360°全回转套管钻机清障施工工法探析

延娟娟

摘 要：现代城市在高速发展，随着建筑可用面积不断减少，高层及超高层建筑在城市中不断涌现，但在地下工程施工过程中，经常会遇到障碍物导致施工无法继续，如果障碍物埋深较浅或体积较小，即可采取人工清除或破碎机进行清除；相反，如果障碍物体积很大又比较深，就需要使用专业清障设备进行清除。工程实践表明，套管旋转沉入360°旋转钻进，清障安全性能好，无振动、无扰动、无影响，不会对临近构筑物造成影响，既环保又安全。套管对四周土体及临近构筑物无影响和扰动，保证了清除地下障碍物和回填的质量。使用该机械清障有效的提高了工程质量，加快施工进度，显著提高文明施工的标准，在项目上应用效果良好，经过总结后，形成本工法。

关键词：全回转套管钻机；清障；施工工法；质量控制

1 工程概况

本工程厦门第二西通道上跨地铁段围护结构钻孔灌注桩在钻孔勘察过程中发现，整个基坑桩基施工范围内位置存在较厚的微风化孤石障碍物，严重影响桩基施工进度。《上跨地铁1#线专项施工方案》专家评审意见中明确指出：严禁采用炸药爆破作业施工，灌注桩严禁使用冲击钻施工。根据本工程特点，考虑到设备的垂直度、刀头受力均匀程度、刀头磨损等因素，结合障碍物的特殊性，以及结合业主单位厦门路桥集团，设计单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司，重庆中宇工程咨询监理有限公司J3监理办多次会议沟通商讨后，调查调研咨询论证结果，最终确定选用引进日本生产的200H型360°全回转套管钻机进行地下障碍物的清除。

2 工法特点及适用范围

2.1 工法特点

（1）精度高。全回转套管钻机安放到位后，可通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平，通过钻机的垂直监视系统或经纬仪确定钻机的垂直度，确保套管钻进的垂直度。

（2）安全可靠，对周边土体扰动小。全回转清障拔桩施工工法在钢套管内进行清障拔桩及回填施工，对地下原状土不破坏或破坏小，对地下土体不产生扰动或产生很小的扰动。由于钢套管对孔壁的支撑，在钢套管周边的土体应力尚未释放时，就已经将障碍物清除并及时回填，对周边的构筑物无影响。

（3）施工速度快、质量高，且适用范围广泛。该工法可根据工程需要进行各类拔桩清障施工，如各种形式、各种规格、环境复杂、各种难度的旧钻孔灌注桩、预制桩、预应力管桩、地下残留旧钢筋混凝土、块石等障碍物。

（4）风险小、能够确保后续工程施工。全回转清障拔桩施工工法对障碍物进行切割清障或将旧桩完整拔除，一般情况下能顺利达到施工目的。即使遇到特殊情况，采用履带式起重机悬挂小型液压冲抓斗进入钢套管内将剩余的断桩或障碍物抓出，100%确保清障彻底。

（5）节能环保、优质高效。本工法在拔桩的过程中，不会产生任何泥浆，且施工设备低噪音，施工速度快，且能保证施工质量。施工过程中，套管对孔壁起到很好的保护作用，且钻进过程中，钻机不产生震动和噪声，不会对周边的居民产生干扰，不使用泥浆，避免了泥浆的加工和储运，作业面干净。

2.2 适用范围

本工法适用于冲凿破碎既有地下障碍物，如果障碍物较大，则需配合使用重锤进行冲凿，会产生一定程度的振动和噪声，但不会影响周围建筑物的基础，适合于桩基施工及市政明挖基坑施工前的地下障碍清除。其可适用于几乎所有土质，在风化岩层、卵石层及砂土层及卵石层及砂土层中只需采用相应的钻挖技术，亦能顺利成孔；由于采用了通长套管，在接近已有建筑物时也能施工，特别适合于城区内作业。只要配备相应规格的套管，可以钻挖多种直径的桩孔。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

全回转设备是能够驱动钢套管进行360°回转钻进，在压入力和扭矩的共同作用下将套管压入土层深部，首节套管带合金刀头，在钻进同时切割障碍物。在套管内部重锤对套管内的大体积混凝土障碍物进行破碎，用冲抓斗清除桶内土体和障碍物，抓斗有两扇可以活动的斗叶，在整个冲抓过程中斗叶在闭合与张开两种状态之间转换，实现破碎和抓取。该设备定位快捷、准确，铅直精度高，施工速度快，噪音低，无污染，是一种新型的清除地下障碍物施工工法。360全回转清障工法施工程序如图l。

3.1.1 施工准备

（1）场地平整及测量放线。对需清障部位进行场地平整，再对软弱地面进行场地硬化或铺设钢板；然后由测量人员对围护结构放样，并用明显的标志做好标记。（2）设备进场。设备开始进场，包括RT200H全回转套管钻机主机、套管、液压动力站、操控室、反力配重、路基板及定位钢板、冲抓斗、反力叉、楔形锤及十字冲锤等。

3.1.2 钻机就位

根据钻孔桩中心位置将钻机就位，就位过程如下：（1）安放定位钢板，定位钢板安放必须平整，且孔位中心与需清障的孔位中心精确重合，定位钢板的四个定位基点必须全部在路基板的中心，定位钢板的孔位中心可通过两根细线确定，安放时与预先测量好的需清障孔位中心重合即可。（2）安放钻机，钻机四个支腿全部安放入定位钢板的四个基点，安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或经纬仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平。（3）液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常（启动前须保证泵站各个系统工作良好，包括油料、冷却液、油管连接、各阀门等）。（4）安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放。（5）安装反力叉，反力叉安装好后，反力叉远离钻机的一端用履带吊或者挖掘机的履带顶死，以防钻机带载旋转切削时产生的反力造成钻机主机旋转。（6）将已安装刀具的钻头（2m长）与一截6m或4m的套筒连接好后，安放入钻机。

3.1.3 套管压入及钻进

在鉆机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业。

（1）启动液压泵站，将发动机的转速从低转速逐步调整至高转速，钻机回转液压马达调至0位，启动夹紧油缸按钮，确认钻机夹紧机构已将套管夹紧后，方可启动回转驱动系统，回转马达初始启动必须低转速运行，待回转阻力稳定且低于设定值时，方可适量调高转速。

（2）试运转正常及垂直度修正完成后，开始正式钻进，正式钻进同样是发动机高转速，钻机低转速，压力、扭矩稳定且未达到设定值时，可适量调整转速及收缩支腿油缸进行钻进。一般初始5米以内，钻机转速控制在3～5转/分钟，旋转扭矩稳定在额定最大扭矩的30%～50%左右，以确保初始钻机设备的稳定及钻进垂直度。

（3）注意事项。施工过程中每节套管压入的精度都将直接影响钻孔的施工质量，特别是上部5m范围的精度最为重要。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用钻机和导向纠偏装置将套管的垂直度精度调整到要求的范围内。钻进过程中随时利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制。

每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行不小于360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中，开始正常作业。

3.2 主要工序施工要点

360全回转工法施工最关键的是挖掘推进、连接套管—成孔；回填水泥土，提升套管三道工序，下面分別加以讨论。

3.2.1 成孔方法

钻机水平就位后，将第一节套管立于桩位处，在自重力、夹持机构回转力及夹持机构压力的复合作用下，将第一节套管沉入；然后在上边连接第二节套管。第一、二节套管的垂直度对整个桩孔垂直度起着决定性的作用，只要头一节套管成垂直状态，以后的挖掘方法及套管连接方法又适当，后续套管自然成垂直状态。利用落锤抓斗将套管内的土体抓出孔外，卸在地面上，用装载机装入翻斗车运出场外，随着套管的下沉，不断连接套管，直至钻到孔底标高。

3.2.2 拔管及回填

严格控制拔管过程与回填过程的配合，确保套管拔管过程安全防护。为防止全套管取出后孔壁塌方，在管内桩体及垃圾全部清除完成后，管内用水泥土回填，边回填边拔全套管，直至回填完成，再将全套管全部拔出。操作时要注意：（1）回填深度不宜过大，间距2m一次；（2）回填挖机注意对设备保护；

4 质量控制

4.1 套管垂直度控制

施工过程中，套管下放垂直度要严格控制在1/300以内，措施如下。

（1）开始压入套管时，要确保套管匀速缓慢下沉。（2）在五经路主体结构底板-11.072m以上，套管每压入2m利用钻机本身的水平监测系统检测一次垂直度。（3）在五经路主体结构底板以下时，套管每压入5m检测一次垂直度。（4）记录套管压入过程中各个时间段内的垂直度数据，通过数据来判断接下来套管垂直度的变化，指导套管压入。（5）若发现套管垂直度超过1/300，立刻暂停压管，上报项目经理部，查找原因并采取措施纠偏。

4.2 偏移量控制

套管压入过程中，若套管朝五经路地道方向倾斜，应停止施工，拔除套管重新压入；套管朝五经路地道相反的方向倾斜，偏移量应小于100mm；若偏移量大于100mm，立即停止施工，拔出套管重新压入。

5 结语

在全回转施工中，不产生任何泥浆，并且施工设备噪音低，对周边居民影响较小，在本工程障碍物清理过程中，不论是白天还夜间均进行了清障工作，减少了因障碍物对总工期的影响，与其他施工工法相比，质量高、施工速度、快工期可控，对于工期要求比较紧的工程，适用性很强。此外，大大节约工程施工成本，具有较好的经济效益和社会效益，为以后城市地下工程的障碍物清理时，提供了可靠的决策依据和技术参考，同时本工法技术将促进地下工程施工技术不断发展，也将在以后施工中将会得到更广泛的应用。

参考文献：

[1] 袁俊相.全回转钻机深层清障结合地下施工工艺探析[J].建筑科技，2017（3）：27～28.