关键词：旋挖钻机；中风化岩；成孔

 

　　工程概况：本项目长春市轻轨三期海关站—卫星路站高架桥基础工程共有灌注桩510根，桩长为19~29m，桩径分别有Ф1.0m、Ф1.2m和Ф1.5m，工期要求60日历天。

 

　　1.地质概况

 

　　长春市位于松辽凹陷的东部边缘，是中朝地台的一部分，古生代时期的沉积物较少，白垩纪泥岩和泥质砂岩构成基底，其上覆盖有6.0—8.0m左右厚的粘性土层及砂土层；施工区域地层复杂，从0-7m主要以粉质粘土为主，中间夹有2-4m的砂层；岩层较厚，地面7m以下就是岩石层，7-14m为全风化泥岩，14-22m为强风化泥岩，中间有砂岩夹层，22m以下为中风化泥岩砂岩互层。

 

　　人工堆积填土层：杂填土①1层：杂色，稍湿，孔位处于道路、方砖上，多为人工路面结构层或人工混凝土面层，该部分强度较高，其下部主要由粘性土组成，结构松散，密度不均。厚度0.60～3.50m；

 

　　第四系冲洪积层：粉质黏土②1层：褐黄色、灰黄色，可塑，稍湿，包含有铁锰结核，无摇振反应，稍有光滑、干强度中等，韧性中等，中等压缩性，局部缺失该层，层厚0.60～4.60m；

 

　　粉质黏土②2层：灰色，灰黑色，软塑，湿，有腥臭味，含少量有机质，部分地段为淤泥质粉质黏土，稍有摇振反应，无光滑、干强度较低，韧性较低，中～高压缩性，局部地段夹有薄层细砂，局部缺失该层。层厚0.70-4.00m；

 

　　粗砂②3层：灰黄色，褐灰色，青灰色，饱和状态，颗粒主要由石英、长石组成，亚圆形，分选较好，级配一般自上而下颗粒逐渐变粗，强度增加，中密～密实状态，含有少量泥质，底部见有薄层砾石。层厚0.50～5.20m。

 

　　白垩系泥岩全风化泥岩③1层：为紫红色泥岩夹灰白色、灰黄色、灰绿色及青灰色泥质粉砂岩，原岩结构基本破坏，有残余结构强度，泥岩粘土状，泥质粉砂岩有砂感，硬塑～坚硬状态，中～低压缩性，遇水易软化，泥质粉砂岩强度较泥岩高，局部含有钙质胶结成岩很好的砂岩，较易钻进，岩芯破碎，层厚2.60～13.10m；

 

　　强风化泥岩③2层：为紫红色泥岩夹灰白色、灰黄色、灰绿色及青灰色泥质粉砂岩，原岩结构大部分破坏，风化裂隙发育，块状，遇水易软化，泥质粉砂岩强度较泥岩高，呈互层状产出，局部地段见有成岩比较好的层厚750px～1250px钙质胶结的砂岩，紫红色泥岩岩块可用手折断或捏碎，灰白色、青灰色的泥质粉砂岩较难钻进；岩芯较完整，层厚2.50～12.30m；中风化泥岩③3层：紫红色、灰绿色、青灰色，泥岩与砂岩互层，以砂岩为主，砂岩强度较泥岩高，原岩结构部分破坏，风化裂隙发育，块状，钻进难度增大，岩芯呈柱状，较为完整，揭露厚度8.50～15.50m。1.2水文概况根据勘察报告，地下稳定水位埋深0.80～4.70m。拟建区间场地地下水赋存于第四系粘性土和砂土层中，含水层的厚度在3.0～6.0m。其中粉质粘土②1层至粉质粘土②2层透水性中等，粗砂②3层透水性良好。其下部的泥岩为不透水层。

 

　　2旋挖钻机成孔优点及遇到的困难

 

　　长春市轻轨一期、二期桩基工程都是采用冲击钻成孔，冲击钻非常适合在坚硬地层施工。本工程要在短短的60天内完成510根桩的施工，将会有很大的困难。所以我们综合考虑试着采用旋挖钻机进行成孔。

 

　　2.1采用旋挖钻机的优点

 

　　如果本工程全部程采用冲击钻成孔，至少要30台钻机同时施工，用电量将是一个很大的困难，每台钻机的功率为75kw，同时工作，用电负荷将达到2250kw，再加上其配套设备，总功率可达3000kw。这样的巨大负荷，将给长春市电网带来一定困难，同时也增加了我们的成本，降低了利润。采用旋挖钻机用电设备只有水泵和电焊机，相对冲击钻来说，用电量可以忽略不计。全部采用冲击钻，施工现场将布满电缆线，在电线纵横交错的环境中施工，将给安全管理带来很大不便，同时也增加了施工的危险性。冲击钻成孔时泥浆的产出系数为2.5—3.5，完成本工程一万多方的工作量，将要运走三四万方的泥浆，在市内主干道施工，要将这样大量的泥浆运走绝非易事。冲击钻同时施工，对周围环境将造成很大的影响。我们选择旋挖钻机施工，不但可以降低施工时的安全管理风险、保证工期、降低对环境的污染，而且能很大程度上提高工程利润率。

 

　　2.2成孔困难

 

　　在本工程中采用旋挖钻机施工，遇到的最大问题就是进入中风化岩钻进困难，钻头磨损严重，同时存在砂层施工过程中存在塌孔现象。

 

　　3工艺改进及采取措施

 

　　针对旋挖钻机在本工程中遇到的困难，我们采取了一系列的改进措施。

 

　　3.1造浆防塌

 

　　在刚开始施工时，是采用清水成孔，在砂层施工时，发现有塌孔现象。我们采用膨润土先造好泥浆，然后用造好的泥浆进行成孔，取得了明显的效果。

 

　　3.2工艺改进顺利钻进

 

　　在钻进困难的情况下，我们从钻头、钻杆方面进行改进，同时改变以往的钻进方法，取得了明显的效果。从整个旋挖钻机工作过程来看，钻机的动力能多少转变为施工所需的压力和扭矩的输出效率问题，对每台钻机来说，出厂时就已经确定下来，而钻机工作过程中的压力和扭矩的输出效率则取决与钻杆和钻头，钻斗的关键参数是斗齿刃前角。

 

　　3.2.1改进钻头

 

　　钻头对钻机成孔来说是最主要的部件，钻头的好坏直接关系到成孔速度和成孔质量。通过前期的实验，我们成直径1.2m，孔深26m的孔需要11个小时，1—21m需要3.5小时，21—26m则需要7.5小时，而且钻头磨损严重，掉齿现象多有发生，把太多的时间花费在中风化岩成孔上，我们计算过，照这样的速度，本工程我们不但不能按期完成，而且还存在亏损的风险。通过查阅有关资料，及项目技术人员的研究，我们向厂家订做我们自己改进的钻岩钻头。碎岩钻头应具有点式或圆球形切削刃面，如装有子弹头的短螺旋钻头，嵌岩筒钻。此钻头的主要特点一是耐磨，钻具应有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃；二是子弹头的切岩角度不同以往的普通回转钻头，要比回转钻头的切入角大一些，一般取50°~65°为宜，这样不至于在岩石面滑脱，可以提高切岩速度。在此工程我们定制了三款专用的钻岩钻头，一种是装有子弹头的螺旋钻头，一种是装有子弹头的回转钻头，还有一种是装有子弹头的嵌岩筒钻，取芯岩石筒钻除了筒体下端焊有子弹头截齿外，筒体内壁上装有承托岩芯的合页片。这三种钻头都是装有子弹头，子弹头起到的作用就是与岩石面接受面积小，有利于进入岩石，而且子弹头还有耐磨的特点。钻坚硬岩石主要用的是嵌岩筒钻，它可以取出整体岩样，不至于岩石被碎后无法从孔内取出，较软的岩石可以用子弹头螺旋钻头破碎，然后用装有子弹头的回转钻头捞出，因为装有子弹头的回转钻头也有一定破碎岩石的作用。

 

　　3.2.2钻杆改进

 

　　旋挖钻机的工作分为压力和扭矩，压力：动力头油缸—动力头—钻杆—钻头—切削刃；扭矩：动力头马达—动力头转盘—钻杆—钻头—切削岩土。由此可以看出钻杆在钻机工作中起着一个连接的重要作用。一般进行松软地层钻进时，依靠钻杆和钻具的自重即可满足进尺加压力的要求，此时选用摩擦式钻杆即可。对于入岩钻进则应考虑具有强行加压功能的机锁式钻杆。机锁钻杆各节杆上的外键是焊在各节杆钢管上圆周120°均布的3条（或6条）带有加压端面（有台阶）或齿面的钢条。

 

　　3.2.3施工方法改进

 

　　针对不同的地质情况，要采取不同施工的方式、钻进参数、质量控制措施。对于这种既有土层、砂层还有岩层的特殊地层，我们采取了综合钻进的方法，即对不同的地层采取不同的钻进方法。地表第四纪地层可选用回转钻斗钻进；在湿孔钻进时，可用双底板捞砂钻斗钻进以便于捞取钻渣；对于硬度较大的基岩地层直接用短螺旋钻头或旋挖钻斗钻进都比较困难，需要嵌岩筒钻配合短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进。钻进工艺参数也要随之改变。

 

　　（1）加压力

 

　　旋挖钻机工作效率取决动力头扭矩与加压，对于滚刀钻头，原则上加压力越大工作效率越高，但要考虑钻机的加压能力及钻杆的承受能力。

 

　　（2）转速

 

　　旋挖钻机钻进硬岩时转速以10—15转/每分钟为宜，不可过快或过慢，过缓则钻进效率太低，过快则造成孔底泥浆涡动过大，冲刷孔壁，同时容易使钻机钻杆摆动过大造成损坏。

 

　　4结语

 

　　经过有针对性的改进措施，提高了旋挖钻机的成孔效率和成孔质量，把成孔时间平均缩短4小时，如期完成工作任务，取得了良好的经济效益。我们单位采用旋挖在长春市这种地层中成孔尚属首例，具有开创先河的作用。在此充分展现了旋挖钻机成孔速度快、质量好、效率高，对环境污染小的特点。