硬岩怎么打进钢管

㈠ 隧道施工流程。

1、大管棚、小管棚超前支护施工

大管棚施作的主要内容：施作导向墙预埋导向管，设置钻机平台，测定孔位，钻孔，钻机退出，注压浆，封孔。超前管棚安设后，用速凝砂浆封口，并用喷射混凝土封闭工作面，采用KBY-50/70型注浆泵注浆。

2、系统锚杆施工

系统锚杆采用的中空注浆锚杆，锚杆长4m（径向）或5m（内侧水平），环向间距为1m，采用风钻钻孔，钻孔直径为Φ40mm。

3、钢拱架支撑施工

在加工场地放出大样，采用弯曲机分节加工制作，主要在安设控制（中线、高程、垂直度）质量，施工中主要采用支距、悬距法来控制。

4、钢筋网施工

主要注意控制加工尺寸和把每块网片连成整体。

5、临时支护的施工（临时侧壁支护、临时仰拱）

临时侧壁支护采用I16型钢拱架纵向间距与主动一致，网片尺寸15×15，采用Φ22mm砂浆锚杆，Φ50小导管超前支护的一个临时支护体系。

6、二次衬砌混凝土施工

隧道工程永久性承力结构的一部分，对提高隧道使用寿命和外观质量具有重要的作用，衬砌分为两个部分一个是拱部的二次衬砌，一个是下部隧底的仰拱衬砌。

7、洞内、外（防、排）水体系的施工

洞内的防排水体系质量一定要严把关，要遵循洞内、外；永、临防排水相结合，特别是排水半管的安设及泄水孔的位置、深度、角度，通常也是被我们疏忽的一个工序，经过多年的施工经验隧道的地下水处理是关系到以后运营安全的一道重要工序之一。

(1)硬岩怎么打进钢管扩展阅读

为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。

在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类为依次表明周围岩石的综合强度。中国在1975年制定的铁路隧道工程技术规范中将围岩分为6类。70年代以后在国际上应用较广并为国际岩石力学学会推荐的为巴顿等各种分级系统。

㈡ 钻进技术方法

该期勘查虽然处于“文化大革命”时期，但是我国地质找矿事业并没有受到太大的影响。根据前人提供的有关地质资料和钻探技术报告，选择钻进技术方法：上部第四纪地层及灰岩、粉砂岩等地层采用大口径合金钻进，下部6～8级硬岩石主要采用钢粒钻进，见表4.2。

表4.2 不同地层采用的钻进方法

4.3.1 普通合金钻进

硬质合金钻进用于1～6级和部分研磨性较弱的7～8级岩石，如：第四纪冲积坡和黄土卵石层，侏罗纪的流纹岩、粉砂岩、泥岩、煤线、砂岩、泥质灰岩等。

4.3.1.1 钻头的选择

合金钻头的结构对钻进效率、使用寿命、操作技术都有一定的影响，因此，如何根据不同的地层选择不同的合金钻头极其重要。钻头的结构包括钻头的口径、水槽和水口、出刃、合金型号、数目及排列形式、镶焊角度等。

（1）空白钻头

选用35号或45号钢的无缝钢管由车间加工。根据地质情况，为了减少钻进时岩心堵塞，减少冲洗液循环的阻力和便于卡取岩心，空白钻头内壁制作内锥度：Ф110 mm口径采用3°25′的锥度，Ф130 mm口径钻头采用1°47′的锥度。

（2）水口和水槽

合金钻头水口和水槽的作用是满足保证冲洗液的畅通，充分冷却钻头和冲排岩粉需要。钻头水口形状和大小依钻进岩层岩性、钻头的结构形式、冲洗液种类的不同来考虑和选择。根据马坑地层情况，钻头水口面积的总和，一般大于钻头与岩心之间或者钻头与孔壁之间环状断面的面积；上部地层岩石较软，塑性不大，颗粒粗糙，钻进时岩粒多，则水口相应选择大些；水口高度为8～15mm，第四纪地层水口高度可增至20mm；水口数目可根据钻头合金排列来确定，一般3个、4个或6个不等。水口形式有：三角形、圆弧形、梯形、矩形等。

（3）合金钻头的出刃

合金钻头的出刃包括底出刃、内出刃和外出刃。

底出刃是钻进岩石的主要部分。底出刃的变化，可以使孔底产生不同的阶梯断面，能增加破碎岩石的自由面，降低破碎岩石的阻力，延长合金的工作时间，达到提高钻进效率的目的。

钻头的内、外出刃主要是保持钻头与岩心、孔壁之间的环状间隙，使冲洗液通畅。钻头的内、外出刃的大小，应根据岩石的性质来决定：马坑矿区上部松软地层，溶洞充填、断层破碎地层，钻头的出刃和水口数目应大些；如遇上塑性大、泥包石、遇水膨胀的地层通常造成憋泵现象，应采用肋骨式钻头；泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩等中硬地层，研磨性强、裂隙发育较强的地层，钻头的出刃应小些。

4.3.1.2 合金钻进技术参数

硬质合金钻进技术参数主要包括钻进压力、转速、冲洗液量等。

（1）钻压

钻压是利用钻具和钻杆重量或从地面上加压，使合金底出刃压入孔底岩石的力量，它对钻进效率影响很大。一般来说，泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩等岩石钻进，采用较大的压力；钻进较松软的岩石，采用较小压力；研磨性强的岩石，采用大压力；钻进灰岩溶洞或裂隙等地层，因合金容易崩刃，压力应比正常地层降低20%～30%，详见表4.3。

（2）转速

转速是指主动钻杆每分钟回转的次数，也是钻头在孔底每分钟回转的次数。转速对钻进效率影响很大，一般转速越快，合金切入、破碎岩石的次数也越多，钻进效率越高。表4.4是根据马坑矿区实践总结的不同岩层适用转速。

表4.3 普通合金钻进压力选择表

表4.4 普通合金钻进转速选择表

（3）冲洗液量（泵量）

冲洗液在合金钻进中的主要用途是冷却钻头、排除孔底的岩粉和保护孔壁。冲洗液在钻孔与钻具间隙中循环，必须具有一定的上升流速，才能保证将孔底岩粉有效地携带到地表或取粉管内。一般冲洗液上升流速达到0.25～0.5m/s，即能满足排除孔底岩粉的效果。

马坑铁矿区因地层复杂，一般开孔直径为大口径Ф150mm，需要较大冲洗液量以保证冲洗液循环的上升流速。口径越大、钻孔越深、岩石密度大、岩粉颗粒粗等，都要相应增加冲洗液量。

冲洗液量对孔壁的稳定性也有很大影响，严重时会导致孔壁坍塌。断层、裂隙发育、溶洞充填、松散等地层钻进时，应注意防止冲洗液对岩心的冲刷破坏，采用较小的冲洗液量。不同岩层所需冲洗液量见表4.5。

表4.5 普通合金钻进泵量选择表

马坑铁矿上部孔段（地层：风化泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等；风化程度较弱的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩以及大理岩等；灰岩及轻微硅化灰岩等）采用品字形合金钻头（外刃1.5 mm；内刃1.5 mm；底刃：超前刃3 mm；后刃2 mm）钻进，使用的钻进技术参数（单管钻进时）为：压力4000～8000N，转速150r/min，泵量80～100L/min（松散层适当调小）。

4.3.2 针状合金钻进

马坑铁矿下部孔段（地层：泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、硅化灰岩、透闪石灰岩；部分磁铁矿）采用针状合金钻头（胎块尺寸15 mm×20 mm×10 mm；胎块数量：Ф110 mm 6块，Ф91 mm 4块）钻进，使用的钻进技术参数为：压力4000～8000 N（硬岩取上限，软岩取下限），转速150～300r/min，泵量80～100L/min。

4.3.3 钢粒钻进

钢粒钻进与铁砂钻进工艺基本相同。马坑铁矿中部孔段（地层：泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、硅化灰岩等；硅质岩、矽卡岩、辉绿岩、部分磁铁矿等；局部石英岩化泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩等）采用钢粒钻头（单弧形水口，高140～170mm，上宽20mm，下宽1/5～1/4周长）钻进，使用的钻进技术参数为：压力4000～8000 N（硬岩取上限，软岩取下限），转速150r/min，泵量35～45L/min，投砂量0.5～1.5kg/回次（易斜地层严格控制投砂，取下限）。

钢粒钻进在马坑矿区钻探中应用，经常因判断失误、工艺操作、水量控制、投砂量把握等不当导致孔内事故，造成工作量报废、钻孔重打。根据实践经验，钢粒钻进应注意以下几个问题：

1）应摸清规律，总结经验，保证钻进操作规程及方法相对统一。相同地层投砂量的相对一致，可保持孔壁规整，有利提高钻孔质量，避免孔内事故。

2）在合金钻进换钢粒钻进或下套管后换径用钢粒钻进时应着重预防夹钻事故。一般采用少砂量、小水量：砂量0.5～1kg，水量12～18L/min；钻压3000～4000N，转速80～120 r/min。换径一般采用旧钻头，钻进孔段超过钻具长度方可采用正常的规程。换径操作时应根据孔内地层条件增加钻具稳定性，以防止孔斜。

3）钢粒钻进中应时刻注意保持孔内干净。一般钻具都带取粉管，每回次采心后应进行大泵量冲孔，将孔内残留的岩粉和钢粒粉冲到取粉管内提离孔内，以保持孔内清洁。

4）上班前、提钻后，都应认真对机场或孔内的钻头、钻杆、钻具、钢粒质量及磨损情况进行全面了解，发现未达规范要求的应及时更换。

5）保持较好的钻进参数，提高钻效，减少孔内事故。地层软硬不均时，钻进参数应采用低钻压、慢转速、少水量，避免顺层跑而造成孔斜。

㈢ 隧道施工工序

一、掘进施工方案：

为防止左右洞在同一断面同时开挖，对两隧道之间围岩产生较大的影响，采用右洞从进口主攻、左洞从出口主攻的方法开挖。 开挖采用钻爆法施工，采用光面爆破技术开挖。进出口主要各配备1台凿岩台车钻眼，1台挖掘机配合1台侧卸式装载机装碴。6台15T自卸汽车出碴。 Ⅲ类围岩采用短台阶法，台阶长度10-15m；Ⅳ类围岩采用全断面法施工。

二、初期支护施工方案：

洞口Ⅲ类围岩（S2）采用超前小导管(注浆)及超前砂浆锚杆（S3）、钢筋网喷射砼、钢拱架支护,Ⅳ类围岩采用组合锚杆、喷射钢纤维砼支护。 支护施工顺序为：超前支护（超前小导管、超前砂浆锚杆） 开挖 初喷 锚杆、钢筋网、钢拱架 复喷至设计厚度。超前支护在开挖之前施工,初期支护紧跟开挖施工。 超前砂浆锚杆采用钻机钻孔，采用高压注浆泵注浆，喷射砼采用湿喷机按湿喷工艺施作。施工中应认真落实超前地质预报和监控量测工作，确保隧道施工不出现坍塌事故。

三、隧道衬砌施工方案：

二次衬砌施作时间根据监控量测数据确定，Ⅲ类围岩地段隧道衬砌适当紧跟初期支护，仰拱和回填应在二次衬砌之前进行；Ⅳ类围岩二次衬砌可适当滞后，在初期支护基本稳定后施作。 衬砌前按设计要求施工防水层和塑料盲管。防水层和塑料盲管采用自制作业台车施工，防水层采用无钉铺设工艺，用热焊焊接固定。 洞内衬砌采用穿行式液压衬砌台车全断面施工，隧道进、出口端各配1台台车，考虑隧道处于曲线上的因素，选用长度为9m的台车。

紧急停靠带的衬砌砼待全隧衬砌完成后，在台车钢模内加设活动的、带弧形的3015钢模板，并用特制的梳型模加固和调整尺寸，行人、行车横洞及其它预留洞室采用特制台架施工。砼采用S8（C25）防水砼，砼搅拌运输车运输（200m以上），输送泵泵送砼灌注入模，拌合站集中拌制。

拓展资料：

隧道施工，是新奥地利隧道施工方法的简称，它是奥地利学者在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法，是采用喷锚技术、监控量测等并与岩石力学理论构成的一个体系而形成的一种新的工程施工方法。

新奥法：是新奥地利隧道施工方法的简称，它是奥地利学者在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法，是采用喷锚技术、监控量测等并与岩石力学理论构成的一个体系而形成的一种新的工程施工方法。

㈣ 定向钻施工工艺

1、 水平定向钻穿越施工工艺：

使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为PE管道，光缆套管，钢管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。

1.1 钻导向孔:
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。见示意图一：钻导向孔。

钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。

1.2 预扩孔和回拖产品管线：

一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。

回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。见示意图二：预扩孔和示意图三：回拖管线。

在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。

地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。

2、 水平定向钻施工的特点：

2.1 定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，医院，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。

2.2 现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。

2.3 城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下 9—18米，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。

2.4 采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。

2.5 与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低， 施工速度快。

2.6 大型河流穿越时，由于管线埋在地层以下 9—18mm，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用，可以保证管线运行时间更长。

3、 水平定向钻机系统简介：

各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成，它们的结构及功能介绍如下：

3.1 钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小，达到不同作业状态的要求。

3.2 动力系统：由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。

3.3 控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。

3.4 泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。

3.5 钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。

穿越施工现场布置图

1． 入土点是定向钻施工的主要场所，钻机就布置在该侧，所以施工占地比较大，DD330钻机的最小占地为30×30M，当然也可以根据现场的实际情况作相应调整，DD60、DD-5的占地相应要小得多。

2．出土点一侧主要作为管道焊接场地，在出土点应有一块20×20M的场地作为预扩孔、回拖时接钻杆和安装其他设备时使用；在出土点之后有一条长度与穿越长度相等的管线焊接作业带。

穿越实例

大沽沙穿越钻机场地布置

1998年9月到10月之间，在天津塘沽大沽沙海河，我公司仅用45天时间完成了两条Φ219×8，一条Φ426×9，长度为960米的管道穿越。

大沽沙穿越焊接场地（只显示了两条管道）

水平定向钻穿越施工工艺流程图

使用水平定向钻技术穿越河流和其它障碍物的施工方法在世界范围内得到了广泛的运用。水平定向钻穿越承包商协会认为：在工程项目招投标过程中，水平定向钻承包商应设法获取尽可能多的相关信息以提出完整并具竞争力的报价，承包商在开工前应该获得以下信息，以保证日后的工作可以顺利进行，并在此条件下完成工程项目的施工，同时足够的施工前的各类信息还可以保证施工过程更安全，减少对周围环境的破坏，使工程进行的更顺利。

一、概 述

A、发展与使用

水平定向钻技术最早出现在70年代，是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合，这已成为目前广受欢迎的施工方法，可用于输送石油、天然气、石化产品、水、污水等物质和电力、光缆各类管道的施工。不仅应用于河流和水道的穿越，同时还广泛应用于高速公路、铁路、机场、海岸、岛屿以及密布建筑物、管道密集区等。

B、技术限制

定向钻施工技术首先应用于美国海岸地区的冲积层穿越，现在已经能够开始在粗沙、卵石、冰碛和岩石地区等复杂地质条件下进行穿越施工。最长的穿越施工已达6000英尺、管道直径为18英寸。

C、优势

事实证明：水平定向钻穿越是对环境影响最小的施工方法。这项技术同时还可以为管道提供最的保护层，并相应减少了维护费用，同时不会影响河流运输并缩短施工期，证明是目前效率最高，成本最低的穿越施工方法。

D、施工过程和技术

1、导向孔：导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔，包括一段直斜线和一段大半径弧线。在钻导向孔的同时，承包商也许会选择并使用更大口径的钻杆（即冲洗管）来屏蔽导向钻杆。冲洗管可以起到类似导管的作用，还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作。导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器（称为弯外壳）完成。钻进过程中钻杆是不做旋转的，需要变换方向时若将弯外壳向右定位，钻进路线即向右沿平滑曲线前进。钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪，这些数据经过处理和计算后，以数字的形式显示在显示屏上，该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角（钻头在地下的三维坐标），将测量到的数据与设计的数据进行对比，以便确定钻头的实际位置与设计位置的偏差，并将偏差值控制在允许的范围之内，如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土。

2、预扩孔： 导向孔完成后，要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道，此过程称为预扩孔，（依最终成孔尺寸决定扩孔次数）。例如，如需安装36英寸管线，钻孔必须扩大到48英寸或更大。通常，在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上，然后由钻机旋转回拖入导向孔，将导向孔扩大，同时要将大量的泥浆泵入钻孔，以保证钻孔的完整性和不塌方，并将切削下的岩屑带回到地面。

3、回拖管道：预扩孔完成以后，成品管道即可拖入钻孔。管道预制应在钻机对面的一侧完成。扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上。旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转，以保证将其顺利拖入钻孔。回拖由钻机完成，这一过程同样需要大量泥浆配合，回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出。

二、现场布局和设计

A、道 路

施工现场两侧都需要重型设备，为缩减成本，通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离，或利用管道线路的施工便道，所有相关道路使用权的协议都应由业主提供，在投标阶段再来讨论这些问题为时已晚。

B、工作场地

1、钻机一侧——钻机施工场地至少需要30M（100FT）宽，长45M（150FT）的面积。该面积从入土点算起，入土点应位于规定的区域内至少3M（10FT）处，同时由于许多钻机配套的设备或配件没有规定的存放地点，所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成，以便节省占地面积，现场尽量要平整，坚硬，清洁，以便有利于进行施工。由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用，所以施工现场要尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方。

2、管道一侧----为便于预制成品管道，管道一侧要有足够长度的施工现场，这也是要重点考虑的事情。现场宽度应满足管道施工的需要（一般为12----18米）。同样在出土点一侧也需要30米（100FT）宽乘以45米（150FT）长的施工现场。总长度以能够摆放下所预制的管道为准，（场地的总长度一般为穿越管道长度再加上30米，）在回拖前，要将管道预制完成，包括焊接，通球，试压防腐等工序，在回拖过程中，不能再进行管道的连接工作，因为回拖过程是要连续进行的，若此时进行管道连接将可能造成地下孔洞的塌方，极可能造成整个工程施工的失败。

C、施工现场勘察

一旦施工地点确定，应对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸。最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度。

D、施工设计参数

1、覆盖层厚度----考虑的因素包括所穿越河流的流量特征，季节性洪水冲刷深度，未来河道的加宽和加深，现有管道和电缆的位置等因素。一旦确定了施工地点并完成地质调查，穿越层的厚度也就确定了，一般来说，覆盖层应至少是6米（20FT）厚。以上仅是针对河流穿越而言的，对于其它障碍物的穿越会有另外的要求。

2、钻进角和曲率半径----在大多数穿越施工中，入土角通常选择在8--12度之间，多数施工应首先钻一段斜直线，然后再钻一段大半径曲线。此曲线的曲率半径由成品管线的弯曲特性决定，随直径增大而增大，钢管道曲率半径的拇指法则是100FT/IN（一般取管道直径的1000—1200倍）。斜直线将导向孔曲线按照预定的走向引导到设计的深度，然后是一段在此深度上的长长的水平直线，然后到达向上的弯曲点再到出土点。出土角应控制在5-12度之间，以便于成品管道的回拖。

E、钻孔施工

所有的测向控向工具都包括地下测量电子设备和地面接收设备，可以测得钻头所在位置的磁方位角（用于左/右控制）和倾斜角（上/下控制）以及钻头的钻进方向。

1、精度：穿越施工精度很大程度上取决于磁场的变化。例如，大型钢结构（桥梁，桩基，其它管道）和电力线路会影响磁场读数。而穿越出土点的导向孔目标偏差值应控制在左右3米（10FT），长度——3米～10米（-10～30FT）的范围内。

2、完工图纸：一般来说，导向孔的测量和控制应在钻导向孔时每钻进一根钻杆或隔9米（30FT）测量计算一次。以上测量计算完成的导向孔施工图纸承包商应向业主提供。也有采用替代方法如陀螺仪，穿地雷达和智能清管球用来做定位工作。

三、地质调查

A、探孔数量

探孔数量取决于计划穿越地点的地层情况及穿越长度。如果穿越长度为300米（1000FT），在两侧的穿越工地各钻一个钻孔就足够了，如果钻孔结果表明该地区地质状况比较单一，就不必进行进一步的钻探取样。如果勘探报告表明该地区地质条件比较复杂，或者发现有岩石或有粗沙层存在，这时就需要做进一步的详细的地质调查。长距离大口径穿越施工时，如出现粗砂，卵石，风化岩或硬岩应每隔180米----240米（600--800FT）取样一次，若有明显迹象表明地质结构异常复杂，这时就需要打更多的地质探孔进行更多的采样工作。所有采样探孔都应沿穿越断面方向，采样深度以计划的穿越深度为准。如有可能，取样探孔最好选在穿越中线一侧约8米（25FT）处。勘探任务完成后，探孔必须封好以防止在施工过程中的泥浆泄漏。

B、探孔深度

所有的探孔深度都应至少达到穿越点以下12米（40FT）或预定的穿越深度以下6米（20FT），两者之中取其大者。有时将穿越深度定的深一些或实际穿越曲线比设计的位置深一些，无论对承包商还是对业主来说都是很有益的，关键是穿越位置要选在地层结构一致的利于成孔的地层中进行，这样才利于穿越的成功。

C、土壤的标准分类

一名合格的地质技师或地质学者，应能依据统一土壤分类系统或ASTM设计书D-2487和D2488对材料进行分类。能够拥有一份由现场技师或钻探公司提供的现场钻探记录，对以后的施工将是非常有益的，此记录会包括对材料的目测分类以及由钻探公司根据取样结果对地层结构所做的解释和评价。

D、标准穿刺测试

SPT为了更好地确定颗粒材料的密度，地质工程师通常会依据ASTM规范D1586做标准穿刺测试SPT。这是一种现场测试方法，利用标准重量的重锤将勺形取样器打入土层中的一定深度，记录下进入到12寸深时的击打次数。所获数据即为标准穿刺阻力值并可用于估算试验地点非聚合土壤的相对密度。也有些钻探公司会选择在结合性土壤或岩石地区进行小范围的这项试验，以此来确认密实土壤的一致性及岩石的硬度。

E、取芯取样法

多数地质勘探公司更喜欢使用取芯取样器来获取地下岩心的样本，这些测试一般根据ASTM规范D-1587进行。除取样器为液压驱动的有锋利切割刃的薄壁无逢钢筒外，此类测试类似上述标准穿刺测试。需要的液压数值可在现场记录中找到，这种方法可取到相对完整的样本以便对其进行更详细的试验室分析。样本可在现场利用手持式穿刺仪分析，对于定向穿越来说，通常使用上述切割式勺状取样器即可满足施工需要。

F、颗粒度分析

将样品进行颗粒度筛网分析，是对于用切割式勺状取样器在施工现场取得的颗粒状物质所进行的一种机械试验，这些样品被送到试验室，在通过一系列的筛网后，根据其颗粒的大小和重量得出不同粒径的百分比，这是最重要的试验之一。

G、岩石情况

如果在土壤勘测中发现岩层的存在，必须确定岩层类型，相对硬度和非限定性压缩强度，要由专业勘探公司利用金刚石钻头取芯桶进行取样，典型的岩心样本直径为50毫米（2英寸）。岩石类型由地质专家根据岩心与总取心长度关系对岩石进行质量分类，岩石硬度依据岩石与以知硬度的十种材料相比较得知，压缩强度通过精确测量岩心然后进行压缩实验取得。这些数据属于岩石的物理参数，以便于确定采用什么类型的穿越设备和钻头，并且穿越进尺也可以估计到。

穿越公司网上可以搜。我现在在做一个大项目，有很多穿越，不知道你具体是做什么的，有兴趣的话，大家互相讨论学习。

㈤ 跨海大桥是如何建设的，海水那么深如何把地基打下去

我想楼主是惊叹这样的工程是怎么建设的吧.其实,这种海中或者长江黄河的大桥,最关键的是桥墩以下的桩基础,说到这里还有个概念需要澄清.我们平时看到的桥墩和桩之间还有个承台(也有单桩单柱的),桩和承台共同组成基础,而桩底所在的土层为持力层,称地基.
有的地方打桩是要提前围堰筑岛,在水中形成一个小岛和周围的水隔离开,一般使用于水深度不是很深的地方,桩顶可以做到围堰的顶部,而在水深比较深且水流速比较大,或者动水位的地方,可以搭设平台,然后在桩位上用振动锤打入钢护筒(注意,护筒在桩施工中是必不可少的,不管是在陆地上还是在水里),钢护筒的顶面和平台的顶面基本齐平,然后将钻机吊上平台进行钻孔施工.
而钻孔施工完后,进行下设钢筋笼工序,然后下设导管进行水下灌注混凝土,不象上面说的排水,当然这里面还有很多细节,比如清孔 焊接钢筋笼,初灌等.
待桩身混凝土凝固(一般要三天后,基本达到了设计强度的50%了),破桩头，进行柱子的施工,这个时候如果地下水水头高度高于桩顶标高的话要进行降水施工,这个时候施工柱子才需要钢模板.特别高的墩柱可以采用滑模施工,上面继续施工,下面的可以拆模回填了，这个时候水上来也没有事了.
到目前,在海中 黄河长江上做的桩,直径可以达到2.5米以上,深度达到110米深,桩进入中风化岩石(例如硬质岩石有凝灰熔岩 石灰岩 花岗岩 玄武岩 软质岩石有页岩 砂岩 泥岩等等)可达几米,这样计算的话,一根桩的混凝土方量可以达到四 五百方.

㈥ 岩溶区桩基础施工技术

2.9.1桂林岩溶区常用的桩基础

由于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层软流塑状态的软土，当经过地基持力层强度验算，软弱下卧层强度验算，地基变形验算，或者地基稳定性评价，至少有一项不满足要求时，且地基处理或许成本较高时，此时，桩基础便是最佳的选择。在桂林岩溶地区，主要采用灌注桩基础，灌注桩是在现场的设计桩位上直接采用机械或人工成孔，根据采用的成孔方法和手段不同，又分别称为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等，其他桩型在桂林岩溶区较少使用。

2.9.2桂林岩溶区沉管灌注桩施工工艺

沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有活瓣式桩靴或预制钢筋砼桩尖的钢管沉入土中，然后边浇筑砼，边锤击或振动拔管。

桂林岩溶地区的沉管灌注桩，绝大多数是漓江一级阶地的卵石层以及二级阶地的含卵石粘土（混合土）作为桩端持力层，也有部分选用石灰岩作为桩端持力层。该基础类型的优点是桩径、桩长可以随地质条件的变化，作适当调整，而且这类桩基施工进度较快，工期相对较短，单位造价较低。当选用石灰岩作为桩端持力层时，有如下缺点：①在基岩面起伏变化大的地段，易产生斜桩甚至滑桩；②当桩尖置于鹰嘴岩、石芽等不完整岩体时，无法保证其承载力；③若基岩上部有卵石分布时，基桩的施工较为困难。

2.9.2.1施工准备

2.9.2.1.1材料

主要包括水泥、砂、石、钢筋等。

（1）水泥：采用硅酸盐水泥，水泥进场时应有出厂合格证明书。施工单位应根据进场水泥品种、批号进行抽样检验，合格后才能使用；

（2）中粗砂：采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂，其含泥量不大于3％;

（3）石子：采用坚硬的碎石或卵石，最大粒径不宜大于40 mm，且不宜大于钢筋最小净间距的1/3，含泥量不大于2％;

（4）钢筋：钢筋进场时应有出厂质量合格证明书，应检查其品种规格是否符合要求及有无损伤、锈蚀、油污，并应按规定抽样，进行抗压、抗弯、焊接试验，经试验合格后方能使用（进口钢筋要进行化学成分检验和焊接试验，符合有关规定后方可用于工程）。钢筋笼的直径除应符合设计要求外，还应比套管内径小60～80 mm;

（5）桩尖：一般采用钢筋砼桩尖，其配筋构造和数量必须符合设计或施工规范的要求。

2.9.2.1.2作业条件

（1）施工前应作场地查勘工作，如有架空电线、地下电线、给排水管道等设施，妨碍施工或对安全操作有影响的，应先作清除、移位或妥善处理后方能开工；

（2）施工前应做好场地平整工作。雨季施工时，要采取有效的排水措施；

（3）应具备施工区域内的工程地质资料、经会审确定的施工图纸、施工组织设计（或方案）、各种原材料及预制桩尖等的出厂合格证及其抽检试验报告、砼配合比设计报告及其有关资料；

（4）桩机性能必须满足成桩的设计的要求；

（5）最好能够会同设计单位选定1～2根桩进行打桩工艺试验（即试桩）以核对场地地质情况及桩基设备、施工工艺等是否符合设计图纸要求。

2.9.2.2操作工艺

（1）锤击沉管灌注桩的施工方法一般为“单打法”，但根据设计要求或土质情况等也可采用“复打法”；

（2）锤击沉管灌注桩宜按流水顺序，依次向后退打。对群桩基础及中心距小于3.5倍桩径的桩，应采用不影响邻桩质量的技术措施；

（3）桩机就位时，桩管在垂直状态下应对准并垂直套入已定位预埋的桩尖，桩架底座应呈水平状态及稳固定位，桩架垂直度允许偏差不大于0.5％;

（4）桩尖埋设后应重新复核桩位轴线。桩尖顶面应清扫干净，桩管与桩尖肩部的接触处应加垫草绳或麻袋；

（5）注意检查并保证桩管垂直度无偏斜后才正式施打。施打开始时一般先低锤慢击，施打过程若发现桩管有偏斜时，应采取措施纠正。如偏斜过大无法纠正时，应及时会同施工负责人及技术、设计部门研究解决；

（6）沉管深度应以设计要求及经试桩确定的桩端持力层和最后三阵，每阵十锤的贯入度来控制，并以桩管入土深度作参考。在桂林岩溶地区，以卵石作为桩端持力层时，一般最后三阵每阵十锤的贯入度不大于20 mm，且每阵十锤贯入度值不应递增；

（7）拔管时采用倒打拔管的方法，用自由落锤小落距轻击不少于40次/m in，拔管速度应均匀，对一般土层以不大于1 m/min为宜；

（8）按设计要求进行局部复打或全复打施工，必须在第一次灌注的桩身砼初凝之前进行。

2.9.2.3施工注意事项

2.9.2.3.1避免工程质量通病

（1）为防止出现缩颈、断桩、砼拒落、钢筋下沉、桩身夹泥等现象，应详细研究工程地质报告，制订切实有效的技术措施；

（2）灌注砼时，要准确测定一根桩的砼总灌入量是否能满足设计计算的灌入量，在拔管过程中，应严格控制拔管速度，发现缩颈及时采取措施处理；

（3）如采用跳打法施工，跳打时必须等相邻成形的桩达到设计强度的60％以上方可进行；

（4）拔管时尽量避免翻插，以防止孔壁周围的泥挤进桩身，造成桩身夹泥。

2.9.2.3.2主要安全技术措施

（1）在施工方案中，认真制订切实可行的安全技术措施；

（2）清除妨碍施工的高空和地下障碍物，平整打桩范围内的场地和压实打桩机行走的道路；

（3）对临近原有建（构）筑物，以及地下管线要认真查清情况，并研究采取有效的安全措施，以免震坏原有建筑物而发生伤亡事故；

（4）打桩过程中，遇有施工地面隆起或下沉时，应随时将桩机垫平，桩架要调直；

（5）打桩时，严禁用手去拨正桩头垫料，同时严禁桩锤未打到桩顶即起锤或刹车，以免损坏打桩设备；

（6）严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ 46—2005）的有关规定。

2.9.3桂林岩溶区钻（冲）孔嵌岩灌注桩施工

桂林岩溶区钻（冲）孔嵌岩灌注桩，选用石灰岩作为桩端持力层。钻（冲）孔嵌岩灌注桩不但能穿越局部密实卵石层，而且能穿越石灰岩石芽、厚度较小的溶洞顶板而到达有足够持力层厚度的完整段的石灰岩；也解决了其他桩型因基岩面起伏而出现的滑桩、斜桩问题，能够保证较高的承载力。该类桩基的单桩承载力高，可以一柱一桩，安全可靠，桩长桩径设计灵活性大。施工噪音相对较小，但缺点是单位造价高，单桩施工时间较长，施工时泥浆、污水易对周围环境造成不良影响。

2.9.3.1施工前准备工作

（1）场地平整，清除杂物，回填土夯打密实；

（2）挖泥浆池、沉淀池、储水池，准备合格粘土；

（3）水、电源接通；

（4）平直机架，保证钻孔过程中不能移位和不均匀沉陷；

（5）符合指标要求的泥浆，一般采用粘性土。

2.9.3.2钻孔

（1）钻具联结要铅直，初期钻进速度不要太快，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌，钻进速度和泥浆排量相适应。

（2）钻进过程中，经常检查泥浆指标变化情况，并注意调整钻孔内泥浆高度。一般选用膨润土、CMC、PHP、纯碱等配制优质泥浆。根据地层情况及时调整泥浆性能，泥浆性能指标参考如下：

泥浆相对密度：1.1～1.15；

黏度：一般地层16～22 s，松散易坍地层19～28 s；

含砂率：新制泥浆不大于4％；

胶体率：不小于95％;

pH值：7～9。

（3）钻进过程中及时滤渣，同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地层的类型，记入记录表中，并与设计提供的地质剖面图相对照，钻渣样应编号保存，以便分析备查。

（4）经常检查机具动转是否正常，发现异常应立即报告，需加润滑油部分每班必须检查一次。

（5）终孔后按规范规定进行清孔，桩底沉渣一般不超过10 cm。

2.9.3.3钢筋笼制作与安放

（1）钢筋进场必须具有合格证，每批材料、每种规格均需抽样检查合格后方可使用；（2）钢筋绑扎过程中应严格遵守规范；

（3）钢筋吊装中要防止变形，钢筋笼入孔后应牢固定位，提升导管时必须防止钢筋笼拔起；

（4）适当焊接加固钢箍和吊挂筋，保证钢筋笼安装过程不变形。

2.9.3.4砼灌注

（1）灌注混凝土前，在孔口安放护孔漏斗，然后放置钢筋笼，并再次测量孔内虚土厚度。扩底桩灌注混凝土时，第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实；浇注桩顶以下5 m 范围内混凝土时，应随浇注随振动，每次浇注高度不得大于1.5 m;

（2）施工中应保持场地清洁卫生，泥浆不得到处外溢，沉渣应及时清除；

（3）当施工完成后，应凿除桩头预加高度的砼。

2.9.3.5钻（冲）孔嵌岩灌注桩基础施工注意事项：

（1）施工中必须保证桩端全断面嵌入完整基岩中，最小嵌岩深度必须≥0.5 m，且须保证桩端下有足够厚度的完整石灰岩；

（2）施工过程中在局部软弱土段、松散卵石段、易产生缩径、塌孔现象，在岩面陡峭、石芽等岩溶发育地段会产生斜孔、卡孔等现象，采用泥浆护壁时，会出现漏浆问题，这时必须采取有效措施加以防治；

（3）浇注混凝土前必须做好沉渣清理工作，沉渣厚度必须≤50 mm。当有地下水时，浇注时须采用水下浇注混凝土工艺施工；

（4）单桩承载力需经过静载或高应变动测法确定。

2.9.4桂林岩溶区人工挖孔灌注桩施工

人工挖孔桩，是利用人工挖孔、在孔内放置钢筋笼、灌注混凝土的一种桩型。常见的施工方法就是由人工向下挖掘土（岩）成圆孔，且每挖1 m 左右支模浇注一圈混凝土护壁，如此不断下挖，一直到设计要求的深度，然后在孔内安放钢筋笼，灌注桩身混凝土。人工挖孔桩主要适用于岩溶发育不强烈、上覆土层不厚及基岩可作为稳定桩端持力层的地质情况；对于持力层深度大、地下水丰富（如漓江一级阶地的砂、卵石地层）、有软土存在或岩溶强烈发育的地方，如果强行开挖，往往因护壁困难或涌水量骤增造成施工困难甚至无法施工，且强排地下水将对周围环境造成不良影响，此时应慎重使用或不使用。桂林岩溶区的人工挖孔桩的孔径（不含护壁）一般大于1.0 m，小于2.5 m；孔深一般不超过20 m。

2.9.4.1施工准备

（1）熟悉施工图纸及场地的水文地质资料，编制切实可行的施工方案；

（2）全面开挖之前，有选择地先挖两个试验桩孔，分析土质、水文等有关情况，以此修改原编施工方案；

（3）开挖前场地应完成三通一平各项临时设施，如照明、动力、安全设施准备就绪；

（4）按基础平面图，设置桩位轴线、定位点；

（5）人工挖孔灌注桩施工用的机具准备：如混凝土搅拌机、卷扬机、吊桶、护壁模板、扬程水泵、通风及供氧设备、镐、锹、土筐、防水照明灯（低压36V、100W）、安全帽、安全带等。

2.9.4.2施工工艺

工艺流程：测量控制→锁孔口→检查桩位（中心）轴线→安装施工机具→逐层往下循环作业→检查验收→吊放钢筋笼→浇注桩身混凝土。

2.9.4.2.1测量控制

桩位轴线采取在地面设十字控制网、基准点。

2.9.4.2.2锁孔口

（1）开挖第一节桩孔土方：开挖桩孔应从上到下逐层进行，先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效地控制开挖孔的截面尺寸；

（2）浇筑第一节护壁混凝土：桩孔挖完一节后立即浇筑护壁混凝土，人工浇筑捣实。

2.9.4.2.3检查桩位（中心）轴线

每节桩孔护壁做好后，必须将桩位十字轴线和标高设在护壁的上口，然后用十字线对中，吊线坠向井底投设，以半径尺杆检查孔壁的垂直平整度，随之进行修整。井深必须以基准点为依据，逐根引测，保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

2.9.4.2.4安装施工机具

（1）架设垂直运输架：要求搭设稳定、牢固；

（2）在垂直运输架上安装电动葫芦或卷扬机；

（3）安装吊桶、活动盖板、照明、水泵和通风机等。

2.9.4.2.5逐层往下循环作业

将桩孔挖至设计深度，清除虚土或虚渣，桩底应支承在设计所规定的持力层上。

2.9.4.2.6检查验收

成孔以后必须对桩身直径、孔底标高、桩位中线、井壁垂直、虚土厚度进行全面测定，做好施工记录。

2.9.4.2.7吊放钢筋笼

吊放钢筋笼时，要对准孔位，直吊扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼放到设计位置时，应立即固定。

2.9.4.2.8浇注桩身混凝土

按规范规定向桩孔内浇注混凝土。

2.9.4.3桩孔质量要求保证

（1）对桩的垂直度和孔径，每段检查，发现偏差，随时纠正，保证位置正确；

（2）桩底持力层应满足设计承载力要求；

（3）浇筑混凝土后的桩顶标高及浮浆的处理，必须符合设计要求和施工规范的规定。

2.9.4.4挖孔安全保证经验措施

（1）挖孔时井外作业人员作为该孔安全员，时刻监控井周与井下人员安全；

（2）认真研究钻探资料，分析地质情况，对可能出现流砂、管涌、涌水以及有害气体等情况制定针对性的安全措施；

（3）挖出的土方必须及时运走，井孔口周边1 m 范围内，禁止堆放土石方，且堆土高度不应大于0.8 m，未浇注的桩3 m 范围内严禁过重车；

（4）挖孔作业人员、监护人员，必须戴安全帽，严禁穿拖鞋、赤脚、酒后上岗作业；

（5）井内人员必须乘专用吊笼上下，不乘坐吊桶或脚踩护壁上下井孔。井孔内必须设置应急时使用的安全绳和软爬梯；

（6）当孔深较大时，应向孔下通风，加强空气对流，必要时输送氧气，防止有毒气体危害。操作时上下人员轮换作业，桩孔上人员密切注意观察桩孔下人员情况，预防安全事故发生；

（7）当地下水量不大时，随挖随将泥水用吊桶运出，地下渗水量较大时，吊桶满足不了排水，先在桩孔底挖集水坑，用高扬程水泵抽水。作业人员必须离开井孔，严禁人机同坑作业。要随时观察井壁变化；

（8）严格按照有关规定安装现场电源线路及电气设备，由持证电工负责安装维护，经验收合格后，方准投入使用；施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须遵守现行行业标准《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ 46—2005）的规定。

（9）当相邻孔桩在浇灌桩心砼时，原则上要停止掘进，以防竖井在较大侧压力下土体失去稳定而坍塌；

（10）桩孔必须每挖一定深度进行护壁，严禁只挖不护壁；大雨天气，不得进入孔下作业。

2.9.5人工挖孔灌注桩的孔壁稳定性^[35]

人工挖孔灌注桩是在设计桩位采用人工挖掘方法成孔，然后安放钢筋笼，灌注混凝土而成桩的一种桩基础。它具有许多优点：可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，另外还较经济。因此，在场地条件许可的情况下（如地下水量不大），很受欢迎。但它在没有混凝土护壁的情况下，很容易塌孔，而对施工安全造成隐患。目前，有些生产单位及设计者出于工程经济考虑，在不采用混凝土护壁筒的情况下，挖孔施工能顺利进行，但有时也会出现挖孔孔壁垮塌而无法施工，甚至出现不安全的情况，因此，不采用护壁挖孔施工应当慎重。当前许多设计及施工人员还只是凭经验确定挖孔桩的孔壁稳定，并无确切的理论依据。本文试图利用弹性理论，研究和探讨人工挖孔灌注桩孔壁稳定性（无护壁情况下）的定量计算分析方法。

2.9.5.1挖孔桩孔壁周围土体的应力状态

地基在人工开挖前，在地面以下h处所受的应力状态为：竖直压力为γh，水平压力为K₀ ·γh（K₀ 为土的静止侧压力系数，γ为土的重度）。设地基土层是均质各向同性的弹性体，在地面以下深度为h处同一水平面上各点的应力状态相同。地基在人工开挖以后，根据弹性理论，挖孔桩周围土体的应力状态发生改变，将会产生应力集中现象。

图2.8 人工挖孔桩周围土体的应力Fig.2.8 Stress in the periphery soil of hand—excavated hole piles

现取地基下深度为h的地基水平面，来分析挖孔桩孔壁周围土体的应力状态，设人工挖孔灌注桩的半径为a，在挖孔的很远处地基所受的水平应力为K ₀ ·γh。为此，可把挖孔桩周围土体应力分布问题，视作一个双向受压无限板孔的应力分布问题（图2.8），采用极坐标来求解土洞周围土体应力。此问题在弹性理论中得到的平面问题解答，其求解应力的公式为：

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

式中：σ_r——挖孔周围土体中的径向应力；

σ_θ——挖孔周围土体中的切向应力；

τ_rθ——挖孔周围土体中的剪切应力；

p——作用在土体上的水平应力；p=K₀ ·γh

θ——与水平轴的夹角。

在挖孔桩孔壁周围土体产生的应力，即在r=a处，根据式（2.27），可得：

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

由式（2.28）可知，在孔壁周边处，切向应力σ_θ最大，径向应力σ_r=0，剪应力τ_rθ＝0。σ_θ、σ_r为大、小主应力。

2.9.5.2挖孔桩孔壁周围土体稳定性判别

地基土层中的一点是否破坏，可利用莫尔—库伦极限平衡准则进行判别。根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系（图2.9），可建立以σ₁、σ₃ 表示的土中一点的剪切破坏条件，即土的极限平衡条件。

图2.9 土的极限平衡条件Fig.2.9 The limit equilibrium condition of soil

由图2.9中的几何关系得：

R O = c × cotφ

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

化简式（2.29），可得极限平衡条件为：

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

或

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

在土洞周边处，由于τ_rθ＝0，所以σ_θ、σ_r为大、小主应力，σ₁＝σ_θ，σ₃＝σ_r=0，得到土的极限平衡条件式如下：

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

由式（2.28）可知，σ_θ、σ_r分别为孔壁周边土体中的大、小主应力，将σ_θ＝2K₀ · γh，σ_r=0代入式（2.32）进行稳定性判别。

若要判别孔壁以外（r>a）处任一点是否破坏，可按式（2.27）求出该点处的应力σ_r，σ_θ，τ_rθ（此时σ_r，τ_rθ不为0），然后将求得的σ_r，σ_θ，τ_rθ代入式（2.30）或式（2.31），可得到该点处的大、小主应力σ₁、σ₃:

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

最后，将所求得的大、小主应力σ₁、σ₃ 用莫尔—库伦准则即式（2.32），进行判别是否破坏。

2.9.5.3应用举例

某桩基拟采用Φ1200 mm的人工挖孔灌注桩基础，场地内无地下水，以微风化石灰岩为桩端持力层。石灰岩面埋深10.6 m。拟不采用混凝土护壁，地层情况见图2.10。

图2.10 地基土层示意图Fig.2.10 Diagram for foundation soil

为了判别在不采用混凝土护壁的情况下，施工是否可行，首先，可根据式（2.28）计算出挖孔在不同深度处孔壁土体的应力σ_r、σ_θ、τ_rθ（其中σ_r=0，τ_rθ＝0），然后用式（2.30）计算其达到极限平衡时所需的大主应力σ₁值，最后用式（2.32）进行安全稳定性判别：计算及判别结果见表2.21。

由表2.21的计算结果可知，该人工挖孔桩在6.3～7.8 m 及8.8～10.6 m范围段内的孔壁土体将产生破坏坍塌，需采取有关措施（如混凝土护壁）。

2.9.5.4结论

人工挖孔灌注桩以其优点多而深受欢迎，但在无护壁情况下，其孔壁稳定性是施工成败的关键。对其稳定性的评价，可利用弹性理论在文中推导的有关公式，先计算任一深度孔壁土体的应力状态，再根据莫尔—库伦极限平衡条件进行孔壁土体稳定性计算判别，如孔壁土体有不稳定的情形，可采取有关措施（混凝土护壁），以确保人工挖孔桩施工的顺利进行。

表2.21 人工挖孔桩孔壁土体应力及稳定性判别Table 2.21 Soil stress of hole-wall and stability judgementfor hand-excavated hole piles

2.9.6桂林岩溶区桩基础施工常见事故与处理

桂林岩溶地区桩基础施工常见事故，主要是钻（冲）孔灌注桩基础发生较多，因为其施工工艺较沉管灌注桩和人工挖孔灌注桩相对复杂，下面主要分析总结钻（冲）孔灌注桩基础常见事故原因以及其处理方法。

打桩成孔过程中在溶洞区段常出现桩孔倾斜、卡锤、锤头掉落桩孔中，浇注混凝土时出现混凝土流失等现象。

2.9.6.1桩孔倾斜、弯孔

桩孔倾斜、弯孔的主要原因可能是基岩中石芽、溶沟、溶槽、溶洞等岩溶形态发育或岩面坡度较大。在施工冲击成孔时，施工冲击速度过快，致使冲击锤向岩土中软弱方向滑移，形成斜孔。若在遇竖向型不规则洞隙的位置冲击时，易沿洞隙发育位置形成弯孔，有时还产生卡锤事故。

在桂林岩溶地区若采用钻（冲）孔灌注桩基础，一般都是大直径灌注桩，即其直径一般大于800 mm，桂林岩溶区岩土工程勘察，均是按照《岩土工程勘察规范》（ GB 50021—2001）第5.1.6条的要求，即要求勘探点逐桩布置，勘探深度应不小于底面以下桩径的3倍并不小于5 m，当相邻桩底的基岩面起伏较大时应适当加深。这样可以充分查明地下的溶洞分布情况，并采取合理的措施，当冲击钻进至溶洞顶部位置附近时即采用低锤轻击；对单个石芽或孤石，用高低冲程交替冲击，将石芽或孤石击碎或挤入孔壁；对溶沟、溶槽、溶洞，向桩孔内抛填块石、片石，填入的块石、片石应高于倾斜面数十厘米以上，边回填边低锤轻敲，冲击锤全断面进入岩体后，再进行正常冲击。

如果在桩基础施工的成孔过程中出现桩孔倾斜，说明溶洞区段可能有斜坡岩或冲孔过程中由于填充物不实，造成桩底岩石已经出现倾斜而无法冲进的情况；当遇到这种情况时，可暂停打桩冲进，把锤头提出桩孔，然后向桩孔内浇筑混凝土（混凝土中可掺入速凝剂），当混凝土凝固后，再继续施工，如此反复几次便可以将桩孔倾斜的问题通过修补解决。

上述处理办法同样适合钻孔桩基础的施工。

2.9.6.2冲孔桩的卡锤、掉锤

冲击锤进入岩溶洞隙中，特别是竖向型岩溶洞隙中，洞隙较大，冲击锤倾倒，上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤；或由于泥浆浓度高，冲击过程中产生梅花孔造成卡锤事故等，致使冲击锤不能上提。掉锤是指冲击锤的钢丝绳陈旧、连接处松弛，转向环、转向套等焊接处断裂，造成冲击锤掉入桩孔内。

为预防施工过程中发生卡锤和掉锤事故的发生，施工时应采取以下预防措施：

（1）在进入岩溶洞隙后，投入块石、碎石、粘土，然后密集冲击，使洞隙填满，可以采用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击成孔。

（2）在溶洞内冲击钻进时，一是保持钢丝绳稳定、摆动量小，二是注意溶洞高度与冲程关系，一般溶洞较高时，可采用比溶洞高度小的冲程冲击。

（3）溶沟、溶槽岩面不规则，倾斜角度较大，且已下护筒时，易发生护筒底部卡钻现象，在回填小块石后，采用“重锤轻打”法钻进，并适当减缓钻进速度。

（4）为防止出现卡锤和锤头掉落在桩孔内现象，首先应该有预防措施，在锤头尾部拴系一根附加的预防掉落的钢丝绳，并在溶洞顶部和溶洞中打桩冲进过程中，采用轻锤低击和重锤低击的方法，不可提锤太高。

2.9.6.3塌孔、漏浆

塌孔是指成孔过程中或成孔后，孔壁不同程度塌落，严重者还引起地表塌陷。成孔中排出的泥浆不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的兆头。漏浆是指成孔过程中护壁泥浆突然沿着地下空隙通道流失的导致孔内泥浆面突然下降的现象。在岩溶地区的冲孔桩施工过程中，漏浆和塌孔事故常常是共生的，一般漏浆严重的孔桩极易出现塌孔事故。

岩溶地区的塌孔的防治措施主要有：

（1）埋设好孔口护筒，始终保持孔内有较高密度和黏度的泥浆以及合理的水头高度，以增加液柱压力。

（2）对于串联相通的溶洞，先施工溶洞较小或孤立不连的桩孔，待成桩后堵塞地下水活动通道，再施工溶洞、溶槽走向下端的桩孔，避免泥浆严重流失，引起孔壁不稳。

（3）冲击时应随时测定和控制泥浆性能参数。在冲击钻进过程中，泥浆的作用是稳定孔壁和携带钻渣。

（4）冲穿溶洞顶板不能太快，采用“重锤轻打”方法，一是保证漏浆不至于太快，能够及时补充泥浆，二是保证桩孔圆顺，冲击钻头能自如地通过溶洞顶板，避免卡钻。

（5）塌孔时及时补充泥浆保持孔内水头高度，同时投入漏浆体积1.2～1.5倍的粘土、片石，小冲程冲孔固壁，防止塌孔扩大。

（6）在岩溶地区成桩，为确保桩身的完整性和混凝土流失等现象的发生，还可以采取增加钢护筒的施工方法。将预先加工好的钢护筒（分节焊接）吊进孔内，吊进过程中必须保证桩中心的垂直度。例如，在2005年，横跨漓江的桂林南洲大桥的桩基础施工，即是采用钢管护筒防治水泥混凝土流失，桩基施工顺利。

㈦ 硬质合金钻进

硬质合金的制成、分类及其应用已在本工种基础知识分册第二章第七节中做了介绍。这里主要针对硬质合金钻进特点、钻头结构组成、钻进基本原理、钻进规程参数选用及其注意事项进行归纳阐述。

(一)硬质合金钻进含义及特点

硬质合金钻进是指将硬质合金镶焊在钻头体上作为破碎岩石工具的一种钻进方法。

硬质合金钻进的特点是:操作简便,钻进技术参数容易掌握控制,孔内事故较少;在中硬以下岩层中钻进效率高,钻孔质量好,岩心光滑,采取率较高,孔斜较小,材料消耗少,钻头镶焊工艺简单,修磨方便,成本较低。但硬质合金硬度有限,强度和耐磨性尚嫌不足,在硬岩层中钻进效率不高,钻头寿命不长。

(二)硬质合金钻头

硬质合金钻头分取心钻头和不取心钻头两大类。钻探用硬质合金钻头结构对钻进效率、钻头寿命、钻进规程和操作技术都有一定的影响。所以,一般选用硬质合金钻进时,必须根据不同地层,选用不同结构形式的钻头。

1.硬质合金钻头结构

合金钻头的结构要素有:钻头体、合金数目及排列方式、合金出刃、合金的镶焊角、钻头水口、水槽等。

(1)钻头体

钻头体是由D35号或D45号无缝钢管车制而成,钻头体是镶嵌切削具的基体,上端内壁有一内圆锥度,便于卡取岩心和保证冲洗液的畅通。加工时要求钻头体轴线垂直于端面,钻头体与丝扣同心度要高,否则会直接影响钻进效果。

(2)切削具数目

在确定切削具数目时,要考虑岩石性质、钻头直径、设备能力、岩粉的排除及合金的冷却等条件。

1)硬质合金之间的距离应有一定值,以保证岩石破碎时,能产生大剪切体进行体积破碎。

2)对硬度大、研磨性大的岩石,为了延长钻头的使用寿命,要适当增多合金数目,以保证每个合金的体积磨损量不致过大。

3)钻头直径大,破碎岩石面积大,在保证每个合金所需压力情况下,应镶焊较多的切削具。

4)在设备功率大、钻具强度大的情况下,相同钻头直径,增加切削具数目就等于增加同时工作的切削量,可以提高钻进速度。

5)确定合金数目时,还应考虑钻头体上所允许的水口数目,以保证每个合金的完整冲洗与冷却。

(3)切削具出刃

钻进时为了使切削具能顺利地切入岩石,并保持冲洗液畅通以减少钻头的磨损,切削具必须突出钻头体一定的高度,这高度部分则称为出刃。切削具的出刃有内出刃、外出刃和底出刃。

内、外出刃主要是造成钻头体与岩心、钻头体与孔壁之间的环状间隙。加大内、外出刃,会使破碎岩石面积增大,钻头回转阻力增大,切削具容易崩刃折断,功能的消耗增多。但较大的内、外出刃,会使冲洗液流通阻力减少,有利于岩粉排除和减少岩心堵塞机会。底出刃担负切入和破碎岩石的任务。底出刃大,切入岩石深度大,也有利于冲洗液畅通,但过大了,会造成崩刃折断,影响钻进。底出刃有两种形式:一种是平底式,另一种是阶梯式。

2.自磨式针状硬质合金钻头

所谓自磨式硬质合金钻头,就是将较小断面的硬质合金包镶在胎体内,钻进时,随胎体的磨耗合金自磨出刃,合金与岩石的接触面积不变,始终保持一定的克取能力,直到底出刃完全磨完为止。

自磨式针状硬质合金钻头有如下特点:

1)针状合金作为硬质点均匀地分布在胎体中,多刃且断面积小,容易克取岩石,故有较高钻进速度。

2)针状合金自磨出刃,而且胎体唇面积始终保持不变,直到包镶的针状合金磨完为止,故钻速稳定,钻头寿命长。

3)针状合金被胎体支撑着,钻进中始终微露,不易崩落,保证了合金有效地克取岩石。实践证明,这种钻头适用于钻进Ⅵ～Ⅶ级及部分Ⅷ级地层,机械钻速高,回次进尺和钻头寿命长,操作方便,成本较低。

(三)硬质合金钻进的适用范围

硬质合金钻进是硬质合金钻头在轴向压力和钻具回转力作用下,破碎孔底岩石,同时用冲洗液来冷却钻头并将破碎的岩石颗粒排除孔外(或悬浮起来),为切削具继续破碎岩石创造条件。合金在破碎岩石的同时,本身也在不断磨钝和磨损,钻进速度下降。当回次钻速下降时,则采心提钻,更换钻头。硬质合金钻进适用于岩石可钻性Ⅰ～Ⅵ级及部分Ⅶ～Ⅷ级研磨性弱的岩层钻进。

1.松软至较软岩石

即可钻性Ⅰ～Ⅳ级岩石或土层,如黄土、黏土等第四纪地层及泥炭、砂藻土、泥岩、泥质岩、页岩、大理岩、白云岩等。

该类地层钻进特点是:破碎岩石容易,岩石研磨性小,钻进效率高;相应地是孔内岩粉多,岩粉颗粒大,有时孔壁易坍塌。此类地层大都是塑性岩层,都有黏性,钻进时易产生糊钻、蹩水、缩径等现象。如钻进砂岩,岩石有一定的研磨性。

钻进时,要解决的关键问题是蹩水、糊钻、保持孔内清洁和保护孔壁等。为此,最好选用内、外出刃大,底出刃大的,排水通畅的螺旋肋骨钻头,内外肋骨或薄片式合金钻头、阶梯肋骨钻头和普通式硬质合金钻头等。应选用的钻进技术参数是高转速、大泵量、较小钻压。钻进砂岩石时钻进技术参数较前为大。钻进中应选用失水量小的优质泥浆护壁。采岩心提钻动作要快。如孔壁坍塌,则应创造条件,力争快速通过,以缩短孔壁暴露的时间。钻进中发现蹩水,应加强活动钻具,以使冲洗液循环畅通,当处理失效时,则需立即提钻,绝不能用改小水量的办法勉强钻进,以免孔底岩粉越聚越多,造成埋钻或烧钻事故。

2.中硬岩石

即可钻性Ⅴ～Ⅵ级岩石,如钙质砂岩、石灰岩、橄榄岩、细大理岩等。

这类地层钻进特点是:钻进效率不高,岩石有一定的研磨性,护壁问题不大,钻进时要解决的关键问题是如何提高钻进效率。应尽量选用高效钻头,充分发挥分别破碎及掏槽破碎岩石作用。所以应选用各种阶梯式破碎钻头和各种小切削具钻头,如品字形钻头、三八式钻头等。钻进时应采用“两大一快”(钻压大、泵量大、转速快)的钻进技术参数。

3.硬岩

即可钻性Ⅶ级及部分Ⅷ级岩石,如辉长岩、玄武岩、结晶灰岩、千枚岩、板岩、角闪岩等。

该类地层的钻进特点是:岩石硬,有研磨性,合金磨损较严重,钻进效率低。钻进时要解决关键问题是在延长钻头寿命的情况下提高效率。钻进时应选用大八角、负前角、针状硬质合金钻头等。钻进技术参数为:大钻压、中速、中泵量。

4.裂隙及研磨性岩石

该类地层钻进特点是合金崩刃和合金磨损严重的问题。解决关键问题是防止合金崩刃,减少合金磨损,延长钻头寿命。应选用抗崩刃和抗折断能力强的钻头。如大八角、负前角、双品字、针状硬质合金钻头。在裂隙发育地层,应选用较低钻压、中等转速和中等泵量。在研磨性大的地层应选用大钻压、较大泵量和适当小的转速。

(四)硬质合金钻进基本原理

钻进中,镶焊在钻头体上硬质合金切削具受两个力作用,即轴向压力(给进力)P_y和回转力P_x的作用(图4-11)。当轴向压力P_y达到一定值后,硬质合金切削具对岩石单位面积的压力超过了岩石抗压入阻力,其刃部便切入岩石,并达到一定深度h₀,与此同时在回转力P_x的作用下,共同向前切削岩石,如果岩石较脆,受力体被剪切推出;若岩石较软呈塑性体,利用合金切削具前部岩石便被削去一层,孔底工作面呈螺旋形式不断加深。

图4-11 合金切入岩石

P_y—轴向压力;P_x—回转力;h₀—合金切入深度

图4-12 合金切入脆性岩石

P_y—轴向压力;P_x—回转力;KOK'—崩落岩屑

钻进脆性岩石时,如图4-12所示。合金(切削具)在轴向压力作用下切入岩石,当合金与接触面压力大于岩石抗压强度时,则岩石发生脆性剪切,剪切体沿滑剪切面向自由面崩出,切削具同时压入破碎后的KOK’坑穴中。由于切削具是单斜面的,崩出后的岩体不对称。当合金切入h0深度后,在回转力P_x作用下则发生水平剪切的过程。首先是将岩石KOK’块剪切掉,此时称为大剪切;当切削具继续前进时,在切削具的刃尖端不断发生小体积剪切,崩落出小体积岩屑;经过不断地小体积剪切后,切削具刃前与岩石全部接触,又发生大体积剪切。因此,在脆性岩石中回转切削过程是由数个小剪切和一个大剪切所组成的不断循环过程。同时,由数个小剪切到大剪切,切削槽也由窄变宽,切削槽底面不平,底槽深度也在高低不平变化着,回转阻力也由小变大。

钻进塑性岩石时,如图4-13所示。只有当合金(切削具)上轴向压力大于与岩石接触面上的抗压强度时,才能切入岩石。岩石产生塑性变形,挤向两边,破碎岩石体积等于合金(切削具)切入体积。与此同时,在回转力P_x作用下,压迫并切削前面岩石,使之发生塑性变形,并不断向自由面之前滑移切削。钻进时切削过程是平稳的、连续的,并且切削槽宽与刃宽基本上是相等的。

硬质合金切削具破碎了岩石表层后,便处于岩石的槽沟中,如图4-14所示。实践证明,切削具再对槽沟底部岩石进行破碎时,所需的轴向压力和回转力比破碎表层岩石大。而且破碎岩石体积小,这主要是槽沟底部只有一个自由面,破碎时受到了周围岩石限制。因此在钻进时,如能改变切削槽底面(工作面)的形状,增加孔底工作面上的自由面,将有利于切削具对孔底岩石破碎。切削具底出刃呈阶梯状列的钻头,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。

图4-13 合金切入塑性岩石

P_y—轴向压力;P_x—回转力;h₀—合金切入深度;b—合金切入宽度

图4-14 合金切削孔底的形状

P_y—轴向压力;P_x—回转力;a'b'c'—大剪切体;β—合金侧刃崩落角;B—切屑具宽度;B₁—大剪切岩石槽宽

从上可以看出,钻头上合金切削具既要克服岩石的抗压入阻力,又要克服岩石的抗剪切强度。同一种岩石,其抗压入强度要比抗剪强度大得多。因此,在钻进时所需的轴向压力要比回转力大,切削具刃部所受到的摩擦力也很大。导致硬质合金切削具在孔底破碎岩石的同时也被磨损,使刃角逐渐变钝,增大了切削具与岩石的接触面,降低了切削具单位面积上的压力,破碎岩石效率逐渐降低,为保证破碎岩石的正常进行,应逐渐增加轴向压力。因此,必须注重研究钻进中硬质合金的磨损问题。在实际钻进中,用泥浆或乳化液冲孔时,对合金切削具有一定的润滑作用,可减少合金磨损。同时及时用冲洗液冷却钻头合金切削具并使孔底清洁,对减少合金的磨损会起重要作用。

(五)硬质合金钻进规程参数及其选用

硬质合金钻进技术参数通常指钻压(钻具的轴向压力)、转速(钻具的回转速度)及冲洗液量等钻进过程中可以控制的参数值。它们对钻进效率、钻孔质量、材料消耗、施工安全等有直接影响。因此,在操作过程中应根据岩石性质、钻头结构、钻探设备能力和钻具的适应能力,以及钻孔质量要求等条件进行合理确定。

1.钻压

有两种表示方法,即钻头上总钻压P(又称为钻头轴向压力P_y)和单位钻压(又称每颗合金上的钻压P)。钻头钻压和回转力构成了切削具破碎岩石的切削力。增加钻头压力,是提高钻速的主要途径。

钻压大小对钻进效率和钻头寿命都有很大影响,在其他条件不变的情况下,在一定范围内,钻速和钻头的寿命都将随钻压的增大而增加。

采用针状合金钻头时,因钻头上针状合金胎块的截面面积大于同径的普通合金钻头切削具刃部的截面,又因有一部分钻压要消耗于胎体的磨损,因此需要较大钻压,一般比同径普通合金钻头所需压力大20%左右。

钻头总钻压P可用下式计算:

轴向压力P_y=切削具数目m×每颗切削具所需钻压(P)

2.转速

钻头转速是指钻头每分钟的转动速度。它是衡量钻具回转快慢的参数。

钻头转速通常有如下两种表示方法:①转数(n):钻头每分钟的转数,r/min;②圆周线速度(v):钻头回转时的圆周速度,m/s。

在硬质合金钻进中,通常采用钻头每分钟转数表示转速。对于硬质合金钻进,钻头转数的选用对其钻速影响很大。

生产实践证明,在一定的条件和范围内,增加钻头转数,即增加了合金切削具的破碎岩石次数;钻速随转数的增加而增高。不同性质的岩石要求的最优转数也不相同,转速的增加有最优极限值,超过此值后,钻速反而会下降,其原因主要是在高转速的条件下,合金切削具在岩石表面的作用时间太短,而影响切削具的切入深度,以至钻速下降。另一原因是高转速使孔底温度增高,切削具加快磨钝而使钻速下降。

为了提高钻速,在一定的钻压下,应根据钻探设备能力、岩石性质、钻头结构以及孔深、孔径等条件来合理选择最优转速值。一般情况下,在钻进软岩石或利用小口径钻进时,可用高转速;当钻进硬的、研磨性大的岩石、非均质和裂隙发育的岩石、深孔及大口径钻进时,应适当降低转速。

3.冲洗液量

硬质合金钻进时,冲洗液的质量与数量对钻进速度有很大影响。根据资料证明,钻速随冲洗液的密度或黏度的增大而下降。在钻探生产中条件允许时,应尽量采用清水、低固相和无固相冲洗液钻进,提高钻进效率。从理论上讲,增大冲洗液量,可以迅速地排除岩粉岩屑,经常保持孔底工作面清洁,提高钻速;同时也起冷却、润滑钻头上切削具的作用,减少其磨损,延长钻头寿命。但如冲洗液量过大,液流经过钻头底部急剧转向,造成很大水压,增大通水阻力,对钻头产生很大浮力,使钻头有效压力减少,导致钻速降低,同时岩矿心和孔壁的冲刷破坏作用也随之增大,在松软岩层钻进,岩矿心采取率降低,并加剧了孔壁坍塌,也增加了水泵磨损。送水量过小,造成岩粉岩屑在孔底工作面堆积,造成孔底重复破碎量增大,增加了切削具在孔底的回转阻力,加速了切削具的磨损,甚至会产生埋钻、烧钻及折断钻杆事故。合理的冲洗液量应根据岩石性质、钻头直径、单位时间内产生岩粉量等因素确定。如岩石软,进尺快,产生岩粉多,冲洗液量应大些;岩石颗粒粗,密度大,应适应增加冲洗液量;钻头直径大,孔深、钻杆和孔壁渗漏多,冲洗液量应大些。在松软破碎的地层钻进,为防止冲毁岩矿心,冲垮孔壁,应用较小冲洗液量。

用硬质合金钻进对不同岩石应当有综合最优钻进技术参数。在钻进塑性松软岩石,最好采用高转速、小钻压、大泵量;在钻进Ⅳ～Ⅴ级中等硬度的岩层,可采用较高转速、中等钻压、较前稍小的泵量;钻进硬而研磨性大的岩层时,应采用大钻压、低转速、中等泵量。总之,钻进Ⅴ级以下的岩层以采用较高转速为主;钻进Ⅵ级以上岩层以采用较大钻压为主。

(六)硬质合金钻进注意事项

为了提高硬质合金钻进效率和钻头寿命,除根据地层特点,合理选用不同类型钻头,正确掌握钻进技术参数和尽量采用小口径钻进外,还必须有正确的操作方法。

1)新钻头入孔底前,要严格检查钻头的镶焊质量,分组(5～6个钻头为一组)排队轮换修磨使用,以保持孔径一致。分组排队的顺序是:外径由大到小,内径由小到大。

2)下钻时,对孔内情况要心中有数,如孔内有探头石、大掉块和硬的脱落岩心等时,不要下钻过猛,防止墩坏钻头。拧卸钻头时,不宜用管子钳,以免夹扁钻头,使用自由钳也不咬在合金上,以防压伤压裂硬质合金。

3)钻具下入孔内,接上主动钻杆后,应开泵送水,以使孔底沉积岩粉(屑)处于悬浮状态。然后边冲边下,当钻具不再继续下行,表明钻头已经接触孔底或碰到残留岩心,这时应将钻具提上0.3m左右,采用轻压、慢转的参数扫至孔底。如下钻过猛,很可能发生蹩水、碰碎合金及岩心堵塞等故障。

4)开始钻进时,先采用轻压、慢转和适量的冲洗液钻进3～5min,待钻头工作适应孔底情况后,再将钻压、转速增加到需要值。正常钻进或扫孔倒杆,开始时,应使钻具呈减压状态开车,以防钻杆或钻具过重压坏合金。

5)正常钻进时,给压要均匀,不得无故提动钻具,以免碰断岩心发生堵塞,在卵石层中钻进,无故提动钻具,也会使已经进入岩心管内的卵石脱出,影响钻进速度。钻进中要随合金切削具的磨钝需要增大钻压。发现孔内有异状,如糊钻、蹩水或岩心堵塞时,应立即处理,处理无效,立即提钻。

6)钻进时,要注意保持孔内清洁。孔内残留岩心在0.5m以上或有脱落岩心时,不得下入新钻头。孔底有崩落合金时,或由钢粒改为合金钻进时,必须将钢粒捞尽磨灭后,才能下入合金钻头进行钻进。

7)在松软、塑性地层使用肋骨钻头或刮刀钻头钻进时,为消除孔壁上的螺旋结构或缩径现象,每钻进一段后,应及时修正孔壁。

8)合理掌握回次提钻时间。每次提钻后,要检查钻头的磨损情况,以改进下回次的钻进技术参数。

9)采取岩矿心时,严禁用钢粒卡取岩矿心。严禁猛墩钻具,以免损坏合金。取心提钻要稳,防止岩心脱落。退心时,不要用大锤直接敲打钻头。