旋挖鉆機成孔常見問題預防與處理方法芻探

劉冠南

（中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 064000 ）

隨著近年來國家對環保要求的不斷提高，如何安全、整潔、文明、快速地完成施工，成為各施工單位的新標準。身為“十五”期間國家重點發展的十大建筑機械設備之一的旋挖鉆機，憑借安全、環保、高效、便捷、質量高、適用范圍廣等優點，越來越多地應用在基礎工程施工現場[1]。然而旋挖鉆機在為各施工單位創造利益的同時，施工過程也會出現一些常見問題，如果不能及時有效地處理，可能會對施工單位造成一定的經濟損失[2]。基于此，筆者通過現場施工和管理經歷以及與同行間的交流，總結了旋挖鉆機成孔可能遇到的常見問題，并針對具體問題提出相應的預防措施及處理方法，以期對工程施工的安全、質量、進度的提升有所幫助。

旋挖鉆機成孔常見問題主要分為兩大類：機械問題和成孔質量問題。不論是哪類問題，歸根結底都是由鉆具和鉆桿引起的[3]。實際施工中要解決的主要問題也是圍繞鉆具和鉆桿展開。由于鉆桿和鉆具的型號多種多樣，在此列舉較為常見的型號。

1 機械事故預防與處理

1.1 卡鉆

1.1.1 卡鉆的主要原因

①鉆機鉆桿轉動速度太快，帶動泥漿沖刷孔壁造成護壁變薄形成坍塌；或者單次鉆進深度超深，無法及時護壁；再有鉆具內的鉆屑過滿，鉆屑從排水口擠出，鉆屑堵塞鉆具與孔壁之間的間隙形成卡鉆。②孔內有孤石，使鉆進時鉆具偏斜，導致徑向卡鉆。③鉆齒磨損，孔徑變小，導致鉆具筒身與孔壁之間的距離縮小而卡鉆。④鉆出的孔偏斜或彎曲，使孔壁無法與鉆桿平行，在提鉆與放鉆過程中導致卡鉆。⑤鉆出的孔坍塌導致鉆具被埋。⑥孔徑內縮導致埋鉆。⑦提鉆過程中，底板自動打開造成卡鉆。

1.1.2 預防措施

①單次進尺深度應依據地質情況，嚴格控制，不應太深；一般不超過鉆具筒身的70%，如此可避免鉆屑從鉆具上方孔口處被擠出，阻塞鉆具的筒壁和孔壁之間形成較大的摩阻力[4]。②在碎石土層鉆進時，轉速應放緩，防止孔內泥漿高速沖刷孔壁，以至孔壁掉塊（孤石等）卡住鉆具。③提鉆時，提鉆速度不宜太快，同時應緩慢轉動鉆桿以防孔壁有探出的異物或者縮孔卡住鉆具[5]。④鉆具使用過程中，每次提鉆上來，都要檢查鉆齒的磨損程度，及時更換、修復或補焊；檢查筒身耐磨鍵條的厚度，及時更換或補焊，保證樁徑，同時應確保鉆具連接銷緊固，避免意外脫落；在大型鉆具上自行配備打撈繩，以便在卡鉆發生時，方便處理[6]。⑤每天檢查鉆具內部的鏈接部件，及時更換、維修。避免底板脫落、自動打開等現象。

1.1.3 處理方法

①卡鉆發生后，應及時停止動作，切勿生拉硬拽，避免連接銷或鋼絲繩斷裂，造成二次事故，應在卡鉆的開始位置，反復提放鉆具，同時正反循環轉動鉆具并調整鉆桿方位使異物脫離、松動、掉落后再提起鉆具[7]。②如果單憑鉆機自身無法提出鉆具還可通過以下方法提出鉆具：a.加大提拔力法：用大噸位吊車（見圖1）或千斤頂（見圖2）協助鉆機提拔，此為最常用的方法，大部分卡鉆問題都可用此方法解決。b.直接法：此法適用于發生卡鉆的位置較淺或地下水位較低時，用挖掘機（一般為長臂）直接挖掘到卡鉆位置，此法要求場地寬闊、地質疏松；也可用護筒水泥護壁人工挖掘到卡鉆位置，此法速度慢、花費較高。c.高壓疏通法：此法在沖擊鉆卡鉆中普遍應用，采用導管（見圖3）和空壓機向卡鉆部位沖漿、用水沖孔或反復循環等方法，清理鉆筒周圍的鉆屑，然后配合吊車等提鉆。此法對泥漿濃度和地層有一定要求，要防止沖漿過程中造成塌孔[7]。d.爆破法：此法在沖擊鉆卡鉆中普遍應用，也可應用于旋挖鉆機。但不建議使用，因為沖擊鉆鉆孔孔壁堅實，一般震動不會塌孔，而旋挖鉆機成孔較松散，且爆破產生的碎屑可能導致埋鉆。

圖1 吊車協助提拔

圖2 千斤頂協助提拔

圖3 導管沖漿

1.2 埋（掉）鉆

1.2.1 埋（掉)鉆的主要原因

①泥漿濃度不夠，鉆進進尺太多，泥漿護壁不及時造成塌孔埋鉆。②提拔力過大或鉆桿問題造成砸桿，將鋼絲繩拉斷或連接銷剪斷。③鉆具與鉆桿連接處或鉆桿強度不夠導致斷裂引起掉鉆。④鉆具、鉆桿、鋼絲繩、提引器之間的連接銷脫落，或提引器保養不到位，損壞分離導致掉鉆。

1.2.2 預防措施

①放短單次進尺長度，地層不穩定尤其是砂層、泥巖層、回填層時，用加長護筒，如果不行還可輔以高濃度泥漿護壁、全護筒跟進等方法。②控制加壓壓力，保證孔的垂直度；提鉆時注意觀察主卷揚壓力表，機身晃動幅度，聽發動機轉速，如發現壓力突然增加、鉆機明顯晃動、發動機轉速明顯降低時，及時停止提鉆，調整鉆桿位置。③經常檢查各處連接銷的緊固、鋼絲繩狀況，檢查鉆具、鉆桿有無裂縫或變形，及時修補、更換，鋼絲繩如有斷絲或累計成孔3000米應立即更換。④提引器如損壞會導致鋼絲繩無法退勁，導致鋼絲繩壽命大大減少而引發斷裂，造成砸桿，對鉆桿、動力頭、鉆具、人員等造成重大危害。應每天檢查、保養提引器，發現提引器狀況不好要及時維修或更換。

1.2.3 處理方法

①如遇掉鉆現象可嘗試以下處理方法：a.掉鉆打撈的最大難點是如何固定鉆具。如果鉆具和鉆桿連在一起，可直接打撈；如果鉆具和鉆桿分開，鉆具打撈環的可用打撈勾打撈，鉆具位置較淺、地層穩定可進行人工掛鉤。b.如果是切削鉆，可用筒鉆或專門打撈工具，旋轉鉆桿使其與鉆具卡緊并一起上提。c.如果取不出鉆具且無法變更設計樁位，只能采用沖擊鉆將鉆具打碎，再用磁力打撈器將碎片清理出孔。

②如遇埋鉆現象可嘗試以下處理方法：埋鉆一般是鉆具與鉆桿一同被埋孔內，這種情況的處理方法與卡鉆的方法基本一致，可參照卡鉆處理方法。如工期緊張、打撈成本較高，可經設計部門同意將原來的樁位廢止回填，重新調整樁位。

1.3 鉆桿斷裂

1.3.1 鉆桿斷裂（見圖4）主要原因

①鉆桿材質太差無法與主機扭矩相匹配；②選取的鉆具、鉆進方式不對；③卸土方法不當；④鉆桿使用時間過長，未及時檢查保養，使鉆桿存在隱患。

圖4 斷裂的鉆桿

1.3.2 預防措施

①選擇材質與鉆機扭矩相匹配的鉆桿，經常檢查鉆桿，及時修理、更換；②不同地質選取相對應的方法，如鉆具、轉速、進尺方法、鉆進壓力等；③甩土不要過猛，過猛不僅會對鉆桿結構造成損傷，還會產生巨大噪音，導致村莊等人口密集地區夜間無法施工等影響；④鉆機每次開工前都應將鉆桿拆開，逐一檢查、及時維修保養。

2 成孔質量問題預防與處理

2.1 鉆孔傾斜（鉆孔彎曲）

2.1.1 鉆孔傾斜（鉆孔彎曲）的主要原因

（1）鉆機使用過程中各部位精度降低引起孔斜；（2）地質原因引起孔斜；（3）鉆進方案選擇錯誤以及操作手經驗太少。

2.1.2 預防措施及處理方法

①預防措施：a.針對鉆機自身，經常維護保證各部件功能正常，桅桿的垂直度每周進行校正,存在偏差要及時調節。b.針對地質，不同地層有不同的鉆進工藝，不能一概而論。如遇斜巖面時，采用“減壓鉆進”的方法，控制鉆進壓力避免壓力過大造成側滑；如巖層硬度大，就要選用筒鉆鉆進（見圖5）。

圖5 筒鉆鉆進斜巖示意

②樁位如遇孤石的處理方法：a.選用合適的鉆具，例如飄石區用筒鉆、雙筒等鉆具，超大孤石根據鉆桿的擺動判斷孤石所在位置采用螺旋鉆具撈取等。b.遇到探頭石，可用“減壓鉆進”的方法切除；如遇硬度和直徑較大的探頭石，可硬化探頭石所在區域來平衡探頭石區域的硬度，硬度基本一致后用鉆巖的方法鉆進。

2.2 塌孔與超方

2.2.1 塌孔與超方的主要種類

主要分為：泥漿護壁破裂塌孔、操作失誤塌孔、支撐破壞塌孔、地下河沖刷塌孔、機械振動。

2.2.2 塌孔與超方的原因

①泥漿調配不到位，護壁效果太差；②地質原因引起塌孔，如回填未壓實、有地下河、地下涌水等；③操作不當、進尺太多、提鉆太快等原因引起塌孔；④客觀原因造成，如放置時間太久、偶遇大雨沖刷、靠近路邊震動頻繁等。

2.2.3 預防措施與處理方法

①原地層發生塌孔時，通常采用泥漿進行護壁（加大泥漿比重、保證泥漿液面位置、控制孔壁內側壓力）；②選擇合理的鉆進工藝；③錯開與大型機械的作業時間，灌注后樁孔5m內及8小時混凝土初凝前大型機械不可通過；④全護筒跟進直至不會塌方地層；⑤淤泥層為防止塌孔，可用砼預先硬化樁位(見圖6），也可用于已發生塌陷的孔，在塌陷位置進行硬化后再重新鉆孔。

2.3 縮徑

2.3.1 縮徑的原因

縮徑的原因主要是孔壁的兩側產生壓差，孔壁外的壓力大于孔壁內的壓力，使孔壁內縮。如淤泥地層、粘土地層、含水量較高的粉質粘土地層等，由于地層存在一定的流塑性，若泥漿比重過低就會造成壓差，同時以上地層在提鉆過程中，會產生抽吸現象，造成壓差。

2.3.2 縮孔檢查

用檢孔器進行檢查。在設計探孔器時，應充分考慮探孔時檢孔器受到泥漿的浮力、與孔壁間的摩擦力、孔壁凹凸不平對探孔器的支撐力等因素，對檢孔器的重量、直徑、長度的影響；成孔后檢測，根據探孔器的深度可判斷此處是否發生縮孔、彎曲、到達指定深度等。

2.3.3 預防措施與處理方法

①配置密度和粘度較高的泥漿平衡孔壁的水平壓力；②鉆進到易縮頸位置時放慢進尺速度，鉆完后緩慢提起鉆具并慢速旋轉鉆桿重新掃孔；③選用帶有排水孔的鉆具（見圖7），加大保護鍵條的厚度，促進泥漿在鉆具上下流動，防止產生抽吸現象。

3 結論

旋挖鉆機在實際施工中發生的問題多種多樣，不能一概而論。在選取處理方案時，應綜合考慮機械及成孔因素，則優選取安全方案，避免造成二次問題。因此，施工過程中的各種預防措施應積極實施，勤檢查、勤保養、勤修理，將問題扼殺在搖籃。

圖6 硬化樁位示意

圖7 鉆具排水孔