旋挖钻机施工技术研究

赵峰涛

摘 要：文章结合工程实例及实践经验，详细提出旋挖钻机的施工工艺标准、施工要点、施工注意事项、操作规则、各个步骤的检验标准和方法及钻孔异常处理措施，并就旋挖钻机成孔全过程的质量控制进行了详细的技术研究与探讨。

关键词：旋挖钻；施工；钻孔；护筒；清孔；泥浆

1 工程概况

青荣城际铁路善疃特大桥位于山东省烟台市回里镇善疃村，桥梁全长733.36m，基础采用钻孔灌注桩，桩径分别为1.25m、1.0m，桩长13m、15m、17m、18m、22m、23m、24m、25m、26m、47m不等，数量为220根。地基岩土主要为第四系全新人工堆积层杂填土、素填土，第四系全新统冲洪积层黏性土、砂类土和碎石类土，下伏基岩为白垩系下统青山群八亩地组潜石英闪长玢岩、砾岩，断层角砾及下元古代荆山群禄格庄组片麻岩。

2 施工准备

（1）施工前，准备好搅拌运输设备和材料堆放场地，备足混凝土原料。

（2）根据设置的三角网及桩位坐标图，用全站仪放出每个桩孔的中心位置，然后用钢尺复核各桩孔之间的平面距离。定出桩位的中心位置，并在周围做上护桩，并报监理工程师检验，经监理工程师检验桩位符合精度要求后可进行护筒的埋设。

（3）泥浆制备：浆池、沉淀池是根据2个墩位布置来设制的，连接部位采用循环胶管，泥浆选用优质钠基膨润土制成。

（4）根据孔深，有充足的混凝土导管，提前预拼，进行压力测试，标示尺度，编号顺序应由上而下编排。

（5）钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒采用6～8㎜厚钢板制作，应考虑钢护筒不变形和起吊方便的加强设备，钢护筒长度1.5～3.0m，护筒直径比桩径大20～30cm。

（6）护筒埋置应符合下列规定：

1 护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地或长筑岛时还应高出施工地面0.5m，以防止杂物、泥水流入孔内。

2 护筒埋置深度：岸滩上，黏性土应不小于1m，砂类土应不小于2m。当表层土松软时，宜将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒，应在护筒四周回填黏土并分层夯实。

3 水中筑岛上，护筒宜埋入河床面以下1m；水中平台上可按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深，必要时打入不透水层。在水中平台上下沉护筒，应有导向设备控制护筒位置。

4 护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%。

5 可利用旋挖钻机钻头压力，直接将护筒埋入设计深度。也可采用人工开挖，用吊车吊运护筒就位后回填的方法埋设护筒。

3 钻孔施工

（1）护筒顶面、原地面标高已测定，钻机的性能状态检查良好的基础上，钻机才能就位。钻机就位前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。

（2）钻机定位要准确、水平、垂直、稳固，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。用测量仪器将护桩点引到孔口的护筒壁外，形成十字交叉来进行钻机的定位，钻头中心位置的偏差不大于2cm。

（3）开孔时，钻机需轻压慢转，逐渐进入，等钻头全部进入地层后可加速，同时，为防止出现孔斜和桩位偏差，钻头必须要对准桩位，保证成孔壁圆顺、竖直、坚实。

（4）套管跟随钻进时，套管底口应与钻头旋挖深度相适应，确保不超挖。

（5）孔内钻头在上升过程中，泥浆会在钻头和孔壁间流动，上升速度过快会增加泥浆对孔壁冲洗的速度，易引起坍塌事故，所以，需把握好钻头提升的速度。另外，地质环境也应考虑周全，在由硬变软的地层钻进时，也要适当提高钻井速度；在由软变硬的地层钻进时，则要减慢速度；为提高钻井效率，在容易缩径的地层，要逐渐增加扫孔的次数以防止缩径；在硬塑料层要用高速钻井；对砂层，钻井时，切勿用力下压，尽量轻柔，必要时，增加泥浆密度和黏度。

（6）整个相应的旋挖钻机辅助的电子操控体系显示以及改变钻杆的垂直程度，并且在钻杆的两边都需要设置检测仪器，在实施钻井的工作中随时进行观察，并指挥相应人员最初适合的调整，借助人工以及电子高科技技术确保钻杆的垂直度符合要求。

（7）钻孔过程中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况，记录必须认真、及时、准确、清晰。施工过程对钻头磨损超标的要及时更换，以确保钻孔孔径。

（8）成孔达到设计深度时，技术人员及时对孔位、孔径、孔深、孔形及竖直度进行检验，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准，垂直度用验孔器检测为准，并及时报监理工程师验收，合格后方可进行下道工序。

（9）为减少旋挖钻孔对相邻桩孔孔壁和已浇筑混凝土的扰动影响，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻或采取隔桩钻孔的方式进行作业。

4 清孔

（1）鉆孔至设计高程，经对孔径、孔深、孔位、孔型、竖直度等进行检查确认钻孔合格后，应立即进行清孔。将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底沉淀物尽量装入旋挖斗内，提钻甩渣，清孔必须彻底，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。

（2）清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度：柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

（3）采用钻孔灌注桩成桩后的质量好坏，清孔工作是其中的关键。为保证桩孔的质量符合规定，就必须严格掌控清孔工作中桩孔的各项质量指标、孔底沉渣厚度、泥浆指标等。如果泥浆沉淀时间较长，应将钢筋笼放入孔内，将灌浆导管装置好后，利用水泵进行二次清孔作业。

5 钻孔异常處理

（1）钻孔中发生坍孔后，应查明原因和位置，进行分析处理。坍孔不严重时，可采用加大泥浆比重、加高水头、埋深护筒等措施后继续钻进；坍孔严重时，回填重新钻孔。

（2）钻孔中发生缩径时，一般可将旋挖钻机的钻头，提起到缩径处进行反复扫孔，直到钻孔直顺。

（3）旋挖钻机施工初期，提升料筒时，发现提升力显著增大，有孔壁径缩现象。经过详细分析，由于筒式钻斗完全无护壁作用，在提升钻斗时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁径缩现象。因此，必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁上加焊4块双曲面护壁钢板（或增设导流槽），两两对称布置，为防止升降时碰坏孔壁，钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场实践得知，改善后的钻斗在提升过程中液压系统压力显著减小，钻孔径缩现象得到改善。

（4）发生卡钻时，不宜强提。应查明原因和钻头位置，采取左右晃动钻杆或疏通钻斗周围法：即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，使钻头松动后再提起。

（5）发生掉钻时，应查明情况尽快处理。

（6）发生开钻、掉钻时，严禁人员进入没有护筒或其他防护设施的钻孔内。必须进入有防护设施的钻孔时，应确认钻孔内无有害气体和备齐防毒、防溺、防埋等保证安全措施后，方可进入，并应有专人负责现场指挥。

（7）旋挖钻机钻进过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75～0.80m/s，当钻斗遇砂类土、碎石类土层时，其升降速度应更加缓慢。

6 结束语

近年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，适用于工期要求紧的工程项目。在青荣城际铁路Ⅳ标段善疃特大桥桩基施工中发挥了充分的作用，加快了施工进度，确保了工程质量。旋挖钻机具有很强的适应能力，虽然投资较高，但就最终经济效益的综合指标来说，旋挖钻机是其他施工工艺的几倍，所以，是值得应用并推广的。

参考文献

[1]乔海燕.旋挖钻机施工技术及质量控制要点探析[J].科技致富向导，2013，（22）：311.

[2]杨赓.浅谈不良地质情况下旋挖钻机施工技术[J].建材与装饰，2013，（2）：67-68.