氣動潛孔錘鉆進技術在測壓管埋設中的應用

杜榮權

(安徽省龍河口水庫管理處，安徽 舒城 231360)

龍河口水庫東大壩測壓管更新改造項目，在防滲墻下游后側布置測壓管(內設滲壓計)29套，以監測壩基滲流及繞壩滲流情況。

測壓管鉆孔孔徑130mm,設計持力層為Ⅲ級以上微、中風化巖，基巖完整取芯率大于85%，基巖之單軸抗壓強度不小于25MPa。單根測壓管長度10m～40m,實際嵌入巖石深度0.7m～5.57m，施工難度很大。應予以解決。

1 空氣潛孔錘在跟管鉆進中的應用

氣動潛孔錘跟管鉆具系統一般由潛孔沖擊器、導向鉆頭、(127)偏心鉆頭、擴孔鉆頭、套管靴及套管組成。

圖1 偏心跟管鉆具

圖2 排渣路線圖

跟管鉆具由鉆機提供回轉扭矩及推進動力，空壓機提供高壓空氣由鉆桿進入潛孔沖擊器沖擊跟管鉆具的導正器，并將沖擊波及鉆壓傳給中心鉆頭及環狀鉆頭破碎孔底巖石,同時鉆機帶動鉆桿回轉扭矩傳遞給沖擊器帶動導正器轉動使偏心鉆頭張開，使擴孔鉆頭及中心鉆頭跟隨導正器旋轉，鉆出大于套管外徑的孔，使套管在自重作用下隨鉆頭跟進。當自重小于套筒外壁的摩擦阻力時，內層跟管鉆具繼續向前破碎巖石，直至導正器上的凸肩與套管靴的凸肩接觸，導正器將部分鉆壓和沖擊波傳遞給套管靴，迫使套管靴帶動套管與鉆具同步跟進,如圖1所示。導正器及導向鉆頭兩側開有吹巖屑的氣孔，周邊開有排除巖屑的氣槽。壓縮空氣經沖擊器做功后經導正器及鉆頭兩側到達孔底，沖刷巖屑、冷卻鉆頭并攜帶巖屑經鉆頭中心及導正器的氣槽進入沖擊器、鉆桿與套筒之間的環狀空間排除孔外,如圖2所示。待鉆至地層預定深度或基巖時，鉆具慢速反向旋轉，使擴孔鉆頭收回從而將鉆具提出孔外，而套管則留在地層中保護孔壁。

2 潛孔錘在拔管中的應用

拔管器具組合(由內至外)：導管-導管接頭-組合式連接器-改進后的沖擊器。

將潛孔錘進行改進，利用潛孔錘的高頻振動沖擊原理進行導管起拔，將沖擊器下缸接頭重新進行改進加工成一打墊，沖擊器活塞直接作用于打墊上，打墊將沖擊作用傳遞給外缸，再通過外缸與沖擊器上接頭及導管的連接傳遞至導管上，導管在高頻的沖擊及振動作用下1節1節拔出套管，沖擊器工作后的氣體從打墊的中心孔排出。

3 實例-以繞滲管鉆孔為例

3.1 測壓管制作

測壓管為φ75鍍鋅鋼管。花管進水孔φ6mm，呈梅花型布置，管周16排，交錯布置，縱距15mm，外纏φ2.5@80鍍鋅鋼絲，外包300g/m2土工布兩層，12#鉛絲@100捆扎；5mm厚鋼板焊接封管底。導管底部與花管段接頭采用外絲扣牢固連接。①管帽。φ260mm帶絲扣和止水墊圈管帽；②管蓋。φ75mm鍍鋅管堵頭，帶電纜穿線孔。

3.2 鉆孔施工

場地準備→測量定位→鉆機就位→校正、定位→檢查跟管鉆具等連接牢固、轉動靈活→跟管鉆進開孔→孔斜檢測→跟管鉆進造孔→每鉆進0.3m～0.4m強吹孔排屑→跟管鉆進至孔壁能自穩處→反轉收斂鉆具、提鉆→換長鉆頭通過套管靴繼續鉆孔至設計基底→垂直度測試→安裝測壓管→孔內回填料→邊填粘土球邊提升鋼套管→封孔。

首先吊裝套管放入定位裝置中，并用鉆機上的夾具固定，套管底端離地面約30cm。跟管鉆具系統吊入套管內，調整鉆機使驅動馬達中心對準孔中心位置，并用水平尺等儀器檢查套管的垂直度符合規范要求。

鉆孔開孔時要采取慢速沖擊防止偏孔。在鉆進過程中根據地質情況隨時調整機械及設備的各項參數，以確保鉆孔時能夠經濟有效的進行。并每鉆進3m就檢查1次套管的垂直度，確保不超出規范要求。當已鉆至基巖面時應繼續向下鉆進，使套管底端嵌入基巖約0.5m，然后反向旋轉鉆頭使擴孔鉆頭收回，將整個沖擊器及跟管鉆具提出，并更換普通鑿巖鉆頭進行巖層鉆孔，與跟管鉆具相比，鑿巖鉆頭的鉆進速度是跟管鉆具的四倍左右。

待鉆進至設計要求的嵌巖深度后，鉆孔設備提出孔外，進行鉆孔垂直度測試，符合規范要求后，切割套管確保頂端至少高出地面約0.5m，防止地面上的廢渣及污水進入孔內，以待測壓管安裝。

氣動潛孔錘工作時單次沖擊功在瞬間即可生產極大作用力，適用軟層沖擊擠密不排土鉆進，有效防止土層、砂礫石層及砂層中鉆進中塌孔，順利鉆至巖石層。

3.3 測壓管安裝

測壓管鉆孔深度應比設計測壓管管底稍低，以防止局部坍塌而影響測壓管埋設高程。①組裝測壓管：按照管底蓋→外箍接頭→沉淀管→進水管→外箍接頭→導管→外箍接頭→管頂蓋的順序逐節組裝放入孔內，管路安裝連接做到緊固、嚴密、無滲漏。②測壓管及鉆孔回填：測壓管周圍的填充料應與原土料相同，即與粘土心墻、壩后鋪蓋接觸部分用5mm～10mm膨脹土風干泥球填實；與壩體砂殼接觸部分回填粗砂；砂礫石層內回填φ1～3砂礫；巖層內花管段回填粗砂或細礫反濾料，導管段宜用水泥砂漿或水泥膨潤土漿封孔回填，反濾料與封孔料之間可用200mm厚細砂過渡；回填料應逐層夯實，回填前需洗凈、風干，緩慢入孔。下管前應先在孔底填約200mm厚反濾料。

測壓管安裝封孔完成后采用高壓水槍沖洗測壓管，將測壓管內沖洗干凈后進行靈敏度檢驗。

4 結束語

采用“空氣潛孔錘取心鉆進技術”和“潛孔錘跟管鉆進及跟拔管技術”，具備鉆進速度快、成孔率高、鉆孔深度大、環境污染小及能有效防止塌孔等特點，經濟效益顯著。空氣潛孔錘跟管鉆進技術是一種鉆進、排渣和護壁同時進行，具有地層適應性強，可以在粘土、淤泥質、卵石地層、砂層或流砂地層鉆進，也可以在松散、破碎、堆石體等巖石地層中鉆進。但存在巖層鉆進時噪音高、震動強、對周邊土層擾動較大等問題。如果工地周邊建筑物離工地過近或建筑物比較老舊，采用氣動潛孔錘跟管鉆進技術進行鉆孔施工時應對上述問題進行充分的考慮并需采取有效的措施加以防治。