旋挖钻全护筒成孔工艺在岩溶发育区的应用研究

张晓彬

中铁北京工程局集团第二工程有限公司 湖南 长沙 410000

1 引言

岩溶地区由于地下水含量较高且具有较为复杂的地质情况,容易形成土洞并发育为溶洞,在此地区进行铁路工程建设则具有较高的安全事故概率。尤其是在此地区进行桩基础的施工过程中,容易由于上述原因而导致坍塌和地面沉降问题的发生。因此,文章提出了采用旋挖钻全护筒沉孔工艺来确保铁路工程桩基施工中的孔壁稳定性,避免上述问题的发生。

2 施工工艺特点

本文所提出的旋挖钻全护筒跟进岩面钻进成孔施工工艺的特点主要表现在以下几个方面:首先就是此工艺中所引压管的旋挖钻机具有较大的功率、输出扭矩以及轴向压力,不仅具有较高的施工效率,而且比较灵活,具有较为广泛的应用范围。其次就是全护筒施工工艺比较适合在大面积基础桩施工中应用,且表现出具有较快速的成孔速度以及较好的成孔质量等优点。最后就是可以有效解决传统旋挖施工工艺应用中容易出现漏浆以及漏混凝土的问题。这主要是由于在此工艺应用中,在动力头上连接驱动器和连接盘之后可以实现转压和钻杆的同时转动,也就是可以实现钻挖施工和转压下钢套筒施工的同时进行,这样可以有效保护周围地层且避免坍孔事故的发生。此外,在此工艺实际应用中,可以在钻进到钢护筒与首层岩面之间的距离为1～2m 即结束钻进,然后处理护筒刃脚之后对钢护筒进行旋转下压,这样可以有效防治漏浆和漏混凝土的问题,还可以预防钻孔偏斜的问题。

3 工程实例

3.1 工程概况 以某工程为例,其桥梁工程所在位置的岩溶发育强烈,存在较多的溶洞和溶隙,而且由于东中存在较多的水或泥沙,导致在钻进作业中容易出现地面塌陷的问题。此外,针对此工程所在地周围存在较为密集的建筑物以及周围环境复杂等特点,采用旋挖钻机来进行施工。而且针对溶洞,通过直接抛填挤压的方法来对高度为1～2m 的小溶洞进行处理,以及通过分层抛填挤压的方法来对2m 以上的大溶洞进行处理。在此工程施工中所应用的施工设备主要就是顶管机和旋挖机,在二者的配合下来开展全护筒上拔作业。此外还有护筒以及配套的泵站等设备。

3.2 旋挖钻施工工艺流程 一是使用全站仪结合设计图纸来对桩基坐标进行测量放样。

二是先用旋挖钻将里面的钻渣掏出,基本每4m 一个循环,钢套筒每下一节,再用全回转将4cm 厚,直径1.4m 的钢套筒下放,旋挖钻基本钻进4M,后面紧接着下放钢套筒,直至成孔；成孔后在下放内径为1.25 M 的钢护筒,直至桩底,再次利用旋挖钻清理孔底,完成后下放钢筋笼,灌注混凝土。

三是在护筒下放深度达到与首层岩面的距离为1～2m 时则停止并对刃脚进行处理,然后继续下放直到岩面的问题。在上述刃脚处理的过程中,需要使用分次抛填水泥和碎石的方式来进行处理,通常每次要抛填3～4包水泥,而且深度在1m 左右,通过筒钻的多次上下挤压密实来保证刃脚不会出现漏浆问题,避免坍孔问题的发生。之后再持续进行护筒的下放一直到溶洞顶板的位置。

四是对溶洞进行处理。针对施工中遇到的串珠状的溶洞,需要针对其中的大溶洞来采取分层抛填的方法进行逐个处理,而且在对溶洞进行钻进作业时,如果在顶板钻穿之后出现严重的漏浆问题,则需要立即进行泥浆的填充以及黄泥和小片石的抛填。如果在此过程中出现的漏浆问题比较轻微,则通过补充泥浆的方式进行处理,且在泥浆稳定之后使用筒钻来对溶洞填充物进行上掏,每次的深度在1m 左右。还要进行每次6包水泥以及其他的碎石、水玻璃等抛填,同时使用螺旋准头和特殊地雷型钻头开展挤压护壁处理。

五是当上述钻进作业持续至设计深度之后需要进行清孔作业,且在清孔结束且经过检验合格之后才能提钻。之后进行钢筋笼的吊放以及导管的下放,按照导管的实际长度进行编号,确保混凝土灌注作业中对埋管深度的有效控制。

六是在下放完导管且对孔底沉渣检测完成并合格之后,将吸泥弯头拆除并开展混凝土浇筑。控制上述过程中导管深度为2～6m,在混凝土浇筑至套筒底以上10m 就将港通通进行第一次拔拆。最后控制灌注的桩顶标高超过设计标高1m 左右之后将多余的桩头进行凿除。

4 施工中常见问题的预防与处理

4.1 钻孔倾斜的问题 在此施工工艺应用中,为了对钻孔倾斜的问题进行有效预防,需要使用水平仪来对钻杆的水平度进行实时观测,而且在钻至软硬互层、斜岩岩面以及半边岩的位置时需要尽量降低进尺速率,而且针对较为复杂的斜岩面和半边岩,还可以采用混凝土灌注并找平的方式来预防钻孔倾斜。此外,针对地下溶洞情况,需要对溶洞进行填充或者是通过护筒设置的方式来预防。而如果钻进中遇到探头石或僵核,需要在将松动和取土之后再进行钻进。如果在上述过程中出现了钻孔倾斜的问题,则需要通过回填片石或者进行素混凝土浇注的方式来对钻头偏斜问题进行纠正。

4.2 塌孔问题 为了预防塌孔问题,需要对泥浆的密度进行合理选择和严格控制,还要严格控制钻进过程中的泥浆水位,针对发生的漏浆问题及时进行堵漏。此外,还要合理选择护壁方法来做好不同层深中孔壁的保护,而且要避免与其他大型设备同时开展作业,且在钻孔完成之后也严禁大型机械设备通过桩孔附近。

4.3 卡钻问题 为了预防卡钻问题,在钻进过程中需要控制钻进和提钻时的转速和钻进深度,通常要控制深度在钻斗高度的1/3以内。针对已经发生的卡钻问题,则需要上下反复提放钻头以及正反循环转动钻头来确保异物脱离,之后才能提钻。

5 结语

在岩溶地区进行铁路工程桩基施工也是目前比较常见的状况,而由于传统的施工方法存在容易导致塌孔和漏浆等事故的缺点,因此本文提出了旋挖钻全护筒成孔施工工艺,并且以某工程中的桥梁桩基施工为例,介绍其施工工艺,并针对施工中容易遇到的钻孔倾斜、塌孔以及卡钻等问题,提出了有效的预防以及事故处理措施,希望可以为同行提供一定的借鉴经验。