旋挖钻机成孔常见问题预防与处理方法刍探

刘冠南

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000 ）

随着近年来国家对环保要求的不断提高，如何安全、整洁、文明、快速地完成施工，成为各施工单位的新标准。身为“十五”期间国家重点发展的十大建筑机械设备之一的旋挖钻机，凭借安全、环保、高效、便捷、质量高、适用范围广等优点，越来越多地应用在基础工程施工现场[1]。然而旋挖钻机在为各施工单位创造利益的同时，施工过程也会出现一些常见问题，如果不能及时有效地处理，可能会对施工单位造成一定的经济损失[2]。基于此，笔者通过现场施工和管理经历以及与同行间的交流，总结了旋挖钻机成孔可能遇到的常见问题，并针对具体问题提出相应的预防措施及处理方法，以期对工程施工的安全、质量、进度的提升有所帮助。

旋挖钻机成孔常见问题主要分为两大类：机械问题和成孔质量问题。不论是哪类问题，归根结底都是由钻具和钻杆引起的[3]。实际施工中要解决的主要问题也是围绕钻具和钻杆展开。由于钻杆和钻具的型号多种多样，在此列举较为常见的型号。

1 机械事故预防与处理

1.1 卡钻

1.1.1 卡钻的主要原因

①钻机钻杆转动速度太快，带动泥浆冲刷孔壁造成护壁变薄形成坍塌；或者单次钻进深度超深，无法及时护壁；再有钻具内的钻屑过满，钻屑从排水口挤出，钻屑堵塞钻具与孔壁之间的间隙形成卡钻。②孔内有孤石，使钻进时钻具偏斜，导致径向卡钻。③钻齿磨损，孔径变小，导致钻具筒身与孔壁之间的距离缩小而卡钻。④钻出的孔偏斜或弯曲，使孔壁无法与钻杆平行，在提钻与放钻过程中导致卡钻。⑤钻出的孔坍塌导致钻具被埋。⑥孔径内缩导致埋钻。⑦提钻过程中，底板自动打开造成卡钻。

1.1.2 预防措施

①单次进尺深度应依据地质情况，严格控制，不应太深；一般不超过钻具筒身的70%，如此可避免钻屑从钻具上方孔口处被挤出，阻塞钻具的筒壁和孔壁之间形成较大的摩阻力[4]。②在碎石土层钻进时，转速应放缓，防止孔内泥浆高速冲刷孔壁，以至孔壁掉块（孤石等）卡住钻具。③提钻时，提钻速度不宜太快，同时应缓慢转动钻杆以防孔壁有探出的异物或者缩孔卡住钻具[5]。④钻具使用过程中，每次提钻上来，都要检查钻齿的磨损程度，及时更换、修复或补焊；检查筒身耐磨键条的厚度，及时更换或补焊，保证桩径，同时应确保钻具连接销紧固，避免意外脱落；在大型钻具上自行配备打捞绳，以便在卡钻发生时，方便处理[6]。⑤每天检查钻具内部的链接部件，及时更换、维修。避免底板脱落、自动打开等现象。

1.1.3 处理方法

①卡钻发生后，应及时停止动作，切勿生拉硬拽，避免连接销或钢丝绳断裂，造成二次事故，应在卡钻的开始位置，反复提放钻具，同时正反循环转动钻具并调整钻杆方位使异物脱离、松动、掉落后再提起钻具[7]。②如果单凭钻机自身无法提出钻具还可通过以下方法提出钻具：a.加大提拔力法：用大吨位吊车（见图1）或千斤顶（见图2）协助钻机提拔，此为最常用的方法，大部分卡钻问题都可用此方法解决。b.直接法：此法适用于发生卡钻的位置较浅或地下水位较低时，用挖掘机（一般为长臂）直接挖掘到卡钻位置，此法要求场地宽阔、地质疏松；也可用护筒水泥护壁人工挖掘到卡钻位置，此法速度慢、花费较高。c.高压疏通法：此法在冲击钻卡钻中普遍应用，采用导管（见图3）和空压机向卡钻部位冲浆、用水冲孔或反复循环等方法，清理钻筒周围的钻屑，然后配合吊车等提钻。此法对泥浆浓度和地层有一定要求，要防止冲浆过程中造成塌孔[7]。d.爆破法：此法在冲击钻卡钻中普遍应用，也可应用于旋挖钻机。但不建议使用，因为冲击钻钻孔孔壁坚实，一般震动不会塌孔，而旋挖钻机成孔较松散，且爆破产生的碎屑可能导致埋钻。

图1 吊车协助提拔

图2 千斤顶协助提拔

图3 导管冲浆

1.2 埋（掉）钻

1.2.1 埋（掉)钻的主要原因

①泥浆浓度不够，钻进进尺太多，泥浆护壁不及时造成塌孔埋钻。②提拔力过大或钻杆问题造成砸杆，将钢丝绳拉断或连接销剪断。③钻具与钻杆连接处或钻杆强度不够导致断裂引起掉钻。④钻具、钻杆、钢丝绳、提引器之间的连接销脱落，或提引器保养不到位，损坏分离导致掉钻。

1.2.2 预防措施

①放短单次进尺长度，地层不稳定尤其是砂层、泥岩层、回填层时，用加长护筒，如果不行还可辅以高浓度泥浆护壁、全护筒跟进等方法。②控制加压压力，保证孔的垂直度；提钻时注意观察主卷扬压力表，机身晃动幅度，听发动机转速，如发现压力突然增加、钻机明显晃动、发动机转速明显降低时，及时停止提钻，调整钻杆位置。③经常检查各处连接销的紧固、钢丝绳状况，检查钻具、钻杆有无裂缝或变形，及时修补、更换，钢丝绳如有断丝或累计成孔3000米应立即更换。④提引器如损坏会导致钢丝绳无法退劲，导致钢丝绳寿命大大减少而引发断裂，造成砸杆，对钻杆、动力头、钻具、人员等造成重大危害。应每天检查、保养提引器，发现提引器状况不好要及时维修或更换。

1.2.3 处理方法

①如遇掉钻现象可尝试以下处理方法：a.掉钻打捞的最大难点是如何固定钻具。如果钻具和钻杆连在一起，可直接打捞；如果钻具和钻杆分开，钻具打捞环的可用打捞勾打捞，钻具位置较浅、地层稳定可进行人工挂钩。b.如果是切削钻，可用筒钻或专门打捞工具，旋转钻杆使其与钻具卡紧并一起上提。c.如果取不出钻具且无法变更设计桩位，只能采用冲击钻将钻具打碎，再用磁力打捞器将碎片清理出孔。

②如遇埋钻现象可尝试以下处理方法：埋钻一般是钻具与钻杆一同被埋孔内，这种情况的处理方法与卡钻的方法基本一致，可参照卡钻处理方法。如工期紧张、打捞成本较高，可经设计部门同意将原来的桩位废止回填，重新调整桩位。

1.3 钻杆断裂

1.3.1 钻杆断裂（见图4）主要原因

①钻杆材质太差无法与主机扭矩相匹配；②选取的钻具、钻进方式不对；③卸土方法不当；④钻杆使用时间过长，未及时检查保养，使钻杆存在隐患。

图4 断裂的钻杆

1.3.2 预防措施

①选择材质与钻机扭矩相匹配的钻杆，经常检查钻杆，及时修理、更换；②不同地质选取相对应的方法，如钻具、转速、进尺方法、钻进压力等；③甩土不要过猛，过猛不仅会对钻杆结构造成损伤，还会产生巨大噪音，导致村庄等人口密集地区夜间无法施工等影响；④钻机每次开工前都应将钻杆拆开，逐一检查、及时维修保养。

2 成孔质量问题预防与处理

2.1 钻孔倾斜（钻孔弯曲）

2.1.1 钻孔倾斜（钻孔弯曲）的主要原因

（1）钻机使用过程中各部位精度降低引起孔斜；（2）地质原因引起孔斜；（3）钻进方案选择错误以及操作手经验太少。

2.1.2 预防措施及处理方法

①预防措施：a.针对钻机自身，经常维护保证各部件功能正常，桅杆的垂直度每周进行校正,存在偏差要及时调节。b.针对地质，不同地层有不同的钻进工艺，不能一概而论。如遇斜岩面时，采用“减压钻进”的方法，控制钻进压力避免压力过大造成侧滑；如岩层硬度大，就要选用筒钻钻进（见图5）。

图5 筒钻钻进斜岩示意

②桩位如遇孤石的处理方法：a.选用合适的钻具，例如飘石区用筒钻、双筒等钻具，超大孤石根据钻杆的摆动判断孤石所在位置采用螺旋钻具捞取等。b.遇到探头石，可用“减压钻进”的方法切除；如遇硬度和直径较大的探头石，可硬化探头石所在区域来平衡探头石区域的硬度，硬度基本一致后用钻岩的方法钻进。

2.2 塌孔与超方

2.2.1 塌孔与超方的主要种类

主要分为：泥浆护壁破裂塌孔、操作失误塌孔、支撑破坏塌孔、地下河冲刷塌孔、机械振动。

2.2.2 塌孔与超方的原因

①泥浆调配不到位，护壁效果太差；②地质原因引起塌孔，如回填未压实、有地下河、地下涌水等；③操作不当、进尺太多、提钻太快等原因引起塌孔；④客观原因造成，如放置时间太久、偶遇大雨冲刷、靠近路边震动频繁等。

2.2.3 预防措施与处理方法

①原地层发生塌孔时，通常采用泥浆进行护壁（加大泥浆比重、保证泥浆液面位置、控制孔壁内侧压力）；②选择合理的钻进工艺；③错开与大型机械的作业时间，灌注后桩孔5m内及8小时混凝土初凝前大型机械不可通过；④全护筒跟进直至不会塌方地层；⑤淤泥层为防止塌孔，可用砼预先硬化桩位(见图6），也可用于已发生塌陷的孔，在塌陷位置进行硬化后再重新钻孔。

2.3 缩径

2.3.1 缩径的原因

缩径的原因主要是孔壁的两侧产生压差，孔壁外的压力大于孔壁内的压力，使孔壁内缩。如淤泥地层、粘土地层、含水量较高的粉质粘土地层等，由于地层存在一定的流塑性，若泥浆比重过低就会造成压差，同时以上地层在提钻过程中，会产生抽吸现象，造成压差。

2.3.2 缩孔检查

用检孔器进行检查。在设计探孔器时，应充分考虑探孔时检孔器受到泥浆的浮力、与孔壁间的摩擦力、孔壁凹凸不平对探孔器的支撑力等因素，对检孔器的重量、直径、长度的影响；成孔后检测，根据探孔器的深度可判断此处是否发生缩孔、弯曲、到达指定深度等。

2.3.3 预防措施与处理方法

①配置密度和粘度较高的泥浆平衡孔壁的水平压力；②钻进到易缩颈位置时放慢进尺速度，钻完后缓慢提起钻具并慢速旋转钻杆重新扫孔；③选用带有排水孔的钻具（见图7），加大保护键条的厚度，促进泥浆在钻具上下流动，防止产生抽吸现象。

3 结论

旋挖钻机在实际施工中发生的问题多种多样，不能一概而论。在选取处理方案时，应综合考虑机械及成孔因素，则优选取安全方案，避免造成二次问题。因此，施工过程中的各种预防措施应积极实施，勤检查、勤保养、勤修理，将问题扼杀在摇篮。

图6 硬化桩位示意

图7 钻具排水孔