气动潜孔锤钻进技术在测压管埋设中的应用

杜荣权

(安徽省龙河口水库管理处，安徽 舒城 231360)

龙河口水库东大坝测压管更新改造项目，在防渗墙下游后侧布置测压管(内设渗压计)29套，以监测坝基渗流及绕坝渗流情况。

测压管钻孔孔径130mm,设计持力层为Ⅲ级以上微、中风化岩，基岩完整取芯率大于85%，基岩之单轴抗压强度不小于25MPa。单根测压管长度10m～40m,实际嵌入岩石深度0.7m～5.57m，施工难度很大。应予以解决。

1 空气潜孔锤在跟管钻进中的应用

气动潜孔锤跟管钻具系统一般由潜孔冲击器、导向钻头、(127)偏心钻头、扩孔钻头、套管靴及套管组成。

图1 偏心跟管钻具

图2 排渣路线图

跟管钻具由钻机提供回转扭矩及推进动力，空压机提供高压空气由钻杆进入潜孔冲击器冲击跟管钻具的导正器，并将冲击波及钻压传给中心钻头及环状钻头破碎孔底岩石,同时钻机带动钻杆回转扭矩传递给冲击器带动导正器转动使偏心钻头张开，使扩孔钻头及中心钻头跟随导正器旋转，钻出大于套管外径的孔，使套管在自重作用下随钻头跟进。当自重小于套筒外壁的摩擦阻力时，内层跟管钻具继续向前破碎岩石，直至导正器上的凸肩与套管靴的凸肩接触，导正器将部分钻压和冲击波传递给套管靴，迫使套管靴带动套管与钻具同步跟进,如图1所示。导正器及导向钻头两侧开有吹岩屑的气孔，周边开有排除岩屑的气槽。压缩空气经冲击器做功后经导正器及钻头两侧到达孔底，冲刷岩屑、冷却钻头并携带岩屑经钻头中心及导正器的气槽进入冲击器、钻杆与套筒之间的环状空间排除孔外,如图2所示。待钻至地层预定深度或基岩时，钻具慢速反向旋转，使扩孔钻头收回从而将钻具提出孔外，而套管则留在地层中保护孔壁。

2 潜孔锤在拔管中的应用

拔管器具组合(由内至外)：导管-导管接头-组合式连接器-改进后的冲击器。

将潜孔锤进行改进，利用潜孔锤的高频振动冲击原理进行导管起拔，将冲击器下缸接头重新进行改进加工成一打垫，冲击器活塞直接作用于打垫上，打垫将冲击作用传递给外缸，再通过外缸与冲击器上接头及导管的连接传递至导管上，导管在高频的冲击及振动作用下1节1节拔出套管，冲击器工作后的气体从打垫的中心孔排出。

3 实例-以绕渗管钻孔为例

3.1 测压管制作

测压管为φ75镀锌钢管。花管进水孔φ6mm，呈梅花型布置，管周16排，交错布置，纵距15mm，外缠φ2.5@80镀锌钢丝，外包300g/m2土工布两层，12#铅丝@100捆扎；5mm厚钢板焊接封管底。导管底部与花管段接头采用外丝扣牢固连接。①管帽。φ260mm带丝扣和止水垫圈管帽；②管盖。φ75mm镀锌管堵头，带电缆穿线孔。

3.2 钻孔施工

场地准备→测量定位→钻机就位→校正、定位→检查跟管钻具等连接牢固、转动灵活→跟管钻进开孔→孔斜检测→跟管钻进造孔→每钻进0.3m～0.4m强吹孔排屑→跟管钻进至孔壁能自稳处→反转收敛钻具、提钻→换长钻头通过套管靴继续钻孔至设计基底→垂直度测试→安装测压管→孔内回填料→边填粘土球边提升钢套管→封孔。

首先吊装套管放入定位装置中，并用钻机上的夹具固定，套管底端离地面约30cm。跟管钻具系统吊入套管内，调整钻机使驱动马达中心对准孔中心位置，并用水平尺等仪器检查套管的垂直度符合规范要求。

钻孔开孔时要采取慢速冲击防止偏孔。在钻进过程中根据地质情况随时调整机械及设备的各项参数，以确保钻孔时能够经济有效的进行。并每钻进3m就检查1次套管的垂直度，确保不超出规范要求。当已钻至基岩面时应继续向下钻进，使套管底端嵌入基岩约0.5m，然后反向旋转钻头使扩孔钻头收回，将整个冲击器及跟管钻具提出，并更换普通凿岩钻头进行岩层钻孔，与跟管钻具相比，凿岩钻头的钻进速度是跟管钻具的四倍左右。

待钻进至设计要求的嵌岩深度后，钻孔设备提出孔外，进行钻孔垂直度测试，符合规范要求后，切割套管确保顶端至少高出地面约0.5m，防止地面上的废渣及污水进入孔内，以待测压管安装。

气动潜孔锤工作时单次冲击功在瞬间即可生产极大作用力，适用软层冲击挤密不排土钻进，有效防止土层、砂砾石层及砂层中钻进中塌孔，顺利钻至岩石层。

3.3 测压管安装

测压管钻孔深度应比设计测压管管底稍低，以防止局部坍塌而影响测压管埋设高程。①组装测压管：按照管底盖→外箍接头→沉淀管→进水管→外箍接头→导管→外箍接头→管顶盖的顺序逐节组装放入孔内，管路安装连接做到紧固、严密、无渗漏。②测压管及钻孔回填：测压管周围的填充料应与原土料相同，即与粘土心墙、坝后铺盖接触部分用5mm～10mm膨胀土风干泥球填实；与坝体砂壳接触部分回填粗砂；砂砾石层内回填φ1～3砂砾；岩层内花管段回填粗砂或细砾反滤料，导管段宜用水泥砂浆或水泥膨润土浆封孔回填，反滤料与封孔料之间可用200mm厚细砂过渡；回填料应逐层夯实，回填前需洗净、风干，缓慢入孔。下管前应先在孔底填约200mm厚反滤料。

测压管安装封孔完成后采用高压水枪冲洗测压管，将测压管内冲洗干净后进行灵敏度检验。

4 结束语

采用“空气潜孔锤取心钻进技术”和“潜孔锤跟管钻进及跟拔管技术”，具备钻进速度快、成孔率高、钻孔深度大、环境污染小及能有效防止塌孔等特点，经济效益显著。空气潜孔锤跟管钻进技术是一种钻进、排渣和护壁同时进行，具有地层适应性强，可以在粘土、淤泥质、卵石地层、砂层或流砂地层钻进，也可以在松散、破碎、堆石体等岩石地层中钻进。但存在岩层钻进时噪音高、震动强、对周边土层扰动较大等问题。如果工地周边建筑物离工地过近或建筑物比较老旧，采用气动潜孔锤跟管钻进技术进行钻孔施工时应对上述问题进行充分的考虑并需采取有效的措施加以防治。