冲击式钻机冲击成孔施工工艺在中山河水库导流隧洞竖井导井开挖中的应用

冲击式钻机冲击成孔施工工艺在中山河水库导流隧洞竖井导井开挖中的应用

董春伟1 刘家伟2

云南勘中达岩土工程质量检测有限公司 云南昆明 650000  2.云南省水利水电勘测设计研究院 云南昆明 650000

摘要：结合工程实例，介绍了在中山河水库导流隧洞竖井导井开挖中，采用冲击式钻机冲击成孔施工工艺流程和操作要点。

关键词：冲击式钻机、冲击成孔、施工工艺、竖井导井开挖、应用，中山河水库导流洞

1 、工程概况

中山河水库工程位于镇康县南伞镇大营盘村下游的南几陵河上，水库流域于怒江流域南汀河水系，处于南汀河下游一级支流南捧河右岸汇入得勐堆河上。主要建筑物有拦河坝、导流泄洪输水隧洞、溢洪道、输水灌溉渠道等。拦河坝坝顶高程1197.30m，最大坝高76.40m，总库容2737.80万m3。

输水泄洪隧道检修闸门竖井开挖断面为5.8m×5.3m矩形断面，开挖深度为51m，竖井地质条件从上至下分别为全、强、弱风化石英粉砂岩。由于中山河导流隧洞竖井开挖深度较深，并且竖井上部地质条件较差，从考虑施工安全、并控制施工成本及技术可行方面考虑后，竖井开挖采用冲击钻机冲击成孔施工工艺开挖导井，待导井贯通后，自上而下二次分层扩挖成井，通过导井向下溜渣的施工工艺。现就中山河水库竖井导井施工工艺进行简单归纳总结。

2、施工方案选择

根据原施工组织设计，考虑采用正井法人工开挖导井，后自上而下逐层扩挖成井的施工工艺，当竖井平台开挖至设计高程时，竖井平台地质仍然为全风化粉砂岩，地质条件较差，人工爆破开挖导井安全隐患较大，结合目前国内竖井导井施工工艺及借鉴冲击钻成孔灌注桩施工工艺，通过经济、安全、技术可行的原则进行分析确定采用冲击钻冲击成孔的施工工艺进行竖井导井开挖。

导井开挖施工工艺比较

3、冲击式钻机冲击成孔施工工艺

冲击式钻机冲击成孔施工工艺的主要工艺原理是：利用冲击锤往下反复冲击所产生的冲击能量将岩石破碎，利用泥浆的悬浮功能将钻渣悬浮，然后利用抽碴筒取出钻碴成孔。现将施工工艺简述如下：

1）施工工艺流程

冲击式钻机冲击成孔施工工艺流程图

2）施工工艺说明

（1）施工准备：场地平整后，由测量工程师测放出r=1．1m的导孔孔位、r=1.0m的钢护筒安装位置。待护筒制作、埋设完毕，钢丝绳冲击钻机钻架架设到位、泥浆制备系统完善后，即可开始导孔的钻孔施工。

（2）埋设护筒： 护筒一般用 4～8mm 厚的钢板卷制而成，其内径应大于钻头直径 150mm，护筒的顶部应开设溢浆口，并高出地面≥200mm。护筒用挖埋的方法埋置，挖埋时，护筒与坑壁之间用粘性土填实，护筒中心应与桩位中心应重合，偏差不得大于50mm，护筒埋置深度在粘性土中不宜小于 1.00m。

（3）泥浆制备 根据场地情况合理规划布置泥浆池、沉淀池、循环槽等泥浆循环系统。泥浆池的 容积为钻孔容积的 1.2～1.5 倍，一般不宜小于8m3。

（4）机具布置：在平台上备足护壁泥浆粘土，钻机就位，立好钻架，对准桩孔中心，拉好缆风绳，准备开始钻进，钻具选用于5T重十字型钻头。

（5）开孔：开钻时直接向孔内投入粘土，用钻头以小冲程反复冲击造浆，使泥浆比重不小于1.2。护筒底脚以下1～2m范围内，采取小冲程、高频率反复冲砸，确保孔壁稳定。

（6）钻进：冲程根据地质情况及岩石强度的变化分别确定。如岩层表面不平整，应先投入粘土、小片石英钟，将表面垫平，再用十字型钻头冲击钻进，防止发生斜孔，穿孔事故。钻进时还要注意均匀地松放钢丝绳长度，严禁“打空锤”现象的发生，确保钻机、钻架和钢丝绳不受损害。

（7）掏渣：破碎的钻渣，经泥浆悬浮后，用抽碴筒清除出孔外。为节约粘土，出渣筒提出孔外后，放一细孔筛在孔口使泥浆经过筛子漏回孔中，然后将遗留在筛子上的钻渣倒入弃碴中。

（8）检孔：钻进中或终孔后均应用检孔器检孔，检孔器用钢筋笼做在，外径等于设计桩径，长度为5m。一旦发现弯孔或缩孔现象及时采取措施进行处理。

4、施工中应注意事项

1）冲孔前，应在钢丝绳上作记号控制冲程。开始冲孔时，应低锤密击，锤高 0.4～ 0.6m，并及时加碎石和粘土，使孔壁挤压密实，直至孔深达到护筒以下 3～4m 后，将锤 高提高到 1.5～2.0m 以上转入正常冲击。 正常冲击时， 应控制好钢丝绳放量， 勤放少放， 防止钢丝绳放多减少冲程，放松过少，则不能有效冲击，形成“打空锤” ，损坏冲击机 具。冲击钻头到底后要及时收绳提起冲锤、防止钢丝绳缠卷冲击钻具或反缠卷扬机。

2）在冲孔中应根据岩土层情况合理调整冲程和泥浆比重，泥浆比重可以按下表选择

5、该施工工艺的优点

从中山河水库导流洞竖井导井施工情况看，该施工工艺具有如下优点

1）施工速度快，缩短工期：中山河水库导流洞竖井导井开挖，日平均钻孔强度1.5m/天。

2）、安全隐患小，由于采用冲击钻机冲击成孔、泥浆或抽渣筒抽渣，施工人员不需要下到井底，安全隐患降至最小。

3）性能稳定，适应性强、使用简便、安全可靠。

4）、节省投资：相对于反井钻机成孔施工工艺来讲，、冲击式钻机冲击成孔辅助设施相对较少，钻孔费用较低，成本相对较低。

5）冲击式钻机冲击成孔适应于粘性土、砂土、碎石土和各种岩层，钻孔深度可以达到70m以上。

6、施工过程技术经验

1）合理安排工期

由于冲击式钻机冲击成孔施工工艺是利用冲击锤往下反复冲击所产生的冲击能量将岩石破碎，利用泥浆的悬浮功能将钻渣悬浮，然后利用抽碴筒取出钻碴成孔，为避免导井冲击成孔施工过程，造成附近隧洞发生坍塌现象，采用该施工工艺成孔应先于竖井底部隧洞开挖施工提前进行（竖井贯通前，对于Ⅱ、Ⅲ类围岩预留5m以上；Ⅳ、Ⅴ类围岩预留15m以上）。

2）合理布置场地

由于竖井平台一般场地较小，并且竖井井口距离边坡较近，为避免泥浆循环过程中破环竖井平台边坡，泥浆池应尽量远离边坡。

3）合理调整开孔冲程

由于竖井平台一般场地较小，并且竖井井口距离边坡较近，为避免开孔过程中破环竖井平台边坡，开孔时，应低锤、密击，控制冲程。

结语：冲击式钻机冲击成孔施工工艺的应用使得本工程施工进度、质量、安全等管理目标得以全面实现，同时也降低了施工成本，取得了良好的经济效益和社会效益，可供类似工程施工时参考与借鉴。

参考文献：

[1]阙先水.大型工程中旋挖机与冲孔桩机组合施工技术特点分析[J].福建建材,2017(09)

[2]陈小琼.钻孔灌注桩的施工技术和质量控制[J].内江科技,2007(03)

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