论文部分内容阅读
【摘 要】 主要针对在各类地层中，如何顺利实现安全、高效完成岩土锚固工程中造孔这一关键环节，分析了钻进因素对造孔的重要影响，并对复杂地层中的造孔工艺进行了探讨，对提高造孔质量的技术措施进行了总结。
【关键词】 岩土锚固；造孔工艺；钻具
随着自然环境的恶化，滑坡、崩塌等地质灾害越来越多，地质灾害治理工作也成为地方政府的一项重要工作。地质灾害治理中大量应用了锚固工艺，使得在岩土锚固工程中所遇到的造孔问题也越来越多，特别是在大型工程中，各类复杂地层都会遇到，例如：孔裂隙发育或断层影响层，强弱风化与软硬到层，软弱破碎或泥砂软硬互层，泥石流沉积或回填沉积层，火山灰沉积或古河床冲积层，卵石孤石或人为构筑物掩埋层，含比较高压力的承压水层。在这些地层中造孔施工，一般是：用大型设备造孔则费用居高不下，设备维护费用高；若用小型钻机造孔则易塌孔卡钻，钻头磨损严重，排碴困难，孔易堵塞。如何在这类地层中实现高质量、低成本快速造孔的技术难题也就越来越突出，值得我们去认真研究。
1、造孔施工工艺
（一）传统的造孔工艺
传统造孔的基本工艺为：
（1）使用设备：液压、风动、油动、电动的大中小各种型号的钻机。
（2）钻杆：螺旋、圆管、六方、套管。
（3）钻头：普通、环状、螺旋、冲击、牙轮。
（4）切割片：刀齿、锥齿、球齿、异形齿。
（5）洗孔材料：高压风、高压氷、压浆。
（二）探索造孔新工艺
新造孔基本工艺为：
（1）使用设备：液压、风动、油动、电动的中小各种型号的钻机增加后置冲击接口，实现前后冲击构想。
（2）钻杆：螺旋、圆管、六方、套管，增加三通接口，为后置冲击时提供洗孔介质通道或直接采用自钻式锚杆当做钻杆造孔。
（3）钻头：普通、环状、螺旋、冲击、牙轮，增加后则开循环孔的特殊钻头，如：草帽型、叶片型、球面型、台阶型、带逆止装置的钻头及多种形式组合的各类多功能钻头，有些是属于功能是而形状不是的概念型。
（4）切割片：刀齿、锥齿、球齿、异形齿，增加切齿以及组合齿，这对于提高造孔效率帮助很大。
（5）洗孔材料：高压风、高压氷、压浆，增加水泥浆循环护壁，锯末和石膏粉堵孔壁小裂缝，粗砂、快干水泥、石膏、锯末、粉煤灰、水玻璃、纤维混合物等通过不同的成分堵塞中型裂缝，对于超大裂缝采取圆形钢管处理等新技术和工艺。
总结以上新造孔基本思路，主要是从钻头、钻机、循环、护壁几方面入手，加强某些功能，回避某些缺陷，拓展延伸其优点等等，通过理念上的拓展，对小型设备的硬件做适当的改动，使传统造孔方法不能低成本达到或难于达到的目的得以顺利实现。
2、岩土锚固工程现状
由于我国地域辽阔，地质构造差异极大，锚固施工地质条件十分复杂。在西部及东南沿海的山区，由于交通运输十分不便，设备大多数是在人工搭建的脚手架上进行施工，给施工设备的搬迁、运输造成极大的困难；另一方面，在大量的裂隙破碎地层、古滑坡及松散堆积体地层中造孔施工时，及易发生钻孔坍塌、卡钻埋钻等孔内事故。
锚杆孔设计深度一般在10米以内，少数预应力锚杆孔深度在10米以上。孔径在70～130mm之间，有湿式作业法和干式作业法造孔，两种方法造孔施工顺序基本一致，只是洗孔介质不同。下面以湿式作业法造孔为例介绍造孔工艺：
（1）钻机钻进方式中的冲击钻进、螺旋钻进方法较简单，在这里不作述说。
（2）跟管钻进：
与上述二种钻进方法相比，跟管钻进为在复杂地层造孔过程中破岩、护壁和堵漏问题提供了较为全面的解决方案。跟管钻进在造孔的同时护壁套管对已钻出的孔位起到保护作用。根据造孔动力方式不同，跟管钻进设备机具组合一般有如下几种方式：
A、单动力头偏心扩孔跟管钻进。
偏心扩孔跟管钻进的特点是钻进过程中套管不回转，依靠套管内的中心偏心钻具在孔底钻出直径大于套管外径的钻孔，中心钻具在钻孔延伸的同时，通过套管靴上的内台阶带动套管一起向前延伸，实现边钻进边护壁。
B、单动力头同心扩孔跟管钻进。
与偏心式跟管钻进不同的是孔底钻孔扩孔是由中心钻具和套管钻头联合完成的。
C、双动力头顶驱跟管钻进。
其特点是套管在钻进过程中以中心钻具回转方向相反的方向回转，以与中心钻具相同的给进速度跟进。在套管的顶部回转运动和给进驱动力的作用下，加快套管的跟进速度，从而使钻进速度和钻孔深度得到大幅度的提高。
3、设备和机具的选用原则
钻孔过程在岩土锚固工程施工中具有十分重要的地位，关系到整个工程施工的质量和效益，地层的复杂性给锚固钻孔施工造成了一定程度上的影响，但是只要钻进工艺方法正确，钻孔设备和机具应用得当，再复杂的地层也可以用相对经济的手段加以克服。在复杂地层中钻进所采用的钻孔设备和机具必须具备以下优良性能：
（1）锚固钻机具有较大的扭矩输出，能克服钻孔内复杂的钻进负荷变化及卡钻现象。
（2）具有较大的提升能力，当孔内出现掉块、坍塌等复杂现象时，能够采取强力起拔措施处理，防止卡钻、埋钻事故的发生。
（3）具有较大的调速范围，适应在土层、岩层不同地层条件下，采用不同钻进方法时对回转速度变化的需要。
（4）具有较长的给进行程，这一点对提高钻进效率和采用跟管钻进方法很重要，一般给进行程不小于1.8～2m。
（5）具有最轻的重量和便利的分解组装性能，对于交通不便的山区和高陡边坡锚固施工，不仅可以减轻在设备搬运时的劳动强度，还减少了辅助作用时间，有利于提高施工综合效率。
（6）锚固钻机同时还应有较高的可靠性，拆卸钻具机械化程度要高，对钻具的导向性能好。
（7）钻杆套管的强度、刚度、抗疲劳性等综合机械性能要好。要采用优质合金材料制造。
（8）钻杆、套管的直线性要好，避免在回转过程中因钻杆弯曲产生的振动对钻孔壁和机械设备的破坏作用。
（9）钻孔、套管连接螺纹的强度要高，便于拧卸作业，连接后密封性能要好。
（10）用以钻凿岩的潜孔冲击器具有优良的输出性能，钻头具有较高的破岩能力和可靠性。
4、提高钻孔质量的措施
锚固工程对造孔质量有一定的技术要求，其中最重要的是钻孔轴线的斜度。钻孔的质量达不到要求的危害是，一是会降低预应力的有效传递，使部分锚固预应力损失在弯曲孔壁的摩擦上；二是当两孔之间的锚固端距离很近时，会使锚固端局部地层的应力过于集中，对岩体的整体稳定产生不利的影响。因此采用合理的钻孔工艺方法，选择适合的钻孔设备和机具，最大限度地消除复杂地层因素或和减少各种施工工艺技术因素对锚孔彎曲的影响，对保证锚固工程质量具有十分重要意义。
（一）钻孔设备钻孔能力的保障
设备的输出扭矩和提升能力是衡量设备钻进能力的重要指标。设备选择是应尽可能地选用稳定性能和导向性能好，钻进能力大、功能多的专用锚固钻机，便于在不同复杂地层情况下选择不同的锚固钻孔方法。
（二）操作技术的保证
（1）钻机的定位、安装以及钻孔开孔时的导向非常重要，钻机的定位、安装要准确、稳固，开孔时除导向器准确对准方位外，应采用轻压、慢转控制钻进速度。
（2）钻进过程中遇到破碎、松散及断层时，要放慢转速和给进速度，减小给进压力。
（3）洗孔尽量使用高压空气，少用或不用水冲洗钻孔，避免水对地层及钻孔孔壁产生破坏作用。
5、结束语
造孔是岩土锚固工程施工中的一个重要技术环节，直接影响到工程质量和经济效益，应在对工程的地质条件和环境条件全面调研的基础上，采用适合的施工工艺，科学合理的选择钻孔设备，就一定能够克服造孔中遇到的技术难题，取得较好的经济效益和社会效益。
【关键词】 岩土锚固；造孔工艺；钻具
随着自然环境的恶化，滑坡、崩塌等地质灾害越来越多，地质灾害治理工作也成为地方政府的一项重要工作。地质灾害治理中大量应用了锚固工艺，使得在岩土锚固工程中所遇到的造孔问题也越来越多，特别是在大型工程中，各类复杂地层都会遇到，例如：孔裂隙发育或断层影响层，强弱风化与软硬到层，软弱破碎或泥砂软硬互层，泥石流沉积或回填沉积层，火山灰沉积或古河床冲积层，卵石孤石或人为构筑物掩埋层，含比较高压力的承压水层。在这些地层中造孔施工，一般是：用大型设备造孔则费用居高不下，设备维护费用高；若用小型钻机造孔则易塌孔卡钻，钻头磨损严重，排碴困难，孔易堵塞。如何在这类地层中实现高质量、低成本快速造孔的技术难题也就越来越突出，值得我们去认真研究。
1、造孔施工工艺
（一）传统的造孔工艺
传统造孔的基本工艺为：
（1）使用设备：液压、风动、油动、电动的大中小各种型号的钻机。
（2）钻杆：螺旋、圆管、六方、套管。
（3）钻头：普通、环状、螺旋、冲击、牙轮。
（4）切割片：刀齿、锥齿、球齿、异形齿。
（5）洗孔材料：高压风、高压氷、压浆。
（二）探索造孔新工艺
新造孔基本工艺为：
（1）使用设备：液压、风动、油动、电动的中小各种型号的钻机增加后置冲击接口，实现前后冲击构想。
（2）钻杆：螺旋、圆管、六方、套管，增加三通接口，为后置冲击时提供洗孔介质通道或直接采用自钻式锚杆当做钻杆造孔。
（3）钻头：普通、环状、螺旋、冲击、牙轮，增加后则开循环孔的特殊钻头，如：草帽型、叶片型、球面型、台阶型、带逆止装置的钻头及多种形式组合的各类多功能钻头，有些是属于功能是而形状不是的概念型。
（4）切割片：刀齿、锥齿、球齿、异形齿，增加切齿以及组合齿，这对于提高造孔效率帮助很大。
（5）洗孔材料：高压风、高压氷、压浆，增加水泥浆循环护壁，锯末和石膏粉堵孔壁小裂缝，粗砂、快干水泥、石膏、锯末、粉煤灰、水玻璃、纤维混合物等通过不同的成分堵塞中型裂缝，对于超大裂缝采取圆形钢管处理等新技术和工艺。
总结以上新造孔基本思路，主要是从钻头、钻机、循环、护壁几方面入手，加强某些功能，回避某些缺陷，拓展延伸其优点等等，通过理念上的拓展，对小型设备的硬件做适当的改动，使传统造孔方法不能低成本达到或难于达到的目的得以顺利实现。
2、岩土锚固工程现状
由于我国地域辽阔，地质构造差异极大，锚固施工地质条件十分复杂。在西部及东南沿海的山区，由于交通运输十分不便，设备大多数是在人工搭建的脚手架上进行施工，给施工设备的搬迁、运输造成极大的困难；另一方面，在大量的裂隙破碎地层、古滑坡及松散堆积体地层中造孔施工时，及易发生钻孔坍塌、卡钻埋钻等孔内事故。
锚杆孔设计深度一般在10米以内，少数预应力锚杆孔深度在10米以上。孔径在70～130mm之间，有湿式作业法和干式作业法造孔，两种方法造孔施工顺序基本一致，只是洗孔介质不同。下面以湿式作业法造孔为例介绍造孔工艺：
（1）钻机钻进方式中的冲击钻进、螺旋钻进方法较简单，在这里不作述说。
（2）跟管钻进：
与上述二种钻进方法相比，跟管钻进为在复杂地层造孔过程中破岩、护壁和堵漏问题提供了较为全面的解决方案。跟管钻进在造孔的同时护壁套管对已钻出的孔位起到保护作用。根据造孔动力方式不同，跟管钻进设备机具组合一般有如下几种方式：
A、单动力头偏心扩孔跟管钻进。
偏心扩孔跟管钻进的特点是钻进过程中套管不回转，依靠套管内的中心偏心钻具在孔底钻出直径大于套管外径的钻孔，中心钻具在钻孔延伸的同时，通过套管靴上的内台阶带动套管一起向前延伸，实现边钻进边护壁。
B、单动力头同心扩孔跟管钻进。
与偏心式跟管钻进不同的是孔底钻孔扩孔是由中心钻具和套管钻头联合完成的。
C、双动力头顶驱跟管钻进。
其特点是套管在钻进过程中以中心钻具回转方向相反的方向回转，以与中心钻具相同的给进速度跟进。在套管的顶部回转运动和给进驱动力的作用下，加快套管的跟进速度，从而使钻进速度和钻孔深度得到大幅度的提高。
3、设备和机具的选用原则
钻孔过程在岩土锚固工程施工中具有十分重要的地位，关系到整个工程施工的质量和效益，地层的复杂性给锚固钻孔施工造成了一定程度上的影响，但是只要钻进工艺方法正确，钻孔设备和机具应用得当，再复杂的地层也可以用相对经济的手段加以克服。在复杂地层中钻进所采用的钻孔设备和机具必须具备以下优良性能：
（1）锚固钻机具有较大的扭矩输出，能克服钻孔内复杂的钻进负荷变化及卡钻现象。
（2）具有较大的提升能力，当孔内出现掉块、坍塌等复杂现象时，能够采取强力起拔措施处理，防止卡钻、埋钻事故的发生。
（3）具有较大的调速范围，适应在土层、岩层不同地层条件下，采用不同钻进方法时对回转速度变化的需要。
（4）具有较长的给进行程，这一点对提高钻进效率和采用跟管钻进方法很重要，一般给进行程不小于1.8～2m。
（5）具有最轻的重量和便利的分解组装性能，对于交通不便的山区和高陡边坡锚固施工，不仅可以减轻在设备搬运时的劳动强度，还减少了辅助作用时间，有利于提高施工综合效率。
（6）锚固钻机同时还应有较高的可靠性，拆卸钻具机械化程度要高，对钻具的导向性能好。
（7）钻杆套管的强度、刚度、抗疲劳性等综合机械性能要好。要采用优质合金材料制造。
（8）钻杆、套管的直线性要好，避免在回转过程中因钻杆弯曲产生的振动对钻孔壁和机械设备的破坏作用。
（9）钻孔、套管连接螺纹的强度要高，便于拧卸作业，连接后密封性能要好。
（10）用以钻凿岩的潜孔冲击器具有优良的输出性能，钻头具有较高的破岩能力和可靠性。
4、提高钻孔质量的措施
锚固工程对造孔质量有一定的技术要求，其中最重要的是钻孔轴线的斜度。钻孔的质量达不到要求的危害是，一是会降低预应力的有效传递，使部分锚固预应力损失在弯曲孔壁的摩擦上；二是当两孔之间的锚固端距离很近时，会使锚固端局部地层的应力过于集中，对岩体的整体稳定产生不利的影响。因此采用合理的钻孔工艺方法，选择适合的钻孔设备和机具，最大限度地消除复杂地层因素或和减少各种施工工艺技术因素对锚孔彎曲的影响，对保证锚固工程质量具有十分重要意义。
（一）钻孔设备钻孔能力的保障
设备的输出扭矩和提升能力是衡量设备钻进能力的重要指标。设备选择是应尽可能地选用稳定性能和导向性能好，钻进能力大、功能多的专用锚固钻机，便于在不同复杂地层情况下选择不同的锚固钻孔方法。
（二）操作技术的保证
（1）钻机的定位、安装以及钻孔开孔时的导向非常重要，钻机的定位、安装要准确、稳固，开孔时除导向器准确对准方位外，应采用轻压、慢转控制钻进速度。
（2）钻进过程中遇到破碎、松散及断层时，要放慢转速和给进速度，减小给进压力。
（3）洗孔尽量使用高压空气，少用或不用水冲洗钻孔，避免水对地层及钻孔孔壁产生破坏作用。
5、结束语
造孔是岩土锚固工程施工中的一个重要技术环节，直接影响到工程质量和经济效益，应在对工程的地质条件和环境条件全面调研的基础上，采用适合的施工工艺，科学合理的选择钻孔设备，就一定能够克服造孔中遇到的技术难题，取得较好的经济效益和社会效益。