外出刃的大小，應根據岩石的性質來決定：馬坑礦區上部松軟地層，溶洞充填、斷層破碎地層，鑽頭的出刃和水口數目應大些；如遇上塑性大、泥包石、遇水膨脹的地層通常造成憋泵現象，應採用肋骨式鑽頭；泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩等中硬地層，研磨性強、裂隙發育較強的地層，鑽頭的出刃應小些。

4.3.1.2 合金鑽進技術參數

硬質合金鑽進技術參數主要包括鑽進壓力、轉速、沖洗液量等。

（1）鑽壓

鑽壓是利用鑽具和鑽桿重量或從地面上加壓，使合金底出刃壓入孔底岩石的力量，它對鑽進效率影響很大。一般來說，泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩等岩石鑽進，採用較大的壓力；鑽進較松軟的岩石，採用較小壓力；研磨性強的岩石，採用大壓力；鑽進灰岩溶洞或裂隙等地層，因合金容易崩刃，壓力應比正常地層降低20%～30%，詳見表4.3。

（2）轉速

轉速是指主動鑽桿每分鍾回轉的次數，也是鑽頭在孔底每分鍾回轉的次數。轉速對鑽進效率影響很大，一般轉速越快，合金切入、破碎岩石的次數也越多，鑽進效率越高。表4.4是根據馬坑礦區實踐總結的不同岩層適用轉速。

表4.3 普通合金鑽進壓力選擇表

表4.4 普通合金鑽進轉速選擇表

（3）沖洗液量（泵量）

沖洗液在合金鑽進中的主要用途是冷卻鑽頭、排除孔底的岩粉和保護孔壁。沖洗液在鑽孔與鑽具間隙中循環，必須具有一定的上升流速，才能保證將孔底岩粉有效地攜帶到地表或取粉管內。一般沖洗液上升流速達到0.25～0.5m/s，即能滿足排除孔底岩粉的效果。

馬坑鐵礦區因地層復雜，一般開孔直徑為大口徑Ф150mm，需要較大沖洗液量以保證沖洗液循環的上升流速。口徑越大、鑽孔越深、岩石密度大、岩粉顆粒粗等，都要相應增加沖洗液量。

沖洗液量對孔壁的穩定性也有很大影響，嚴重時會導致孔壁坍塌。斷層、裂隙發育、溶洞充填、鬆散等地層鑽進時，應注意防止沖洗液對岩心的沖刷破壞，採用較小的沖洗液量。不同岩層所需沖洗液量見表4.5。

表4.5 普通合金鑽進泵量選擇表

馬坑鐵礦上部孔段（地層：風化泥岩、砂質泥岩、粉砂岩等；風化程度較弱的泥岩、砂質泥岩、粉砂岩以及大理岩等；灰岩及輕微硅化灰岩等）採用品字形合金鑽頭（外刃1.5 mm；內刃1.5 mm；底刃：超前刃3 mm；後刃2 mm）鑽進，使用的鑽進技術參數（單管鑽進時）為：壓力4000～8000N，轉速150r/min，泵量80～100L/min（鬆散層適當調小）。

4.3.2 針狀合金鑽進

馬坑鐵礦下部孔段（地層：泥岩、砂質泥岩、粉砂岩、硅化灰岩、透閃石灰岩；部分磁鐵礦）採用針狀合金鑽頭（胎塊尺寸15 mm×20 mm×10 mm；胎塊數量：Ф110 mm 6塊，Ф91 mm 4塊）鑽進，使用的鑽進技術參數為：壓力4000～8000 N（硬岩取上限，軟岩取下限），轉速150～300r/min，泵量80～100L/min。

4.3.3 鋼粒鑽進

鋼粒鑽進與鐵砂鑽進工藝基本相同。馬坑鐵礦中部孔段（地層：泥岩、砂質泥岩、粉砂岩、硅化灰岩等；硅質岩、矽卡岩、輝綠岩、部分磁鐵礦等；局部石英岩化泥岩、砂質泥岩、粉砂岩、砂礫岩等）採用鋼粒鑽頭（單弧形水口，高140～170mm，上寬20mm，下寬1/5～1/4周長）鑽進，使用的鑽進技術參數為：壓力4000～8000 N（硬岩取上限，軟岩取下限），轉速150r/min，泵量35～45L/min，投砂量0.5～1.5kg/回次（易斜地層嚴格控制投砂，取下限）。

鋼粒鑽進在馬坑礦區鑽探中應用，經常因判斷失誤、工藝操作、水量控制、投砂量把握等不當導致孔內事故，造成工作量報廢、鑽孔重打。根據實踐經驗，鋼粒鑽進應注意以下幾個問題：

1）應摸清規律，總結經驗，保證鑽進操作規程及方法相對統一。相同地層投砂量的相對一致，可保持孔壁規整，有利提高鑽孔質量，避免孔內事故。

2）在合金鑽進換鋼粒鑽進或下套管後換徑用鋼粒鑽進時應著重預防夾鑽事故。一般採用少砂量、小水量：砂量0.5～1kg，水量12～18L/min；鑽壓3000～4000N，轉速80～120 r/min。換徑一般採用舊鑽頭，鑽進孔段超過鑽具長度方可採用正常的規程。換徑操作時應根據孔內地層條件增加鑽具穩定性，以防止孔斜。

3）鋼粒鑽進中應時刻注意保持孔內干凈。一般鑽具都帶取粉管，每回次采心後應進行大泵量沖孔，將孔內殘留的岩粉和鋼粒粉沖到取粉管內提離孔內，以保持孔內清潔。

4）上班前、提鑽後，都應認真對機場或孔內的鑽頭、鑽桿、鑽具、鋼粒質量及磨損情況進行全面了解，發現未達規范要求的應及時更換。

5）保持較好的鑽進參數，提高鑽效，減少孔內事故。地層軟硬不均時，鑽進參數應採用低鑽壓、慢轉速、少水量，避免順層跑而造成孔斜。

㈢ 隧道施工工序

一、掘進施工方案：

為防止左右洞在同一斷面同時開挖，對兩隧道之間圍岩產生較大的影響，採用右洞從進口主攻、左洞從出口主攻的方法開挖。 開挖採用鑽爆法施工，採用光面爆破技術開挖。進出口主要各配備1台鑿岩台車鑽眼，1台挖掘機配合1台側卸式裝載機裝碴。6台15T自卸汽車出碴。 Ⅲ類圍岩採用短台階法，台階長度10-15m；Ⅳ類圍岩採用全斷面法施工。

二、初期支護施工方案：

洞口Ⅲ類圍岩（S2）採用超前小導管(注漿)及超前砂漿錨桿（S3）、鋼筋網噴射砼、鋼拱架支護,Ⅳ類圍岩採用組合錨桿、噴射鋼纖維砼支護。 支護施工順序為：超前支護（超前小導管、超前砂漿錨桿） 開挖 初噴 錨桿、鋼筋網、鋼拱架 復噴至設計厚度。超前支護在開挖之前施工,初期支護緊跟開挖施工。 超前砂漿錨桿採用鑽機鑽孔，採用高壓注漿泵注漿，噴射砼採用濕噴機按濕噴工藝施作。施工中應認真落實超前地質預報和監控量測工作，確保隧道施工不出現坍塌事故。

三、隧道襯砌施工方案：

二次襯砌施作時間根據監控量測數據確定，Ⅲ類圍岩地段隧道襯砌適當緊跟初期支護，仰拱和回填應在二次襯砌之前進行；Ⅳ類圍岩二次襯砌可適當滯後，在初期支護基本穩定後施作。 襯砌前按設計要求施工防水層和塑料盲管。防水層和塑料盲管採用自製作業台車施工，防水層採用無釘鋪設工藝，用熱焊焊接固定。 洞內襯砌採用穿行式液壓襯砌台車全斷面施工，隧道進、出口端各配1台台車，考慮隧道處於曲線上的因素，選用長度為9m的台車。

緊急停靠帶的襯砌砼待全隧襯砌完成後，在台車鋼模內加設活動的、帶弧形的3015鋼模板，並用特製的梳型模加固和調整尺寸，行人、行車橫洞及其它預留洞室採用特製台架施工。砼採用S8（C25）防水砼，砼攪拌運輸車運輸（200m以上），輸送泵泵送砼灌注入模，拌合站集中拌制。

拓展資料：

隧道施工，是新奧地利隧道施工方法的簡稱，它是奧地利學者在長期從事隧道施工實踐中，從岩石力學的觀點出發而提出的一種合理的施工方法，是採用噴錨技術、監控量測等並與岩石力學理論構成的一個體系而形成的一種新的工程施工方法。

新奧法：是新奧地利隧道施工方法的簡稱，它是奧地利學者在長期從事隧道施工實踐中，從岩石力學的觀點出發而提出的一種合理的施工方法，是採用噴錨技術、監控量測等並與岩石力學理論構成的一個體系而形成的一種新的工程施工方法。

㈣ 定向鑽施工工藝

1、 水平定向鑽穿越施工工藝：

使用水平定向鑽機進行管線穿越施工，一般分為二個階段：第一階段是按照設計曲線盡可能准確的鑽一個導向孔；第二階段是將導向孔進行擴孔，並將產品管線（一般為PE管道，光纜套管，鋼管）沿著擴大了的導向孔回拖到導向孔中，完成管線穿越工作。

1.1 鑽導向孔:
要根據穿越的地質情況，選擇合適的鑽頭和導向板或地下泥漿馬達，開動泥漿泵對准入土點進行鑽進，鑽頭在鑽機的推力作用下由鑽機驅動旋轉（或使用泥漿馬達帶動鑽頭旋轉）切削地層，不斷前進，每鑽完一根鑽桿要測量一次鑽頭的實際位置，以便及時調整鑽頭的鑽進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求，如此反復，直到鑽頭在預定位置出土，完成整個導向孔的鑽孔作業。見示意圖一：鑽導向孔。

鑽機被安裝在入土點一側，從入土點開始，沿著設計好的線路，鑽一條從入土點到出土點的曲線，作為預擴孔和回拖管線的引導曲線。

1.2 預擴孔和回拖產品管線：

一般情況下，使用小型鑽機時，直經大於200毫米時，就要進行予擴孔，使用大型鑽機時，當產品管線直徑大於Dn350mm時，就需進行預擴孔，預擴孔的直徑和次數，視具體的鑽機型號和地質情況而定。

回拖產品管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然後，開始回拖作業，並由鑽機轉盤帶動鑽桿旋轉後退，進行擴孔回拖，產品管線在回拖過程中是不旋轉的，由於擴好的孔中充滿泥漿，所以產品管線在擴好的孔中是處於懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣即減少了回拖阻力，又保護了管線防腐層，經過鑽機多次預擴孔，最終成孔直徑一般比管子直徑大200mm，所以不會損傷防腐層。見示意圖二：預擴孔和示意圖三：回拖管線。

在鑽導向孔階段，鑽出的孔往往小於回拖管線的直徑，為了使鑽出的孔徑達到回拖管線直徑的1.3～1.5倍，需要用擴孔器從出土點開始向入土點將導向孔擴大至要求的直徑。

地下孔經過預擴孔，達到了回拖要求之後，將鑽桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管線依次連接好，從出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。

2、 水平定向鑽施工的特點：

2.1 定向鑽穿越施工具有不會阻礙交通，不會破壞綠地，植被，不會影響商店，醫院，學校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環境，周邊建築物基礎的破壞和不良影響。

2.2 現代化的穿越設備的穿越精度高，易於調整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，完全可以滿足設計要求埋深，並且可以使管線繞過地下的障礙物。

2.3 城市管網埋深一般達到三米以下，穿越河流時，一般埋深在河床下 9—18米，所以採用水平定向鑽機穿越，對周圍環境沒有影響，不破壞地貌和環境，適應環保的各項要求。

2.4 採用水平定向鑽機穿越施工時，沒有水上、水下作業，不影響江河通航，不損壞江河兩側堤壩及河床結構，施工不受季節限制，具有施工周期短人員少、成功率高施工安全可靠等特點。

2.5 與其它施工方法比較，進出場地速度快，施工場地可以靈活調整，尤其在城市施工時可以充分顯示出其優越性，並且施工佔地少工程造價低， 施工速度快。

2.6 大型河流穿越時，由於管線埋在地層以下 9—18mm，地層內部的氧及其他腐蝕性物質很少，所以起到自然防腐和保溫的功用，可以保證管線運行時間更長。

3、 水平定向鑽機系統簡介：

各種規格的水平定向鑽機都是由鑽機系統、動力系統、控向系統、泥漿系統、鑽具及附助機具組成，它們的結構及功能介紹如下：

3.1 鑽機系統：是穿越設備鑽進作業及回拖作業的主體，它由鑽機主機、轉盤等組成，鑽機主機放置在鑽機架上，用以完成鑽進作業和回拖作業。轉盤裝在鑽機主機前端，連接鑽桿，並通過改變轉盤轉向和輸出轉速及扭矩大小，達到不同作業狀態的要求。

3.2 動力系統：由液壓動力源和發電機組成動力源是為鑽機系統提供高壓液壓油作為鑽機的動力，發電機為配套的電氣設備及施工現場照明提供電力。

3.3 控向系統：控向系統是通過計算機監測和控制鑽頭在地下的具體位置和其它參數，引導鑽頭正確鑽進的方向性工具，由於有該系統的控制，鑽頭才能按設計曲線鑽進，現經常採用的有手提無線式和有線式兩種形式的控向系統。

3.4 泥漿系統：泥漿系統由泥漿混合攪拌罐和泥漿泵及泥漿管路組成，為鑽機系統提供適合鑽進工況的泥漿。

3.5 鑽具及輔助機具：是鑽機鑽進中鑽孔和擴孔時所使用的各種機具。鑽具主要有適合各種地質的鑽桿，鑽頭、泥漿馬達、擴孔器，切割刀等機具。輔助機具包括卡環、旋轉活接頭和各種管徑的拖拉頭。

穿越施工現場布置圖

1． 入土點是定向鑽施工的主要場所，鑽機就布置在該側，所以施工佔地比較大，DD330鑽機的最小佔地為30×30M，當然也可以根據現場的實際情況作相應調整，DD60、DD-5的佔地相應要小得多。

2．出土點一側主要作為管道焊接場地，在出土點應有一塊20×20M的場地作為預擴孔、回拖時接鑽桿和安裝其他設備時使用；在出土點之後有一條長度與穿越長度相等的管線焊接作業帶。

穿越實例

大沽沙穿越鑽機場地布置

1998年9月到10月之間，在天津塘沽大沽沙海河，我公司僅用45天時間完成了兩條Φ219×8，一條Φ426×9，長度為960米的管道穿越。

大沽沙穿越焊接場地（只顯示了兩條管道）

水平定向鑽穿越施工工藝流程圖

使用水平定向鑽技術穿越河流和其它障礙物的施工方法在世界范圍內得到了廣泛的運用。水平定向鑽穿越承包商協會認為：在工程項目招投標過程中，水平定向鑽承包商應設法獲取盡可能多的相關信息以提出完整並具競爭力的報價，承包商在開工前應該獲得以下信息，以保證日後的工作可以順利進行，並在此條件下完成工程項目的施工，同時足夠的施工前的各類信息還可以保證施工過程更安全，減少對周圍環境的破壞，使工程進行的更順利。

一、概 述

A、發展與使用

水平定向鑽技術最早出現在70年代，是傳統的公路打孔和油田定向鑽井技術的結合，這已成為目前廣受歡迎的施工方法，可用於輸送石油、天然氣、石化產品、水、污水等物質和電力、光纜各類管道的施工。不僅應用於河流和水道的穿越，同時還廣泛應用於高速公路、鐵路、機場、海岸、島嶼以及密布建築物、管道密集區等。

B、技術限制

定向鑽施工技術首先應用於美國海岸地區的沖積層穿越，現在已經能夠開始在粗沙、卵石、冰磧和岩石地區等復雜地質條件下進行穿越施工。最長的穿越施工已達6000英尺、管道直徑為18英寸。

C、優勢

事實證明：水平定向鑽穿越是對環境影響最小的施工方法。這項技術同時還可以為管道提供最的保護層，並相應減少了維護費用，同時不會影響河流運輸並縮短施工期，證明是目前效率最高，成本最低的穿越施工方法。

D、施工過程和技術

1、導向孔：導向孔是在水平方向按預定角度並沿預定截面鑽進的孔，包括一段直斜線和一段大半徑弧線。在鑽導向孔的同時，承包商也許會選擇並使用更大口徑的鑽桿（即沖洗管）來屏蔽導向鑽桿。沖洗管可以起到類似導管的作用，還可以方便導向鑽桿的抽回和更換鑽頭等工作。導向孔的方向控制由位於鑽頭後端的鑽桿內的控制器（稱為彎外殼）完成。鑽進過程中鑽桿是不做旋轉的，需要變換方向時若將彎外殼向右定位，鑽進路線即向右沿平滑曲線前進。鑽孔曲線由放置在鑽頭後端鑽桿內的電子測向儀進行測量並將測量結果傳導到地面的接收儀，這些數據經過處理和計算後，以數字的形式顯示在顯示屏上，該電子裝置主要用來監測鑽桿與地球磁場的關系和傾角（鑽頭在地下的三維坐標），將測量到的數據與設計的數據進行對比，以便確定鑽頭的實際位置與設計位置的偏差，並將偏差值控制在允許的范圍之內，如此循環直到鑽頭按照預定的導向孔曲線在預定位置出土。

2、預擴孔： 導向孔完成後，要將該鑽孔進行擴大到合適的直徑以方便安裝成品管道，此過程稱為預擴孔，（依最終成孔尺寸決定擴孔次數）。例如，如需安裝36英寸管線，鑽孔必須擴大到48英寸或更大。通常，在鑽機對岸將擴孔器連接到鑽桿上，然後由鑽機旋轉回拖入導向孔，將導向孔擴大，同時要將大量的泥漿泵入鑽孔，以保證鑽孔的完整性和不塌方，並將切削下的岩屑帶回到地面。

3、回拖管道：預擴孔完成以後，成品管道即可拖入鑽孔。管道預制應在鑽機對面的一側完成。擴孔器一端接上鑽桿另一端通過旋轉接頭接到成品管道上。旋轉接頭可以避免成品管道跟著擴孔器旋轉，以保證將其順利拖入鑽孔。回拖由鑽機完成，這一過程同樣需要大量泥漿配合，回拖過程要連續進行直到擴孔器和成品管道自鑽機一側破土而出。

二、現場布局和設計

A、道 路

施工現場兩側都需要重型設備，為縮減成本，通往兩側施工現場的道路應盡可能利用現有道路以減少新修道路距離，或利用管道線路的施工便道，所有相關道路使用權的協議都應由業主提供，在投標階段再來討論這些問題為時已晚。

B、工作場地

1、鑽機一側——鑽機施工場地至少需要30M（100FT）寬，長45M（150FT）的面積。該面積從入土點算起，入土點應位於規定的區域內至少3M（10FT）處，同時由於許多鑽機配套的設備或配件沒有規定的存放地點，所以鑽機一側施工現場可由許多不規則的小塊組成，以便節省佔地面積，現場盡量要平整，堅硬，清潔，以便有利於進行施工。由於穿越施工時需要大量的淡水供攪拌泥漿用，所以施工現場要盡量靠近水源或便於連接自來水管道的地方。

2、管道一側----為便於預製成品管道，管道一側要有足夠長度的施工現場，這也是要重點考慮的事情。現場寬度應滿足管道施工的需要（一般為12----18米）。同樣在出土點一側也需要30米（100FT）寬乘以45米（150FT）長的施工現場。總長度以能夠擺放下所預制的管道為准，（場地的總長度一般為穿越管道長度再加上30米，）在回拖前，要將管道預制完成，包括焊接，通球，試壓防腐等工序，在回拖過程中，不能再進行管道的連接工作，因為回拖過程是要連續進行的，若此時進行管道連接將可能造成地下孔洞的塌方，極可能造成整個工程施工的失敗。

C、施工現場勘察

一旦施工地點確定，應對相應區域進行勘測並繪制詳細准確的地質地貌圖紙。最終施工的精度取決於這一勘測結果的精度。

D、施工設計參數

1、覆蓋層厚度----考慮的因素包括所穿越河流的流量特徵，季節性洪水沖刷深度，未來河道的加寬和加深，現有管道和電纜的位置等因素。一旦確定了施工地點並完成地質調查，穿越層的厚度也就確定了，一般來說，覆蓋層應至少是6米（20FT）厚。以上僅是針對河流穿越而言的，對於其它障礙物的穿越會有另外的要求。

2、鑽進角和曲率半徑----在大多數穿越施工中，入土角通常選擇在8--12度之間，多數施工應首先鑽一段斜直線，然後再鑽一段大半徑曲線。此曲線的曲率半徑由成品管線的彎曲特性決定，隨直徑增大而增大，鋼管道曲率半徑的拇指法則是100FT/IN（一般取管道直徑的1000—1200倍）。斜直線將導向孔曲線按照預定的走向引導到設計的深度，然後是一段在此深度上的長長的水平直線，然後到達向上的彎曲點再到出土點。出土角應控制在5-12度之間，以便於成品管道的回拖。

E、鑽孔施工

所有的測向控向工具都包括地下測量電子設備和地面接收設備，可以測得鑽頭所在位置的磁方位角（用於左/右控制）和傾斜角（上/下控制）以及鑽頭的鑽進方向。

1、精度：穿越施工精度很大程度上取決於磁場的變化。例如，大型鋼結構（橋梁，樁基，其它管道）和電力線路會影響磁場讀數。而穿越出土點的導向孔目標偏差值應控制在左右3米（10FT），長度——3米～10米（-10～30FT）的范圍內。

2、完工圖紙：一般來說，導向孔的測量和控制應在鑽導向孔時每鑽進一根鑽桿或隔9米（30FT）測量計算一次。以上測量計算完成的導向孔施工圖紙承包商應向業主提供。也有採用替代方法如陀螺儀，穿地雷達和智能清管球用來做定位工作。

三、地質調查

A、探孔數量

探孔數量取決於計劃穿越地點的地層情況及穿越長度。如果穿越長度為300米（1000FT），在兩側的穿越工地各鑽一個鑽孔就足夠了，如果鑽孔結果表明該地區地質狀況比較單一，就不必進行進一步的鑽探取樣。如果勘探報告表明該地區地質條件比較復雜，或者發現有岩石或有粗沙層存在，這時就需要做進一步的詳細的地質調查。長距離大口徑穿越施工時，如出現粗砂，卵石，風化岩或硬岩應每隔180米----240米（600--800FT）取樣一次，若有明顯跡象表明地質結構異常復雜，這時就需要打更多的地質探孔進行更多的采樣工作。所有采樣探孔都應沿穿越斷面方向，采樣深度以計劃的穿越深度為准。如有可能，取樣探孔最好選在穿越中線一側約8米（25FT）處。勘探任務完成後，探孔必須封好以防止在施工過程中的泥漿泄漏。

B、探孔深度

所有的探孔深度都應至少達到穿越點以下12米（40FT）或預定的穿越深度以下6米（20FT），兩者之中取其大者。有時將穿越深度定的深一些或實際穿越曲線比設計的位置深一些，無論對承包商還是對業主來說都是很有益的，關鍵是穿越位置要選在地層結構一致的利於成孔的地層中進行，這樣才利於穿越的成功。

C、土壤的標准分類

一名合格的地質技師或地質學者，應能依據統一土壤分類系統或ASTM設計書D-2487和D2488對材料進行分類。能夠擁有一份由現場技師或鑽探公司提供的現場鑽探記錄，對以後的施工將是非常有益的，此記錄會包括對材料的目測分類以及由鑽探公司根據取樣結果對地層結構所做的解釋和評價。

D、標准穿刺測試

SPT為了更好地確定顆粒材料的密度，地質工程師通常會依據ASTM規范D1586做標准穿刺測試SPT。這是一種現場測試方法，利用標准重量的重錘將勺形取樣器打入土層中的一定深度，記錄下進入到12寸深時的擊打次數。所獲數據即為標准穿刺阻力值並可用於估算試驗地點非聚合土壤的相對密度。也有些鑽探公司會選擇在結合性土壤或岩石地區進行小范圍的這項試驗，以此來確認密實土壤的一致性及岩石的硬度。

E、取芯取樣法

多數地質勘探公司更喜歡使用取芯取樣器來獲取地下岩心的樣本，這些測試一般根據ASTM規范D-1587進行。除取樣器為液壓驅動的有鋒利切割刃的薄壁無逢鋼筒外，此類測試類似上述標准穿刺測試。需要的液壓數值可在現場記錄中找到，這種方法可取到相對完整的樣本以便對其進行更詳細的試驗室分析。樣本可在現場利用手持式穿刺儀分析，對於定向穿越來說，通常使用上述切割式勺狀取樣器即可滿足施工需要。

F、顆粒度分析

將樣品進行顆粒度篩網分析，是對於用切割式勺狀取樣器在施工現場取得的顆粒狀物質所進行的一種機械試驗，這些樣品被送到試驗室，在通過一系列的篩網後，根據其顆粒的大小和重量得出不同粒徑的百分比，這是最重要的試驗之一。

G、岩石情況

如果在土壤勘測中發現岩層的存在，必須確定岩層類型，相對硬度和非限定性壓縮強度，要由專業勘探公司利用金剛石鑽頭取芯桶進行取樣，典型的岩心樣本直徑為50毫米（2英寸）。岩石類型由地質專家根據岩心與總取心長度關系對岩石進行質量分類，岩石硬度依據岩石與以知硬度的十種材料相比較得知，壓縮強度通過精確測量岩心然後進行壓縮實驗取得。這些數據屬於岩石的物理參數，以便於確定採用什麼類型的穿越設備和鑽頭，並且穿越進尺也可以估計到。

穿越公司網上可以搜。我現在在做一個大項目，有很多穿越，不知道你具體是做什麼的，有興趣的話，大家互相討論學習。

㈤ 跨海大橋是如何建設的，海水那麼深如何把地基打下去

我想樓主是驚嘆這樣的工程是怎麼建設的吧.其實,這種海中或者長江黃河的大橋,最關鍵的是橋墩以下的樁基礎,說到這里還有個概念需要澄清.我們平時看到的橋墩和樁之間還有個承台(也有單樁單柱的),樁和承台共同組成基礎,而樁底所在的土層為持力層,稱地基.
有的地方打樁是要提前圍堰築島,在水中形成一個小島和周圍的水隔離開,一般使用於水深度不是很深的地方,樁頂可以做到圍堰的頂部,而在水深比較深且水流速比較大,或者動水位的地方,可以搭設平台,然後在樁位上用振動錘打入鋼護筒(注意,護筒在樁施工中是必不可少的,不管是在陸地上還是在水裡),鋼護筒的頂面和平台的頂面基本齊平,然後將鑽機吊上平台進行鑽孔施工.
而鑽孔施工完後,進行下設鋼筋籠工序,然後下設導管進行水下灌注混凝土,不象上面說的排水,當然這裡面還有很多細節,比如清孔 焊接鋼筋籠,初灌等.
待樁身混凝土凝固(一般要三天後,基本達到了設計強度的50%了),破樁頭，進行柱子的施工,這個時候如果地下水水頭高度高於樁頂標高的話要進行降水施工,這個時候施工柱子才需要鋼模板.特別高的墩柱可以採用滑模施工,上面繼續施工,下面的可以拆模回填了，這個時候水上來也沒有事了.
到目前,在海中 黃河長江上做的樁,直徑可以達到2.5米以上,深度達到110米深,樁進入中風化岩石(例如硬質岩石有凝灰熔岩 石灰岩 花崗岩 玄武岩 軟質岩石有頁岩 砂岩 泥岩等等)可達幾米,這樣計算的話,一根樁的混凝土方量可以達到四 五百方.

㈥ 岩溶區樁基礎施工技術

2.9.1桂林岩溶區常用的樁基礎

由於地基中存在溶洞土洞以及塌陷，石灰岩地基表面以上普遍存在一層軟流塑狀態的軟土，當經過地基持力層強度驗算，軟弱下卧層強度驗算，地基變形驗算，或者地基穩定性評價，至少有一項不滿足要求時，且地基處理或許成本較高時，此時，樁基礎便是最佳的選擇。在桂林岩溶地區，主要採用灌注樁基礎，灌注樁是在現場的設計樁位上直接採用機械或人工成孔，根據採用的成孔方法和手段不同，又分別稱為鑽（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁、人工挖孔灌注樁等，其他樁型在桂林岩溶區較少使用。

2.9.2桂林岩溶區沉管灌注樁施工工藝

沉管灌注樁是指利用錘擊打樁法或振動打樁法，將帶有活瓣式樁靴或預制鋼筋砼樁尖的鋼管沉入土中，然後邊澆築砼，邊錘擊或振動拔管。

桂林岩溶地區的沉管灌注樁，絕大多數是灕江一級階地的卵石層以及二級階地的含卵石粘土（混合土）作為樁端持力層，也有部分選用石灰岩作為樁端持力層。該基礎類型的優點是樁徑、樁長可以隨地質條件的變化，作適當調整，而且這類樁基施工進度較快，工期相對較短，單位造價較低。當選用石灰岩作為樁端持力層時，有如下缺點：①在基岩面起伏變化大的地段，易產生斜樁甚至滑樁；②當樁尖置於鷹嘴岩、石芽等不完整岩體時，無法保證其承載力；③若基岩上部有卵石分布時，基樁的施工較為困難。

2.9.2.1施工准備

2.9.2.1.1材料

主要包括水泥、砂、石、鋼筋等。

（1）水泥：採用硅酸鹽水泥，水泥進場時應有出廠合格證明書。施工單位應根據進場水泥品種、批號進行抽樣檢驗，合格後才能使用；

（2）中粗砂：採用級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈的河砂，其含泥量不大於3％;

（3）石子：採用堅硬的碎石或卵石，最大粒徑不宜大於40 mm，且不宜大於鋼筋最小凈間距的1/3，含泥量不大於2％;

（4）鋼筋：鋼筋進場時應有出廠質量合格證明書，應檢查其品種規格是否符合要求及有無損傷、銹蝕、油污，並應按規定抽樣，進行抗壓、抗彎、焊接試驗，經試驗合格後方能使用（進口鋼筋要進行化學成分檢驗和焊接試驗，符合有關規定後方可用於工程）。鋼筋籠的直徑除應符合設計要求外，還應比套管內徑小60～80 mm;

（5）樁尖：一般採用鋼筋砼樁尖，其配筋構造和數量必須符合設計或施工規范的要求。

2.9.2.1.2作業條件

（1）施工前應作場地查勘工作，如有架空電線、地下電線、給排水管道等設施，妨礙施工或對安全操作有影響的，應先作清除、移位或妥善處理後方能開工；

（2）施工前應做好場地平整工作。雨季施工時，要採取有效的排水措施；

（3）應具備施工區域內的工程地質資料、經會審確定的施工圖紙、施工組織設計（或方案）、各種原材料及預制樁尖等的出廠合格證及其抽檢試驗報告、砼配合比設計報告及其有關資料；

（4）樁機性能必須滿足成樁的設計的要求；

（5）最好能夠會同設計單位選定1～2根樁進行打樁工藝試驗（即試樁）以核對場地地質情況及樁基設備、施工工藝等是否符合設計圖紙要求。

2.9.2.2操作工藝

（1）錘擊沉管灌注樁的施工方法一般為「單打法」，但根據設計要求或土質情況等也可採用「復打法」；

（2）錘擊沉管灌注樁宜按流水順序，依次向後退打。對群樁基礎及中心距小於3.5倍樁徑的樁，應採用不影響鄰樁質量的技術措施；

（3）樁機就位時，樁管在垂直狀態下應對准並垂直套入已定位預埋的樁尖，樁架底座應呈水平狀態及穩固定位，樁架垂直度允許偏差不大於0.5％;

（4）樁尖埋設後應重新復核樁位軸線。樁尖頂面應清掃干凈，樁管與樁尖肩部的接觸處應加墊草繩或麻袋；

（5）注意檢查並保證樁管垂直度無偏斜後才正式施打。施打開始時一般先低錘慢擊，施打過程若發現樁管有偏斜時，應採取措施糾正。如偏斜過大無法糾正時，應及時會同施工負責人及技術、設計部門研究解決；

（6）沉管深度應以設計要求及經試樁確定的樁端持力層和最後三陣，每陣十錘的貫入度來控制，並以樁管入土深度作參考。在桂林岩溶地區，以卵石作為樁端持力層時，一般最後三陣每陣十錘的貫入度不大於20 mm，且每陣十錘貫入度值不應遞增；

（7）拔管時採用倒打拔管的方法，用自由落錘小落距輕擊不少於40次/m in，拔管速度應均勻，對一般土層以不大於1 m/min為宜；

（8）按設計要求進行局部復打或全復打施工，必須在第一次灌注的樁身砼初凝之前進行。

2.9.2.3施工注意事項

2.9.2.3.1避免工程質量通病

（1）為防止出現縮頸、斷樁、砼拒落、鋼筋下沉、樁身夾泥等現象，應詳細研究工程地質報告，制訂切實有效的技術措施；

（2）灌注砼時，要准確測定一根樁的砼總灌入量是否能滿足設計計算的灌入量，在拔管過程中，應嚴格控制拔管速度，發現縮頸及時採取措施處理；

（3）如採用跳打法施工，跳打時必須等相鄰成形的樁達到設計強度的60％以上方可進行；

（4）拔管時盡量避免翻插，以防止孔壁周圍的泥擠進樁身，造成樁身夾泥。

2.9.2.3.2主要安全技術措施

（1）在施工方案中，認真制訂切實可行的安全技術措施；

（2）清除妨礙施工的高空和地下障礙物，平整打樁范圍內的場地和壓實打樁機行走的道路；

（3）對臨近原有建（構）築物，以及地下管線要認真查清情況，並研究採取有效的安全措施，以免震壞原有建築物而發生傷亡事故；

（4）打樁過程中，遇有施工地面隆起或下沉時，應隨時將樁機墊平，樁架要調直；

（5）打樁時，嚴禁用手去撥正樁頭墊料，同時嚴禁樁錘未打到樁頂即起錘或剎車，以免損壞打樁設備；

（6）嚴格執行《施工現場臨時用電安全技術規范》（JGJ 46—2005）的有關規定。

2.9.3桂林岩溶區鑽（沖）孔嵌岩灌注樁施工

桂林岩溶區鑽（沖）孔嵌岩灌注樁，選用石灰岩作為樁端持力層。鑽（沖）孔嵌岩灌注樁不但能穿越局部密實卵石層，而且能穿越石灰岩石芽、厚度較小的溶洞頂板而到達有足夠持力層厚度的完整段的石灰岩；也解決了其他樁型因基岩面起伏而出現的滑樁、斜樁問題，能夠保證較高的承載力。該類樁基的單樁承載力高，可以一柱一樁，安全可靠，樁長樁徑設計靈活性大。施工噪音相對較小，但缺點是單位造價高，單樁施工時間較長，施工時泥漿、污水易對周圍環境造成不良影響。

2.9.3.1施工前准備工作

（1）場地平整，清除雜物，回填土夯打密實；

（2）挖泥漿池、沉澱池、儲水池，准備合格粘土；

（3）水、電源接通；

（4）平直機架，保證鑽孔過程中不能移位和不均勻沉陷；

（5）符合指標要求的泥漿，一般採用粘性土。

2.9.3.2鑽孔

（1）鑽具聯結要鉛直，初期鑽進速度不要太快，適當控制進尺，使初期成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌，鑽進速度和泥漿排量相適應。

（2）鑽進過程中，經常檢查泥漿指標變化情況，並注意調整鑽孔內泥漿高度。一般選用膨潤土、CMC、PHP、純鹼等配製優質泥漿。根據地層情況及時調整泥漿性能，泥漿性能指標參考如下：

泥漿相對密度：1.1～1.15；

黏度：一般地層16～22 s，鬆散易坍地層19～28 s；

含砂率：新制泥漿不大於4％；

膠體率：不小於95％;

pH值：7～9。

（3）鑽進過程中及時濾渣，同時經常注意地層的變化，在地層的變化處均應撈取渣樣，判斷地層的類型，記入記錄表中，並與設計提供的地質剖面圖相對照，鑽渣樣應編號保存，以便分析備查。

（4）經常檢查機具動轉是否正常，發現異常應立即報告，需加潤滑油部分每班必須檢查一次。

（5）終孔後按規范規定進行清孔，樁底沉渣一般不超過10 cm。

2.9.3.3鋼筋籠製作與安放

（1）鋼筋進場必須具有合格證，每批材料、每種規格均需抽樣檢查合格後方可使用；（2）鋼筋綁扎過程中應嚴格遵守規范；

（3）鋼筋吊裝中要防止變形，鋼筋籠入孔後應牢固定位，提升導管時必須防止鋼筋籠拔起；

（4）適當焊接加固鋼箍和吊掛筋，保證鋼筋籠安裝過程不變形。

2.9.3.4砼灌注

（1）灌注混凝土前，在孔口安放護孔漏斗，然後放置鋼筋籠，並再次測量孔內虛土厚度。擴底樁灌注混凝土時，第一次應灌到擴底部位的頂面，隨即振搗密實；澆注樁頂以下5 m 范圍內混凝土時，應隨澆注隨振動，每次澆注高度不得大於1.5 m;

（2）施工中應保持場地清潔衛生，泥漿不得到處外溢，沉渣應及時清除；

（3）當施工完成後，應鑿除樁頭預加高度的砼。

2.9.3.5鑽（沖）孔嵌岩灌注樁基礎施工注意事項：

（1）施工中必須保證樁端全斷面嵌入完整基岩中，最小嵌岩深度必須≥0.5 m，且須保證樁端下有足夠厚度的完整石灰岩；

（2）施工過程中在局部軟弱土段、鬆散卵石段、易產生縮徑、塌孔現象，在岩面陡峭、石芽等岩溶發育地段會產生斜孔、卡孔等現象，採用泥漿護壁時，會出現漏漿問題，這時必須採取有效措施加以防治；

（3）澆注混凝土前必須做好沉渣清理工作，沉渣厚度必須≤50 mm。當有地下水時，澆注時須採用水下澆注混凝土工藝施工；

（4）單樁承載力需經過靜載或高應變動測法確定。

2.9.4桂林岩溶區人工挖孔灌注樁施工

人工挖孔樁，是利用人工挖孔、在孔內放置鋼筋籠、灌注混凝土的一種樁型。常見的施工方法就是由人工向下挖掘土（岩）成圓孔，且每挖1 m 左右支模澆注一圈混凝土護壁，如此不斷下挖，一直到設計要求的深度，然後在孔內安放鋼筋籠，灌注樁身混凝土。人工挖孔樁主要適用於岩溶發育不強烈、上覆土層不厚及基岩可作為穩定樁端持力層的地質情況；對於持力層深度大、地下水豐富（如灕江一級階地的砂、卵石地層）、有軟土存在或岩溶強烈發育的地方，如果強行開挖，往往因護壁困難或涌水量驟增造成施工困難甚至無法施工，且強排地下水將對周圍環境造成不良影響，此時應慎重使用或不使用。桂林岩溶區的人工挖孔樁的孔徑（不含護壁）一般大於1.0 m，小於2.5 m；孔深一般不超過20 m。

2.9.4.1施工准備

（1）熟悉施工圖紙及場地的水文地質資料，編制切實可行的施工方案；

（2）全面開挖之前，有選擇地先挖兩個試驗樁孔，分析土質、水文等有關情況，以此修改原編施工方案；

（3）開挖前場地應完成三通一平各項臨時設施，如照明、動力、安全設施准備就緒；

（4）按基礎平面圖，設置樁位軸線、定位點；

（5）人工挖孔灌注樁施工用的機具准備：如混凝土攪拌機、卷揚機、吊桶、護壁模板、揚程水泵、通風及供氧設備、鎬、鍬、土筐、防水照明燈（低壓36V、100W）、安全帽、安全帶等。

2.9.4.2施工工藝

工藝流程：測量控制→鎖孔口→檢查樁位（中心）軸線→安裝施工機具→逐層往下循環作業→檢查驗收→吊放鋼筋籠→澆注樁身混凝土。

2.9.4.2.1測量控制

樁位軸線採取在地面設十字控制網、基準點。

2.9.4.2.2鎖孔口

（1）開挖第一節樁孔土方：開挖樁孔應從上到下逐層進行，先挖中間部分的土方，然後擴及周邊，有效地控制開挖孔的截面尺寸；

（2）澆築第一節護壁混凝土：樁孔挖完一節後立即澆築護壁混凝土，人工澆築搗實。

2.9.4.2.3檢查樁位（中心）軸線

每節樁孔護壁做好後，必須將樁位十字軸線和標高設在護壁的上口，然後用十字線對中，吊線墜向井底投設，以半徑尺桿檢查孔壁的垂直平整度，隨之進行修整。井深必須以基準點為依據，逐根引測，保證樁孔軸線位置、標高、截面尺寸滿足設計要求。

2.9.4.2.4安裝施工機具

（1）架設垂直運輸架：要求搭設穩定、牢固；

（2）在垂直運輸架上安裝電動葫蘆或卷揚機；

（3）安裝吊桶、活動蓋板、照明、水泵和通風機等。

2.9.4.2.5逐層往下循環作業

將樁孔挖至設計深度，清除虛土或虛渣，樁底應支承在設計所規定的持力層上。

2.9.4.2.6檢查驗收

成孔以後必須對樁身直徑、孔底標高、樁位中線、井壁垂直、虛土厚度進行全面測定，做好施工記錄。

2.9.4.2.7吊放鋼筋籠

吊放鋼筋籠時，要對准孔位，直吊扶穩，緩慢下沉，避免碰撞孔壁。鋼筋籠放到設計位置時，應立即固定。

2.9.4.2.8澆注樁身混凝土

按規范規定向樁孔內澆注混凝土。

2.9.4.3樁孔質量要求保證

（1）對樁的垂直度和孔徑，每段檢查，發現偏差，隨時糾正，保證位置正確；

（2）樁底持力層應滿足設計承載力要求；

（3）澆築混凝土後的樁頂標高及浮漿的處理，必須符合設計要求和施工規范的規定。

2.9.4.4挖孔安全保證經驗措施

（1）挖孔時井外作業人員作為該孔安全員，時刻監控井周與井下人員安全；

（2）認真研究鑽探資料，分析地質情況，對可能出現流砂、管涌、涌水以及有害氣體等情況制定針對性的安全措施；

（3）挖出的土方必須及時運走，井孔口周邊1 m 范圍內，禁止堆放土石方，且堆土高度不應大於0.8 m，未澆注的樁3 m 范圍內嚴禁過重車；

（4）挖孔作業人員、監護人員，必須戴安全帽，嚴禁穿拖鞋、赤腳、酒後上崗作業；

（5）井內人員必須乘專用吊籠上下，不乘坐吊桶或腳踩護壁上下井孔。井孔內必須設置應急時使用的安全繩和軟爬梯；

（6）當孔深較大時，應向孔下通風，加強空氣對流，必要時輸送氧氣，防止有毒氣體危害。操作時上下人員輪換作業，樁孔上人員密切注意觀察樁孔下人員情況，預防安全事故發生；

（7）當地下水量不大時，隨挖隨將泥水用吊桶運出，地下滲水量較大時，吊桶滿足不了排水，先在樁孔底挖集水坑，用高揚程水泵抽水。作業人員必須離開井孔，嚴禁人機同坑作業。要隨時觀察井壁變化；

（8）嚴格按照有關規定安裝現場電源線路及電氣設備，由持證電工負責安裝維護，經驗收合格後，方准投入使用；施工現場的一切電源、電路的安裝和拆除必須遵守現行行業標准《施工現場臨時用電安全技術規范》（JGJ 46—2005）的規定。

（9）當相鄰孔樁在澆灌樁心砼時，原則上要停止掘進，以防豎井在較大側壓力下土體失去穩定而坍塌；

（10）樁孔必須每挖一定深度進行護壁，嚴禁只挖不護壁；大雨天氣，不得進入孔下作業。

2.9.5人工挖孔灌注樁的孔壁穩定性^[35]

人工挖孔灌注樁是在設計樁位採用人工挖掘方法成孔，然後安放鋼筋籠，灌注混凝土而成樁的一種樁基礎。它具有許多優點：可直接觀察地層情況，孔底易清除干凈，設備簡單，雜訊小，場區各樁可同時施工，樁徑大，另外還較經濟。因此，在場地條件許可的情況下（如地下水量不大），很受歡迎。但它在沒有混凝土護壁的情況下，很容易塌孔，而對施工安全造成隱患。目前，有些生產單位及設計者出於工程經濟考慮，在不採用混凝土護壁筒的情況下，挖孔施工能順利進行，但有時也會出現挖孔孔壁垮塌而無法施工，甚至出現不安全的情況，因此，不採用護壁挖孔施工應當慎重。當前許多設計及施工人員還只是憑經驗確定挖孔樁的孔壁穩定，並無確切的理論依據。本文試圖利用彈性理論，研究和探討人工挖孔灌注樁孔壁穩定性（無護壁情況下）的定量計算分析方法。

2.9.5.1挖孔樁孔壁周圍土體的應力狀態

地基在人工開挖前，在地面以下h處所受的應力狀態為：豎直壓力為γh，水平壓力為K₀ ·γh（K₀ 為土的靜止側壓力系數，γ為土的重度）。設地基土層是均質各向同性的彈性體，在地面以下深度為h處同一水平面上各點的應力狀態相同。地基在人工開挖以後，根據彈性理論，挖孔樁周圍土體的應力狀態發生改變，將會產生應力集中現象。

圖2.8 人工挖孔樁周圍土體的應力Fig.2.8 Stress in the periphery soil of hand—excavated hole piles

現取地基下深度為h的地基水平面，來分析挖孔樁孔壁周圍土體的應力狀態，設人工挖孔灌注樁的半徑為a，在挖孔的很遠處地基所受的水平應力為K ₀ ·γh。為此，可把挖孔樁周圍土體應力分布問題，視作一個雙向受壓無限板孔的應力分布問題（圖2.8），採用極坐標來求解土洞周圍土體應力。此問題在彈性理論中得到的平面問題解答，其求解應力的公式為：

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

式中：σ_r——挖孔周圍土體中的徑向應力；

σ_θ——挖孔周圍土體中的切向應力；

τ_rθ——挖孔周圍土體中的剪切應力；

p——作用在土體上的水平應力；p=K₀ ·γh

θ——與水平軸的夾角。

在挖孔樁孔壁周圍土體產生的應力，即在r=a處，根據式（2.27），可得：

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

由式（2.28）可知，在孔壁周邊處，切向應力σ_θ最大，徑向應力σ_r=0，剪應力τ_rθ＝0。σ_θ、σ_r為大、小主應力。

2.9.5.2挖孔樁孔壁周圍土體穩定性判別

地基土層中的一點是否破壞，可利用莫爾—庫倫極限平衡准則進行判別。根據極限應力圓與抗剪強度包線相切的幾何關系（圖2.9），可建立以σ₁、σ₃ 表示的土中一點的剪切破壞條件，即土的極限平衡條件。

圖2.9 土的極限平衡條件Fig.2.9 The limit equilibrium condition of soil

由圖2.9中的幾何關系得：

R O = c × cotφ

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

化簡式（2.29），可得極限平衡條件為：

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

或

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

在土洞周邊處，由於τ_rθ＝0，所以σ_θ、σ_r為大、小主應力，σ₁＝σ_θ，σ₃＝σ_r=0，得到土的極限平衡條件式如下：

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

由式（2.28）可知，σ_θ、σ_r分別為孔壁周邊土體中的大、小主應力，將σ_θ＝2K₀ · γh，σ_r=0代入式（2.32）進行穩定性判別。

若要判別孔壁以外（r>a）處任一點是否破壞，可按式（2.27）求出該點處的應力σ_r，σ_θ，τ_rθ（此時σ_r，τ_rθ不為0），然後將求得的σ_r，σ_θ，τ_rθ代入式（2.30）或式（2.31），可得到該點處的大、小主應力σ₁、σ₃:

桂林岩溶區岩土工程理論與實踐

最後，將所求得的大、小主應力σ₁、σ₃ 用莫爾—庫倫准則即式（2.32），進行判別是否破壞。

2.9.5.3應用舉例

某樁基擬採用Φ1200 mm的人工挖孔灌注樁基礎，場地內無地下水，以微風化石灰岩為樁端持力層。石灰岩面埋深10.6 m。擬不採用混凝土護壁，地層情況見圖2.10。

圖2.10 地基土層示意圖Fig.2.10 Diagram for foundation soil

為了判別在不採用混凝土護壁的情況下，施工是否可行，首先，可根據式（2.28）計算出挖孔在不同深度處孔壁土體的應力σ_r、σ_θ、τ_rθ（其中σ_r=0，τ_rθ＝0），然後用式（2.30）計算其達到極限平衡時所需的大主應力σ₁值，最後用式（2.32）進行安全穩定性判別：計算及判別結果見表2.21。

由表2.21的計算結果可知，該人工挖孔樁在6.3～7.8 m 及8.8～10.6 m范圍段內的孔壁土體將產生破壞坍塌，需採取有關措施（如混凝土護壁）。

2.9.5.4結論

人工挖孔灌注樁以其優點多而深受歡迎，但在無護壁情況下，其孔壁穩定性是施工成敗的關鍵。對其穩定性的評價，可利用彈性理論在文中推導的有關公式，先計算任一深度孔壁土體的應力狀態，再根據莫爾—庫倫極限平衡條件進行孔壁土體穩定性計算判別，如孔壁土體有不穩定的情形，可採取有關措施（混凝土護壁），以確保人工挖孔樁施工的順利進行。

表2.21 人工挖孔樁孔壁土體應力及穩定性判別Table 2.21 Soil stress of hole-wall and stability judgementfor hand-excavated hole piles

2.9.6桂林岩溶區樁基礎施工常見事故與處理

桂林岩溶地區樁基礎施工常見事故，主要是鑽（沖）孔灌注樁基礎發生較多，因為其施工工藝較沉管灌注樁和人工挖孔灌注樁相對復雜，下面主要分析總結鑽（沖）孔灌注樁基礎常見事故原因以及其處理方法。

打樁成孔過程中在溶洞區段常出現樁孔傾斜、卡錘、錘頭掉落樁孔中，澆注混凝土時出現混凝土流失等現象。

2.9.6.1樁孔傾斜、彎孔

樁孔傾斜、彎孔的主要原因可能是基岩中石芽、溶溝、溶槽、溶洞等岩溶形態發育或岩面坡度較大。在施工沖擊成孔時，施工沖擊速度過快，致使沖擊錘向岩土中軟弱方向滑移，形成斜孔。若在遇豎向型不規則洞隙的位置沖擊時，易沿洞隙發育位置形成彎孔，有時還產生卡錘事故。

在桂林岩溶地區若採用鑽（沖）孔灌注樁基礎，一般都是大直徑灌注樁，即其直徑一般大於800 mm，桂林岩溶區岩土工程勘察，均是按照《岩土工程勘察規范》（ GB 50021—2001）第5.1.6條的要求，即要求勘探點逐樁布置，勘探深度應不小於底面以下樁徑的3倍並不小於5 m，當相鄰樁底的基岩面起伏較大時應適當加深。這樣可以充分查明地下的溶洞分布情況，並採取合理的措施，當沖擊鑽進至溶洞頂部位置附近時即採用低錘輕擊；對單個石芽或孤石，用高低沖程交替沖擊，將石芽或孤石擊碎或擠入孔壁；對溶溝、溶槽、溶洞，向樁孔內拋填塊石、片石，填入的塊石、片石應高於傾斜面數十厘米以上，邊回填邊低錘輕敲，沖擊錘全斷面進入岩體後，再進行正常沖擊。

如果在樁基礎施工的成孔過程中出現樁孔傾斜，說明溶洞區段可能有斜坡岩或沖孔過程中由於填充物不實，造成樁底岩石已經出現傾斜而無法沖進的情況；當遇到這種情況時，可暫停打樁沖進，把錘頭提出樁孔，然後向樁孔內澆築混凝土（混凝土中可摻入速凝劑），當混凝土凝固後，再繼續施工，如此反復幾次便可以將樁孔傾斜的問題通過修補解決。

上述處理辦法同樣適合鑽孔樁基礎的施工。

2.9.6.2沖孔樁的卡錘、掉錘

沖擊錘進入岩溶洞隙中，特別是豎向型岩溶洞隙中，洞隙較大，沖擊錘傾倒，上部岩溶發育地段受沖擊振動掉塊或掉入異物卡住沖擊錘；或由於泥漿濃度高，沖擊過程中產生梅花孔造成卡錘事故等，致使沖擊錘不能上提。掉錘是指沖擊錘的鋼絲繩陳舊、連接處鬆弛，轉向環、轉向套等焊接處斷裂，造成沖擊錘掉入樁孔內。

為預防施工過程中發生卡錘和掉錘事故的發生，施工時應採取以下預防措施：

（1）在進入岩溶洞隙後，投入塊石、碎石、粘土，然後密集沖擊，使洞隙填滿，可以採用低標號混凝土灌填，待混凝土達到一定強度後，再進行沖擊成孔。

（2）在溶洞內沖擊鑽進時，一是保持鋼絲繩穩定、擺動量小，二是注意溶洞高度與沖程關系，一般溶洞較高時，可採用比溶洞高度小的沖程沖擊。

（3）溶溝、溶槽岩面不規則，傾斜角度較大，且已下護筒時，易發生護筒底部卡鑽現象，在回填小塊石後，採用「重錘輕打」法鑽進，並適當減緩鑽進速度。

（4）為防止出現卡錘和錘頭掉落在樁孔內現象，首先應該有預防措施，在錘頭尾部拴系一根附加的預防掉落的鋼絲繩，並在溶洞頂部和溶洞中打樁沖進過程中，採用輕錘低擊和重錘低擊的方法，不可提錘太高。

2.9.6.3塌孔、漏漿

塌孔是指成孔過程中或成孔後，孔壁不同程度塌落，嚴重者還引起地表塌陷。成孔中排出的泥漿不斷出現氣泡，有時護筒內的水位突然下降，均為塌孔的兆頭。漏漿是指成孔過程中護壁泥漿突然沿著地下空隙通道流失的導致孔內泥漿面突然下降的現象。在岩溶地區的沖孔樁施工過程中，漏漿和塌孔事故常常是共生的，一般漏漿嚴重的孔樁極易出現塌孔事故。

岩溶地區的塌孔的防治措施主要有：

（1）埋設好孔口護筒，始終保持孔內有較高密度和黏度的泥漿以及合理的水頭高度，以增加液柱壓力。

（2）對於串聯相通的溶洞，先施工溶洞較小或孤立不連的樁孔，待成樁後堵塞地下水活動通道，再施工溶洞、溶槽走向下端的樁孔，避免泥漿嚴重流失，引起孔壁不穩。

（3）沖擊時應隨時測定和控制泥漿性能參數。在沖擊鑽進過程中，泥漿的作用是穩定孔壁和攜帶鑽渣。

（4）沖穿溶洞頂板不能太快，採用「重錘輕打」方法，一是保證漏漿不至於太快，能夠及時補充泥漿，二是保證樁孔圓順，沖擊鑽頭能自如地通過溶洞頂板，避免卡鑽。

（5）塌孔時及時補充泥漿保持孔內水頭高度，同時投入漏漿體積1.2～1.5倍的粘土、片石，小沖程沖孔固壁，防止塌孔擴大。

（6）在岩溶地區成樁，為確保樁身的完整性和混凝土流失等現象的發生，還可以採取增加鋼護筒的施工方法。將預先加工好的鋼護筒（分節焊接）吊進孔內，吊進過程中必須保證樁中心的垂直度。例如，在2005年，橫跨灕江的桂林南洲大橋的樁基礎施工，即是採用鋼管護筒防治水泥混凝土流失，樁基施工順利。

㈦ 硬質合金鑽進

硬質合金的製成、分類及其應用已在本工種基礎知識分冊第二章第七節中做了介紹。這里主要針對硬質合金鑽進特點、鑽頭結構組成、鑽進基本原理、鑽進規程參數選用及其注意事項進行歸納闡述。

(一)硬質合金鑽進含義及特點

硬質合金鑽進是指將硬質合金鑲焊在鑽頭體上作為破碎岩石工具的一種鑽進方法。

硬質合金鑽進的特點是:操作簡便,鑽進技術參數容易掌握控制,孔內事故較少;在中硬以下岩層中鑽進效率高,鑽孔質量好,岩心光滑,採取率較高,孔斜較小,材料消耗少,鑽頭鑲焊工藝簡單,修磨方便,成本較低。但硬質合金硬度有限,強度和耐磨性尚嫌不足,在硬岩層中鑽進效率不高,鑽頭壽命不長。

(二)硬質合金鑽頭

硬質合金鑽頭分取心鑽頭和不取心鑽頭兩大類。鑽探用硬質合金鑽頭結構對鑽進效率、鑽頭壽命、鑽進規程和操作技術都有一定的影響。所以,一般選用硬質合金鑽進時,必須根據不同地層,選用不同結構形式的鑽頭。

1.硬質合金鑽頭結構

合金鑽頭的結構要素有:鑽頭體、合金數目及排列方式、合金出刃、合金的鑲焊角、鑽頭水口、水槽等。

(1)鑽頭體

鑽頭體是由D35號或D45號無縫鋼管車制而成,鑽頭體是鑲嵌切削具的基體,上端內壁有一內圓錐度,便於卡取岩心和保證沖洗液的暢通。加工時要求鑽頭體軸線垂直於端面,鑽頭體與絲扣同心度要高,否則會直接影響鑽進效果。

(2)切削具數目

在確定切削具數目時,要考慮岩石性質、鑽頭直徑、設備能力、岩粉的排除及合金的冷卻等條件。

1)硬質合金之間的距離應有一定值,以保證岩石破碎時,能產生大剪切體進行體積破碎。

2)對硬度大、研磨性大的岩石,為了延長鑽頭的使用壽命,要適當增多合金數目,以保證每個合金的體積磨損量不致過大。

3)鑽頭直徑大,破碎岩石面積大,在保證每個合金所需壓力情況下,應鑲焊較多的切削具。

4)在設備功率大、鑽具強度大的情況下,相同鑽頭直徑,增加切削具數目就等於增加同時工作的切削量,可以提高鑽進速度。

5)確定合金數目時,還應考慮鑽頭體上所允許的水口數目,以保證每個合金的完整沖洗與冷卻。

(3)切削具出刃

鑽進時為了使切削具能順利地切入岩石,並保持沖洗液暢通以減少鑽頭的磨損,切削具必須突出鑽頭體一定的高度,這高度部分則稱為出刃。切削具的出刃有內出刃、外出刃和底出刃。

內、外出刃主要是造成鑽頭體與岩心、鑽頭體與孔壁之間的環狀間隙。加大內、外出刃,會使破碎岩石面積增大,鑽頭回轉阻力增大,切削具容易崩刃折斷,功能的消耗增多。但較大的內、外出刃,會使沖洗液流通阻力減少,有利於岩粉排除和減少岩心堵塞機會。底出刃擔負切入和破碎岩石的任務。底出刃大,切入岩石深度大,也有利於沖洗液暢通,但過大了,會造成崩刃折斷,影響鑽進。底出刃有兩種形式:一種是平底式,另一種是階梯式。

2.自磨式針狀硬質合金鑽頭

所謂自磨式硬質合金鑽頭,就是將較小斷面的硬質合金包鑲在胎體內,鑽進時,隨胎體的磨耗合金自磨出刃,合金與岩石的接觸面積不變,始終保持一定的克取能力,直到底出刃完全磨完為止。

自磨式針狀硬質合金鑽頭有如下特點:

1)針狀合金作為硬質點均勻地分布在胎體中,多刃且斷面積小,容易克取岩石,故有較高鑽進速度。

2)針狀合金自磨出刃,而且胎體唇面積始終保持不變,直到包鑲的針狀合金磨完為止,故鑽速穩定,鑽頭壽命長。

3)針狀合金被胎體支撐著,鑽進中始終微露,不易崩落,保證了合金有效地克取岩石。實踐證明,這種鑽頭適用於鑽進Ⅵ～Ⅶ級及部分Ⅷ級地層,機械鑽速高,回次進尺和鑽頭壽命長,操作方便,成本較低。

(三)硬質合金鑽進的適用范圍

硬質合金鑽進是硬質合金鑽頭在軸向壓力和鑽具回轉力作用下,破碎孔底岩石,同時用沖洗液來冷卻鑽頭並將破碎的岩石顆粒排除孔外(或懸浮起來),為切削具繼續破碎岩石創造條件。合金在破碎岩石的同時,本身也在不斷磨鈍和磨損,鑽進速度下降。當回次鑽速下降時,則采心提鑽,更換鑽頭。硬質合金鑽進適用於岩石可鑽性Ⅰ～Ⅵ級及部分Ⅶ～Ⅷ級研磨性弱的岩層鑽進。

1.松軟至較軟岩石

即可鑽性Ⅰ～Ⅳ級岩石或土層,如黃土、黏土等第四紀地層及泥炭、砂藻土、泥岩、泥質岩、頁岩、大理岩、白雲岩等。

該類地層鑽進特點是:破碎岩石容易,岩石研磨性小,鑽進效率高;相應地是孔內岩粉多,岩粉顆粒大,有時孔壁易坍塌。此類地層大都是塑性岩層,都有黏性,鑽進時易產生糊鑽、蹩水、縮徑等現象。如鑽進砂岩,岩石有一定的研磨性。

鑽進時,要解決的關鍵問題是蹩水、糊鑽、保持孔內清潔和保護孔壁等。為此,最好選用內、外出刃大,底出刃大的,排水通暢的螺旋肋骨鑽頭,內外肋骨或薄片式合金鑽頭、階梯肋骨鑽頭和普通式硬質合金鑽頭等。應選用的鑽進技術參數是高轉速、大泵量、較小鑽壓。鑽進砂岩石時鑽進技術參數較前為大。鑽進中應選用失水量小的優質泥漿護壁。采岩心提鑽動作要快。如孔壁坍塌,則應創造條件,力爭快速通過,以縮短孔壁暴露的時間。鑽進中發現蹩水,應加強活動鑽具,以使沖洗液循環暢通,當處理失效時,則需立即提鑽,絕不能用改小水量的辦法勉強鑽進,以免孔底岩粉越聚越多,造成埋鑽或燒鑽事故。

2.中硬岩石

即可鑽性Ⅴ～Ⅵ級岩石,如鈣質砂岩、石灰岩、橄欖岩、細大理岩等。

這類地層鑽進特點是:鑽進效率不高,岩石有一定的研磨性,護壁問題不大,鑽進時要解決的關鍵問題是如何提高鑽進效率。應盡量選用高效鑽頭,充分發揮分別破碎及掏槽破碎岩石作用。所以應選用各種階梯式破碎鑽頭和各種小切削具鑽頭,如品字形鑽頭、三八式鑽頭等。鑽進時應採用「兩大一快」(鑽壓大、泵量大、轉速快)的鑽進技術參數。

3.硬岩

即可鑽性Ⅶ級及部分Ⅷ級岩石,如輝長岩、玄武岩、結晶灰岩、千枚岩、板岩、角閃岩等。

該類地層的鑽進特點是:岩石硬,有研磨性,合金磨損較嚴重,鑽進效率低。鑽進時要解決關鍵問題是在延長鑽頭壽命的情況下提高效率。鑽進時應選用大八角、負前角、針狀硬質合金鑽頭等。鑽進技術參數為:大鑽壓、中速、中泵量。

4.裂隙及研磨性岩石

該類地層鑽進特點是合金崩刃和合金磨損嚴重的問題。解決關鍵問題是防止合金崩刃,減少合金磨損,延長鑽頭壽命。應選用抗崩刃和抗折斷能力強的鑽頭。如大八角、負前角、雙品字、針狀硬質合金鑽頭。在裂隙發育地層,應選用較低鑽壓、中等轉速和中等泵量。在研磨性大的地層應選用大鑽壓、較大泵量和適當小的轉速。

(四)硬質合金鑽進基本原理

鑽進中,鑲焊在鑽頭體上硬質合金切削具受兩個力作用,即軸向壓力(給進力)P_y和回轉力P_x的作用(圖4-11)。當軸向壓力P_y達到一定值後,硬質合金切削具對岩石單位面積的壓力超過了岩石抗壓入阻力,其刃部便切入岩石,並達到一定深度h₀,與此同時在回轉力P_x的作用下,共同向前切削岩石,如果岩石較脆,受力體被剪切推出;若岩石較軟呈塑性體,利用合金切削具前部岩石便被削去一層,孔底工作面呈螺旋形式不斷加深。

圖4-11 合金切入岩石

P_y—軸向壓力;P_x—回轉力;h₀—合金切入深度

圖4-12 合金切入脆性岩石

P_y—軸向壓力;P_x—回轉力;KOK'—崩落岩屑

鑽進脆性岩石時,如圖4-12所示。合金(切削具)在軸向壓力作用下切入岩石,當合金與接觸面壓力大於岩石抗壓強度時,則岩石發生脆性剪切,剪切體沿滑剪切面向自由面崩出,切削具同時壓入破碎後的KOK』坑穴中。由於切削具是單斜面的,崩出後的岩體不對稱。當合金切入h0深度後,在回轉力P_x作用下則發生水平剪切的過程。首先是將岩石KOK』塊剪切掉,此時稱為大剪切;當切削具繼續前進時,在切削具的刃尖端不斷發生小體積剪切,崩落出小體積岩屑;經過不斷地小體積剪切後,切削具刃前與岩石全部接觸,又發生大體積剪切。因此,在脆性岩石中回轉切削過程是由數個小剪切和一個大剪切所組成的不斷循環過程。同時,由數個小剪切到大剪切,切削槽也由窄變寬,切削槽底面不平,底槽深度也在高低不平變化著,回轉阻力也由小變大。

鑽進塑性岩石時,如圖4-13所示。只有當合金(切削具)上軸向壓力大於與岩石接觸面上的抗壓強度時,才能切入岩石。岩石產生塑性變形,擠向兩邊,破碎岩石體積等於合金(切削具)切入體積。與此同時,在回轉力P_x作用下,壓迫並切削前面岩石,使之發生塑性變形,並不斷向自由面之前滑移切削。鑽進時切削過程是平穩的、連續的,並且切削槽寬與刃寬基本上是相等的。

硬質合金切削具破碎了岩石表層後,便處於岩石的槽溝中,如圖4-14所示。實踐證明,切削具再對槽溝底部岩石進行破碎時,所需的軸向壓力和回轉力比破碎表層岩石大。而且破碎岩石體積小,這主要是槽溝底部只有一個自由面,破碎時受到了周圍岩石限制。因此在鑽進時,如能改變切削槽底面(工作面)的形狀,增加孔底工作面上的自由面,將有利於切削具對孔底岩石破碎。切削具底出刃呈階梯狀列的鑽頭,就能增加孔底工作面上的自由面,降低切削具破碎岩石的阻力。

圖4-13 合金切入塑性岩石

P_y—軸向壓力;P_x—回轉力;h₀—合金切入深度;b—合金切入寬度

圖4-14 合金切削孔底的形狀

P_y—軸向壓力;P_x—回轉力;a'b'c'—大剪切體;β—合金側刃崩落角;B—切屑具寬度;B₁—大剪切岩石槽寬

從上可以看出,鑽頭上合金切削具既要克服岩石的抗壓入阻力,又要克服岩石的抗剪切強度。同一種岩石,其抗壓入強度要比抗剪強度大得多。因此,在鑽進時所需的軸向壓力要比回轉力大,切削具刃部所受到的摩擦力也很大。導致硬質合金切削具在孔底破碎岩石的同時也被磨損,使刃角逐漸變鈍,增大了切削具與岩石的接觸面,降低了切削具單位面積上的壓力,破碎岩石效率逐漸降低,為保證破碎岩石的正常進行,應逐漸增加軸向壓力。因此,必須注重研究鑽進中硬質合金的磨損問題。在實際鑽進中,用泥漿或乳化液沖孔時,對合金切削具有一定的潤滑作用,可減少合金磨損。同時及時用沖洗液冷卻鑽頭合金切削具並使孔底清潔,對減少合金的磨損會起重要作用。

(五)硬質合金鑽進規程參數及其選用

硬質合金鑽進技術參數通常指鑽壓(鑽具的軸向壓力)、轉速(鑽具的回轉速度)及沖洗液量等鑽進過程中可以控制的參數值。它們對鑽進效率、鑽孔質量、材料消耗、施工安全等有直接影響。因此,在操作過程中應根據岩石性質、鑽頭結構、鑽探設備能力和鑽具的適應能力,以及鑽孔質量要求等條件進行合理確定。

1.鑽壓

有兩種表示方法,即鑽頭上總鑽壓P(又稱為鑽頭軸向壓力P_y)和單位鑽壓(又稱每顆合金上的鑽壓P)。鑽頭鑽壓和回轉力構成了切削具破碎岩石的切削力。增加鑽頭壓力,是提高鑽速的主要途徑。

鑽壓大小對鑽進效率和鑽頭壽命都有很大影響,在其他條件不變的情況下,在一定范圍內,鑽速和鑽頭的壽命都將隨鑽壓的增大而增加。

採用針狀合金鑽頭時,因鑽頭上針狀合金胎塊的截面面積大於同徑的普通合金鑽頭切削具刃部的截面,又因有一部分鑽壓要消耗於胎體的磨損,因此需要較大鑽壓,一般比同徑普通合金鑽頭所需壓力大20%左右。

鑽頭總鑽壓P可用下式計算:

軸向壓力P_y=切削具數目m×每顆切削具所需鑽壓(P)

2.轉速

鑽頭轉速是指鑽頭每分鍾的轉動速度。它是衡量鑽具回轉快慢的參數。

鑽頭轉速通常有如下兩種表示方法:①轉數(n):鑽頭每分鍾的轉數,r/min;②圓周線速度(v):鑽頭回轉時的圓周速度,m/s。

在硬質合金鑽進中,通常採用鑽頭每分鍾轉數表示轉速。對於硬質合金鑽進,鑽頭轉數的選用對其鑽速影響很大。

生產實踐證明,在一定的條件和范圍內,增加鑽頭轉數,即增加了合金切削具的破碎岩石次數;鑽速隨轉數的增加而增高。不同性質的岩石要求的最優轉數也不相同,轉速的增加有最優極限值,超過此值後,鑽速反而會下降,其原因主要是在高轉速的條件下,合金切削具在岩石表面的作用時間太短,而影響切削具的切入深度,以至鑽速下降。另一原因是高轉速使孔底溫度增高,切削具加快磨鈍而使鑽速下降。

為了提高鑽速,在一定的鑽壓下,應根據鑽探設備能力、岩石性質、鑽頭結構以及孔深、孔徑等條件來合理選擇最優轉速值。一般情況下,在鑽進軟岩石或利用小口徑鑽進時,可用高轉速;當鑽進硬的、研磨性大的岩石、非均質和裂隙發育的岩石、深孔及大口徑鑽進時,應適當降低轉速。

3.沖洗液量

硬質合金鑽進時,沖洗液的質量與數量對鑽進速度有很大影響。根據資料證明,鑽速隨沖洗液的密度或黏度的增大而下降。在鑽探生產中條件允許時,應盡量採用清水、低固相和無固相沖洗液鑽進,提高鑽進效率。從理論上講,增大沖洗液量,可以迅速地排除岩粉岩屑,經常保持孔底工作面清潔,提高鑽速;同時也起冷卻、潤滑鑽頭上切削具的作用,減少其磨損,延長鑽頭壽命。但如沖洗液量過大,液流經過鑽頭底部急劇轉向,造成很大水壓,增大通水阻力,對鑽頭產生很大浮力,使鑽頭有效壓力減少,導致鑽速降低,同時岩礦心和孔壁的沖刷破壞作用也隨之增大,在松軟岩層鑽進,岩礦心採取率降低,並加劇了孔壁坍塌,也增加了水泵磨損。送水量過小,造成岩粉岩屑在孔底工作面堆積,造成孔底重復破碎量增大,增加了切削具在孔底的回轉阻力,加速了切削具的磨損,甚至會產生埋鑽、燒鑽及折斷鑽桿事故。合理的沖洗液量應根據岩石性質、鑽頭直徑、單位時間內產生岩粉量等因素確定。如岩石軟,進尺快,產生岩粉多,沖洗液量應大些;岩石顆粒粗,密度大,應適應增加沖洗液量;鑽頭直徑大,孔深、鑽桿和孔壁滲漏多,沖洗液量應大些。在松軟破碎的地層鑽進,為防止沖毀岩礦心,沖垮孔壁,應用較小沖洗液量。

用硬質合金鑽進對不同岩石應當有綜合最優鑽進技術參數。在鑽進塑性松軟岩石,最好採用高轉速、小鑽壓、大泵量;在鑽進Ⅳ～Ⅴ級中等硬度的岩層,可採用較高轉速、中等鑽壓、較前稍小的泵量;鑽進硬而研磨性大的岩層時,應採用大鑽壓、低轉速、中等泵量。總之,鑽進Ⅴ級以下的岩層以採用較高轉速為主;鑽進Ⅵ級以上岩層以採用較大鑽壓為主。

(六)硬質合金鑽進注意事項

為了提高硬質合金鑽進效率和鑽頭壽命,除根據地層特點,合理選用不同類型鑽頭,正確掌握鑽進技術參數和盡量採用小口徑鑽進外,還必須有正確的操作方法。

1)新鑽頭入孔底前,要嚴格檢查鑽頭的鑲焊質量,分組(5～6個鑽頭為一組)排隊輪換修磨使用,以保持孔徑一致。分組排隊的順序是:外徑由大到小,內徑由小到大。

2)下鑽時,對孔內情況要心中有數,如孔內有探頭石、大掉塊和硬的脫落岩心等時,不要下鑽過猛,防止墩壞鑽頭。擰卸鑽頭時,不宜用管子鉗,以免夾扁鑽頭,使用自由鉗也不咬在合金上,以防壓傷壓裂硬質合金。

3)鑽具下入孔內,接上主動鑽桿後,應開泵送水,以使孔底沉積岩粉(屑)處於懸浮狀態。然後邊沖邊下,當鑽具不再繼續下行,表明鑽頭已經接觸孔底或碰到殘留岩心,這時應將鑽具提上0.3m左右,採用輕壓、慢轉的參數掃至孔底。如下鑽過猛,很可能發生蹩水、碰碎合金及岩心堵塞等故障。

4)開始鑽進時,先採用輕壓、慢轉和適量的沖洗液鑽進3～5min,待鑽頭工作適應孔底情況後,再將鑽壓、轉速增加到需要值。正常鑽進或掃孔倒桿,開始時,應使鑽具呈減壓狀態開車,以防鑽桿或鑽具過重壓壞合金。

5)正常鑽進時,給壓要均勻,不得無故提動鑽具,以免碰斷岩心發生堵塞,在卵石層中鑽進,無故提動鑽具,也會使已經進入岩心管內的卵石脫出,影響鑽進速度。鑽進中要隨合金切削具的磨鈍需要增大鑽壓。發現孔內有異狀,如糊鑽、蹩水或岩心堵塞時,應立即處理,處理無效,立即提鑽。

6)鑽進時,要注意保持孔內清潔。孔內殘留岩心在0.5m以上或有脫落岩心時,不得下入新鑽頭。孔底有崩落合金時,或由鋼粒改為合金鑽進時,必須將鋼粒撈盡磨滅後,才能下入合金鑽頭進行鑽進。

7)在松軟、塑性地層使用肋骨鑽頭或刮刀鑽頭鑽進時,為消除孔壁上的螺旋結構或縮徑現象,每鑽進一段後,應及時修正孔壁。

8)合理掌握回次提鑽時間。每次提鑽後,要檢查鑽頭的磨損情況,以改進下回次的鑽進技術參數。

9)採取岩礦心時,嚴禁用鋼粒卡取岩礦心。嚴禁猛墩鑽具,以免損壞合金。取心提鑽要穩,防止岩心脫落。退心時,不要用大錘直接敲打鑽頭。