高铁旋挖钻钻孔施工技术探究

高铁旋挖钻钻孔施工技术探究
作者：张亮
来源：《城市建设理论研究》2012年第36期
摘要：我国在上世纪90年代开始从国外引进旋挖钻机，到上世纪末已有国内工程机械厂批量生产旋挖钻机，在最近的10多年来我国旋挖钻机取得了快速发展，旋挖钻施工在各种城市内高架桥、高速公路、铁路等交通设施桥梁的桩基础施工中以低噪音、低振动、钻进速度快、施工现场内移动就位方便、施工占地面积小等诸多优点得到了越来越广泛的应用。

关键词：高速铁路；旋挖钻钻孔；施工技术；
中图分类号： U412.36+6 文献标识码： A 文章编号：
引言:本文结合在高速铁路旋挖钻孔桩的施工经验，阐述了旋挖钻的钻孔原理、钻孔施工工艺、注意事项和常见的钻孔异常情况的处理，提出旋挖钻机施工的质量控制措施，以期提高旋挖钻机施工质量。

1.高铁旋挖钻钻孔的施工特点：
旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。

成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗底部及侧边，镶焊切削刀锯，在液压伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的钻渣装入钻斗内，钻头装满提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。

相对于传统钻机，旋挖钻具有以下优点：
旋挖钻机采用筒式钻斗成孔，利用钻杆和钻斗的旋转将斗齿切削下来的土直接装进钻斗内，然后由钻杆提出通过钻斗的选装、削土、提升和出土，多次反复成孔。

而诸如冲击钻、回旋钻等都是钻头切削岩、土后通过循环泥浆带出孔口。

旋挖钻机通常采用履带式行走体系，移动方便，就位仅需几分钟，钻机整体置于履带上进行钻孔作业。

而常规钻机要通过吊车或人工进行就位，对原地面要求高，通常需要先布置钻机底座，然后安放钻机。

旋挖钻机依靠自身柴油发动机输出动力来完成行走和钻孔，无需现场提供电源。

常规动力钻机大多依靠现场提供大功率电源来完成钻孔工作。

旋挖钻机自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，钻杆垂直度、成孔垂直度可通过电子监测元件控制，操作司机可随时直接读取垂直度数据，过程控制简易方便。

常规钻机自身稳定性和垂直度依靠对钻机底座进行人工抄垫调整，成孔垂直度在钻孔过程中不易获取和调整。

2.施工原理
旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。

成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。

目前在我国国内公路和铁路桥梁基础工程领域中，钻孔灌注桩基础已经占据重要地位，并向直径多样化方向发展。

高铁旋挖机的钻孔技术是当前形势下发展起来的较为先进的新形成孔的工艺形式，高铁旋挖钻机具有的装机功率大、工程效率高、方式灵活、多功能方向发展以及噪音小施工环保等优势，从而在京沪高速铁路天津特大桥的桩基础施工中发挥了重要作用。

旋挖钻成孔是钻头在钻机的带动下，以一定的旋转频率，在一定深度范围内，反复进行旋挖，克服一层阻力，依靠不同特点钻头的功能，把渣掏出，从而形成进尺的目的。

一般适用钻孔直径有1 m、2 m、1．25 m、1．5 m、2 m等，钻头直径与钻孔直径对照见表1。

钻头直径m ：0.96、 1.16、 1.2、 1.46、 1.96；
钻孔直径m： 1 、1.2、 1.25、 1.5、 2 ；
3.施工工艺流程
钻机就位开孔一设置护筒并注人稳定液一旋挖钻进一清孔一下放钢筋笼一插入混凝土导管一二次清底一灌注混凝土成桩一拔出导管一拔出护筒。

工法特点
a)高铁旋挖钻机具有紧凑的结构体系，容易就位，设置护筒较为省力，并且可自主安装探孔器。

b)施工中应根据不同的孔径跟换不同尺寸的钻头。

c)具有较快的施工进度和施工工效，能收获较多的经济收益，高铁旋挖钻孔的一次钻深可达到0．4—1．2 m。

d)根据不同是施工条件适用于不同地质状况。

e)工程项目建设过程中水桩所需要的泥浆比重按照一般工程要求即可，未有过高的要求。

f)其环保的施工方式能有效保护环境。

4.施工注意事项：
旋挖钻机开孔施工应轻压慢进，钻头转速不宜大于10r/min，待主动钻杆全部进入孔后，方可逐步加速进行正常钻进。

旋挖钻钻孔过程中应根据地质情况控制进尺速度，防止卡钻和埋钻。

一般在硬塑层中钻进时应采用快转速钻进，以提高钻进效率；在砂层等松散易坍塌地层中钻进时应采用慢转速慢钻进，并应适当增加泥浆比重和黏度；在易缩径的地层中钻进时应适当增加扫孔次数，防止缩径；由硬地层钻至软地层时，可适当加快钻进速度；由软地层钻至硬地层时，应减速慢进。

旋挖钻机钻孔过程中应严格控制钻头升降速度，减小钻头升降对孔壁的扰动，避免造成塌孔事故。

5.钻孔施工
在确定了施工中引桩十字线位置后，高铁旋挖钻机的操作人员通过调整机器中桅杆的操作角度，使用卷扬机，对准钻头中心与钻孔中心，也就是十字线的交叉点，通过不断调整钻机垂直度参数，从而保证钻杆垂直。

在去掉十字线的同时还应降低高铁挖钻钻头到护筒内部旋转，在保证钻头能自由钻动基础之上不弄坏护筒，施工前还应检查相应的钻机是否能顺利运行。

再通过将钻头调整到护筒的地面，将深度计算机调整到初始状态。

在钻孔过程中应严格控制钻孔速度，从而避免钻进尺度较大，引起埋钻事故。

倘若在钻否升降过程中速度较快，而钻斗的外壁和孔壁之间的泥浆则强烈冲刷恐怖，并且由于钻斗下部在反作用力影响下，可能产生偏斜，碰刮到孔壁，不仅影响了孔壁内泥浆的护壁效果，同时还将引起钻孔孔壁的颈缩和坍塌等现象。

通过具体的实践表明，钻斗的升降速度应保持在0.8m/s以内。

6．检测孔深、倾斜度、直径和清孔
钻孔完成后，应通过钻孔孔深的检测、直径和倾斜程度的检测，实现其钻孔质量的有效探究。

具体孔径和孔深应符合施工设计的要求，倾斜度不应大于1%。

还应对钻孔进行清理，也就是在钢筋回笼吊放前，对钻孔内部的石渣和泥浆进行必要清理，做到孔内含泥量、含碴量和孔底沉渣符合设计要求。

7.钻孔异常处理
7.1塌孔处理
钻孔过程中发生塌孔后，要查明原因进行分析处理，可采用加深埋护筒等措施后继续钻进。

根据现场情况也可在泥浆中加入大量的干锯末，同时增大泥浆比重(控制在1.15～1.4之间)，改善其孔壁壁防止坍塌，为事故处理奠定基础。

速度控制在0．3～0．5 m／s。

塌孔严重时，应回填重新钻孔。

7.2钻孔倾斜
钻孔偏斜的原因是：
1）钻孔遇到较大的弧石或探头石；
2）钻孔较大处，钻头偏斜向一方；
3）钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷；
4）钻杆弯曲，接头不正等
处理方法：查明钻孔的倾斜的位置和倾斜的情况，一般可在倾斜处吊住钻头上下反复的扫孔，使钻孔正直。

倾斜严重的应该回填砂粘性土到偏斜处。

待沉积密实后继续钻进。

7.3 埋钻和卡钻处理
施工中的埋钻现象主要产生在钻进过程中，进尺未有效掌握和控制，一次进尺太多，或是在砂层中泥浆沉淀过快。

而施工中的卡钻现象长由于钻头底盖合龙不够好，在钻进过程中通过自动打开或是在卵石钻进施工过程中卡钻掉落等。

埋钻或是卡钻发生后，在钻机的钻头周围将陈定了大批泥浆，从而形成了较大的侧击阻力。

从而针对卡钻发生的原因分析还应对阻力进行首先消除，严禁对其强行处理。

否则将可能造成钻杆扭断、动力头遭受损失等更为严重的施工事故。

在相应的施工事故。

当施工事故发生后，应保证孔内具有足够多的泥浆，保证钻孔内部的压力，平衡钻孔内部有泥浆的比重。

从根本上防止钻孔坍塌事故的发生。

为是施工保证孔内有足够的泥浆，保持孔内压力，稳定孔内泥浆比重(控制在1.15～1.4之间)。

结束语: 旋挖钻用于土层或强度不高的风化岩层中的钻孔桩施工优势明显，适用性强；自动化程度高，劳动强度低；钻进效率高；成桩质量好；环境污染小。

能显著地提高工程施工效率和工程质量。

在合理选取施工方法与施工工艺时,能最大限度地节省物力、财力、人力等资源。

对工程施工工艺的发展及经济效益的提高具有重要意义。

【参考文献】：
[1] 铁建设〔2010〕241号，铁路混凝土工程施工技术指南.
[2] 铁建设〔2010〕241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南.
[3] 陈继贤，旋挖钻机施工工艺和经济可行性探讨《科技情报开发与经济》 2005年06期.
[4] GB/T 21682-2008，旋挖钻机.。