气举反循环成孔技术在复杂施工环境中的应用

□文/王振东

气举反循环成孔技术在复杂施工环境中的应用

□文/王振东

地下连续墙气举反循环成孔技术经过多年实践，已经日渐成熟并逐渐被成槽机成孔技术所取代，但是它在很多复杂地形中仍然不可替代。文章以实际工程为例，介绍施工过程中因遇到原建遗留物，采用气举反循环成孔技术合理有效地完成施工任务。

气举反循环；成孔；复杂地形；地下连续墙

1　工程概况

蓝钻国际大厦位于天津中新生态城起步区核心位置，总建筑面积109 863.8 m2，其中地上总建筑面积78701m2，地下总建筑面积31 162.8 m2，地下2层，地上43层，建筑总高度为195.45 m，地下1～2层为车库与设备间。基坑支护结构采用地下连续墙，地下连续墙有效深度22m，墙厚800mm，混凝土强度C40P8，共96幅。

2　工程难点

在施工第18幅地下连续墙时（仅剩余16、17、18三幅地下连续墙），成槽机抓斗在挖掘的过程中导墙底标高下5m处遇硬物，使成槽机不能垂直向下挖掘，不得不暂停施工，见图1。

经分析，应该为原有建筑的遗留物，如果重新翻槽就要破除已经建好的导墙，不仅成本太高，还要重做导墙影响工期，而且大块破除后清孔也是问题，挖槽不能保证垂直的话也不利于后期钢筋笼的下放。

图1　原建遗留物影响成槽机抓斗垂直下挖

由于施工现场场地狭小，现场围挡与导墙水平板边缘的距离局部部位不足50 cm，而第16～18幅地下连续墙正好处于场地90°拐角处，给成槽机施工更造成了一定的困难且由于地下连续墙与主体结构混凝土衬墙之间净距仅有50 mm，如果垂直度偏差过大，会造成主体结构无法施工。

3　施工对策

采用强制式气举反循环技术完成剩余三幅地下连续墙的成槽，不仅可有效破除原建遗留物，还能把打碎的地下残留的混凝土大块，用气举反循环法清孔并保证成槽的垂直度和混凝土的浇筑质量；而且在狭小的空间，只要能完成导墙及导墙翅膀，气举反循环机就能完成成孔施工。

3.1气举反循环成槽法原理

它是借助空气压缩机，将压缩空气送入到孔内液面下一定深度的混合器中并经混合器进入排渣管内充气，形成密度小于原孔内液体的气水混合液。混合液携带钻进中产生的浆渣上升，经排渣管上升到喷出口，进入渣浆池，这时渣土沉淀，而泥浆经溢浆口重新返回槽孔，完成气举反循环钻进过程。

3.2操作工艺

3.2.1安装轨道

导墙施工时，应按要求在其顶面埋设固定钢轨的预埋件。导墙混凝土强度满足要求后，安装轨道，轨道与预埋件焊接在一起。

3.2.2组装机具

轨道安装完毕，就可以吊放和组装机具，使其就位于开始施工的槽段上。机具组装时应特别注意以下几点：

1）机身水平度要调整好，以保证喷导管的垂直度；

2）气管要连接紧密，防止漏气；

3）卷扬机的工作性能要求良好。

3.2.3钻先导孔、吊放喷导管

机具就位前先用钻机在要开始施工的第一个槽段内，钻出一个与槽底标高相同的直径略小于槽宽的单孔，然后使机具就位，吊入喷导管。剩余槽段的施工利用槽段间的锁口管孔作为先导孔。

3.2.4利用潜水组合钻机成槽

组合潜水钻机高速旋转，沿喷导管侧壁的滑道向下滑行切削土体。切削下的渣土与泥浆形成混合浆液被喷导管排出至容渣斗内，钻机下行到槽底标高完成一个工作进程，然后提升钻机，将喷导管沿地下连续墙方向前移15cm,重复以上过程。

成槽过程中应根据地质情况及泥浆的补给情况控制钻进速度。在松软土层中，主要以泥浆补给情况决定钻进速度；在稍硬或坚硬的岩层中，以钻机不发生跳动为准，来决定钻进速度。

1）泥浆护壁

（1）泥浆的形成。气举反循环工艺所用护壁泥浆有自成泥浆和备用泥浆。

自成泥浆。由钻机切削下的粘土微粒与槽内清水混合而成，一般占槽内泥浆的绝大多数或全部。

备用泥浆。由膨润土、粘土等材料和清水拌和而成，只在槽内自成泥浆密度下降时才补充。

（2）泥浆护壁作用。泥浆具有一定的相对密度,如槽内泥浆液面高出地下水位一定高度,泥浆在槽内就对槽壁产生一定的静水压力,可抵抗作用在槽壁上的侧向土压力和水压力，相当于一种液体支撑,以防止槽壁坍塌或剥落并防止地下水渗入。

另外，钻机钻进过程中，对土壁具有研磨挤压作用，同时将原土切削搅拌成浆，钻头高速旋转时携浆甩至槽壁，加速其向外渗透，使泥浆在槽壁上形成一层透水性很低的泥皮，两方面共同作用的结果，加速了泥皮形成，更有效地保护了槽壁的稳定。

2）排渣

由于泥浆具有一定的粘度，密度较大，因此可使钻头切削下来的小土颗浮于泥浆中，使大土粒下沉速度延缓，既便于土渣随同泥浆一同排出槽外，又可避免土渣沉积在开挖面上影响钻机的挖槽效率。

3）泥浆的冷却和润滑作用

钻头式挖槽机在泥浆中挖槽时，以泥浆作冲洗液，既可降低钻具因连续冲击或回转而引起温度剧烈升高，又可因泥浆具有润滑作用而减轻钻具的磨损，有利于延长钻具的使用寿命和提高深槽挖掘的效率。

3.2.5清底

通过泥浆反复置换进行清底，即在修槽结束后,在土渣尚未沉淀之前就用新泥浆把槽内的泥浆置换出来，使槽内泥浆的相对密度控制在1.15以下，见图2。

图2　压缩空气升液拍泥清底法

3.2.6检查验收

槽段开挖完毕后，应检查槽位、槽深、槽宽及槽壁的垂直度（槽壁容许垂直偏差1/300）。合格后方可进行清槽换浆工作。清槽后槽底沉渣厚度应符合要求,即≤100mm。

3.3质量保证措施

1）在松软土层或砂层中成槽时，钻头上升和下降的速度要慢并且注意观察浆液面的变化，同时适当加大泥浆的比重和粘度，成孔和搁置时间不宜过长，减小液面荷载。

2）当发现严重坍塌时，应提出钻头，填入较好粘土重新成槽。大面积坍塌时，应用优质粘土（掺入20%水泥）回填至坍塌处以上1.0～2.0 m处待沉积密实后再进行成槽。

3）雨天地下水位上升，应及时加大泥浆密度和粘度，雨量较大时应暂停挖槽并封盖槽口。当需要降低地下水位时要定时观察地下水位严防地下水向槽内渗流。

4）成槽过程中，每深入5 m测一次槽壁的垂直度，若达不到设计精度要求，可调整喷导管的垂直度进行纠偏。

5）成槽时应保持钻头、喷导管和导墙中心平面相重合。

6）成槽过程中，专职人员应不断检查槽内泥浆的高度和质量并做好检查记录，及时调整泥浆指标。

4　结语

蓝钻国际大厦地下连墙的最后三幅墙采用强制式气举反循环成槽施工技术，成功的保证了墙体的垂直度、周线位置，为后续主体工程施工提供了有力保证。

[1]韩烈祥，孙海芳.气体反循环钻井技术发展现状[J].钻采工艺，2008，31（5）：1-5.

[2]李永和.双臂钻杆低压钻井工艺技术[J].石油钻探技术，2007,35（2）：1-4.

[3]朱丽红，殷琨，刘建林，等.反循环气体钻井压力计算分析[J].钻井液与完井液，2009，26（4）：34-37.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.010

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2015）04-22-02

□2015-06-12

□王振东/男，1973年出生，高级工程师，天津市建工工程总承包公司五分公司，从事工程技术管理工作。