在众多的复杂地层锚杆钻进施工中，塌孔、埋钻是施工人员经常碰到且又十分头疼的问题。采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击跟管钻进技术充分利用了风动潜孔锤高效冲击破碎岩石的优势，在高效碎岩钻进的同时，同时跟入套管保护钻孔孔壁，利用套管的刚性导向作用，可以抑制钻孔弯曲，保证钻孔的垂直度。

 

　　潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为两种类型：偏心式跟管钻具及同心式跟管钻具。同心跟管钻具因其外钻头的壁厚较厚，同样孔径施工，冲击功传递效果不如偏心钻具，只有在钻孔直径较大，选择高风压冲击器时，效果才比较好，但制造费用比偏心钻具高的多。偏心式跟管钻具不仅成孔直径大，而且结构简单，制造成本低，使用方便，因此得到了更广泛的应用。

 

　　二、潜孔锤偏心跟管钻进系统及工作原理

 

　　2.1潜孔锤偏心跟管钻进的系统组成

 

　　潜孔锤偏心跟管钻进系统主要由潜孔冲击器、偏心跟管钻具（单偏心扩孔式或双偏心、三偏心扩孔式）、管靴、套管等构成。

 

　　在潜孔锤偏心跟管钻进系统中，无论是哪种偏心跟管钻具都是通过偏心跟管钻具钻进时钻出大于套管外径的孔，并当钻进至预定地层，可将跟管钻具收敛，使跟管钻具的最大外径小于管靴、套管的内径，从而取出跟管钻具，套管则留在地层内保护孔壁。

 

　　2.2潜孔锤偏心跟管钻进的工作原理

 

　　单偏心三件套潜孔锤偏心跟管钻具工作时由钻机提供回转扭矩及推进动力。正常钻进时，由空气压缩机提供的压气，经钻机、钻杆进入潜孔冲击器使其工作，冲击器的活塞冲击跟管钻具的导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头和中心钻头，破碎孔底岩石。同时钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传递给冲击器并由冲击器通过花键带动跟管钻具的导正器转动，导正器上有。

 

　　偏心轴，导正器转动时偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位，使中心钻头、偏心钻头同时随导正器旋转。偏心钻头钻出的孔径大于套管的最大外径，使套管不受孔底岩石的阻碍而跟进。套管的重力大于地层对套管外壁的摩擦阻力时，套管以自重跟进；当套管外壁的摩擦阻力超过套管的重力时，内层跟管钻具继续向前破碎岩石，直到导正器上的凸肩与套管靴上的凸肩接触，此时，导正器将钻压和冲击波部分传给套管靴，迫使套管靴带动套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。导正器表面开有吹岩屑的气孔，也有使孔底岩屑能够排出的气槽。大部分压缩空气经冲击器作功后通过导正器中心孔、偏心钻头和中心钻头达到孔底，冲刷已被破碎或松散的孔底岩石、冷却钻头，并携带岩粉经中心钻头、导正器的排粉槽进入套管与冲击器、钻杆的环状空间被高速上返的气流或泡沫排出孔外。

 

　　提钻吹孔时，只要导正器表面的孔露出套管靴，解除封闭状态，大量空气将通过此二孔进入套管，对套管内岩屑进行强吹。当钻进工作告一段落，将钻具提出时，可慢速反转钻具，偏心钻头又依靠惯性力和摩擦力收回，整套钻具的外径小于管靴、套管的内径，即可将钻具提出到配接钻杆和套管的位置或将钻具提出孔外，套管留在孔内护壁。

 

　　三、工程实例分析

 

　　3.1工程概况

 

　　某工程位于青岛市李沧区毕家上流社区，南临天水路，拟建建筑物共分为A、B、C、D及E五个相互连接的主题单元，因工程抗浮需要，在地下室区域设置抗浮锚杆。锚杆设计孔径为Φ180mm，锚杆设计持力层为入强风化岩不小于4.0m或入中风化岩不小于3.0m，锚杆上部锚入底板总长度为900mm，锚筋为3Φ28mm（III级螺纹钢筋）。

 

　　3.2场区工程地质条件

 

　　根据现场基底开挖情况，施工地层主要为风化砂回填层及强风化、中风化岩层。风化砂回填厚度由0.6m～9.0m不等，局部地段经过整平、碾压，上部混凝土垫层施工完毕。

 

　　3.3施工工艺流程

 

　　具体施工工艺流程如下。

 

　　测定孔位—>脚手架加固—>钻机安装就位—>安装钻具—>钻孔—>成孔吹扫排渣—>拆除钻具钻杆—>锚杆注浆—>拔套管—>安放锚杆—>验收—>移机。

 

　　3.4工程施工要点与质量控制

 

　　3.4.1设备选用

 

　　根据冲击器的碎岩特点，钻机设备应满足低速大扭矩的需要，一般选择动力头式锚固钻机较好；空压机性能首先要满足潜孔冲击器所需的风压和风量的需要，并且根据地层的漏失程度及含水情况，在条件允许的情况下，尽量选择风量较大的空压机；潜孔冲击器应具备优良的冲击功和冲击频率输出性能，并且要与跟管钻具、套管材料的强度相匹配。

 

　　3.4.2偏心跟管钻进操作要点

 

　　在进行跟管钻进施工时，选择的钻进参数应以低转速、低给进压力、高上返风速为原则，施工操作过程中应根据所钻进地层中岩石的硬度、松散程度、含水量等因素控制钻进速度，当钻遇到特别松散或较大裂隙的地层时，尤其要降低给进速度和给进压力，反复进行排渣清孔。在具体的施工操作中还应注意以下几个方面：

 

　　（1）钻机脚手架要满足安全操作要求，要能承受钻进过程中的振动冲击等荷载。

 

　　（2）钻具下孔前应检查潜孔冲击器、跟管钻具、套管及套管靴连接是否牢固，偏心钻头转动是否灵活，通风是否顺畅。

 

　　（3）钻进过程中应注意观察套管的跟进情况及孔内排粉情况，通过复杂地段轻压、慢钻、反复吹扫，缓慢通过，每钻进0.3～0.4m应吹孔排粉，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具向上提动距离应严加控制以能实现强力吹孔排粉为限。

 

　　（4）穿过回填风化砂层到达完整原状岩层位可跟换普通潜孔锤头进行施工，就不必再继续跟管，钻进结束或需要更换中心钻具时，应先进行清孔，将孔底残渣吹尽，然后停止回转，把中心钻具缓缓向上提动，提升力的大小以刚好能提动中心钻具为合适，提升高度以偏心钻头后背与套管鞋前端接触为止；然后低速反转钻具，同时缓慢向上试提中心钻具。当观察到中心钻具可以顺利提升时，按照常规方法提升中心钻具，直到全部提出中心钻具。

 

　　（5）有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡死而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应输送压气，重新对钻孔进行清洗，并使潜孔锤作短时间工作，然后重新进行中心钻具提升作业。

 

　　（6）起拔套管时，采用拔管器逐节拔出，液压千斤顶顶升时要慢，用力均匀。

 

　　3.5锚杆施工效果评估

 

　　抗浮锚杆采用跟管钻进成孔，解决了常规成孔法施工中的种种困扰，成孔效果满足设计要求。经过专业锚杆检测部门的随机抽检，通过锚杆拉拔力试验，采用本工法施工的抗浮锚杆抗拔承载力完全满足设计要求，较好的完成了施工任务。

 

 

　　潜孔锤偏心跟管钻进技术是工程施工中用于克服复杂地层钻孔难的一种有效方法手段，偏心跟管钻具因其特有的结构、优良的工作性能为复杂地层的钻孔施工提供了可靠的技术保障，现已在锚杆施工中被广泛使用，应用于工程施工的跟管钻具的规格系列也已日益完善，并且由小孔径向大孔径发展。