日本RPD快速超前地质预报钻机简介

日本RPD-150C快速地质钻

齐岳山特长隧道为宜万铁路的控制性工程,在溶岩地段施工中,最大的危险就是岩溶高压突水、突泥,为了保证施工安全必须严格地进行超前地质预报.超前地质钻探作为一种简便、直观的物探方法有着其它物探手段无法比拟的优越性.由中铁十二局首家引进的RPD-150C多功能钻机是目前世界上比较先进的钻孔设备,在齐岳山隧道工程中的应用实践表明,这种钻

机能有效地克服目前国内超前地质钻探中数据记录自动化程度低、钻探深度浅和钻孔速度慢等不利因素.

RPD多功能快速钻机在长大复杂隧道中的工法应用

一．引言

随着我国铁路的第六次提速，铁路建设也进入了新的发展阶段，但是铁路建设施工安全的形势依然不容乐观，安全基础工作薄弱的局面没有根本改变，特别是隧道施工安全问题更为突出。

目前，全路在建隧道多达1785座，总延长2164公里，这些隧道遍布全国各地，地质情况复杂多样，施工水平参差不齐，施工安全风险极大，稍有疏忽就可能酿成严重事故。去年的宜万铁路野三关隧道透水事件就给我们带来沉重的教训。如果能在开挖前期采取充分的地质预报、排水、注浆、支护等预防措施，就可能避免这一事故的发生。今后一个时期，列入规划的铁路隧道还有2000多公里。如何持续、有效地确保隧道施工安全，将一直是大规模铁路建设的重大课题。而选用一台合适的安全施工设备就显得尤为重要。

我公司引进的日本矿研公司生产的RPD多功能快速钻机具有长距离快速超前地质预报、防突、注浆和管棚、锚索、锚杆等施工功能，配备有独特的高效能旋转冲击式动力头、电动机和全液压化的驱动，钻机在狭窄空间内也可以高效率完成多种工矿作业；且不污染环境，为隧道等工程的安全、环保和高效施工提供了坚实的保障。

矿研是1947年成立的上市公司，在日本钻机制造业处于领先地位。总部设在东京，旗下有三个工厂，其中日本本土两家，马来西亚一家。其生产的各种钻探和注浆机械，以及温泉、地下水开发和环境调查用的各种设备，活跃在地质调查、地基改良、防灾工程、隧道工程及深海探测等各种施工领域。

RPD系列多功能快速钻机是矿研公司的主要产品之一。其优良的产品质量、卓越的产品性能、坚固耐用的可靠性以及完善的售后服务得到了用户的一致好评。

二．RPD系列钻机的特点

1.高效快速

矿研于1975年独自开发出液压旋转冲击式钻机RPD系列，它所配备的动力头在以往旋转、推进钻孔方向上增加了液压后顶锤式冲击功能，并且实现了冲击和旋转结构一体化。这样在保证配件数量大幅减少、质量可靠、易保养的同时，不仅能使钻机快速钻进一般岩层，而且也实现了沙砾层以及鹅卵石层的快速钻进。与传统旋转钻机相比，效率提高了5~10倍。在100MPa硬岩的地质条件下，采用65mm刀头平均最大每小时可钻进10米以上。

2.可以选择套管和单管作业

RPD系列钻机独特的水转换结构，使钻机可以选择套管和单管作业模式，以满足多种施工目的。内杆和外杆同时钻进，又可分开拆卸，在取芯地质调查和管棚等施工中外杆可起到护壁作用。

3.大范围钻孔方向，可以完成多种工况作业

RPD系列中的旋臂钻机（RPD-180CBR）机身定位一次，即可完成某些隧道全断面的管棚、注浆、钻探等施工作业。

RPD系列中的分体式小型钻机（RPD-75SL-H2）为电动机作业，机身小巧适用于小断面隧道和煤矿巷道中的钻探、止水、排水和注浆等作业。通过钻机底部转盘可实现水平面内的360°旋转，并可进行垂直、水平、倾斜各种角度的作业，操作简单。

4.操作性良好

RPD钻机以操作杆操作。旋转，冲击和推进等都可以独立控制，能够轻松对应不同软硬地层的快速钻进。简单易学，操作性良好，不需专业人员。

5.自动拆卸钻杆

RPD系列钻机均配有钻杆自动拆卸装置，通过夹具、自动拆卸扳手和动力头的旋转可实现钻杆的快速安全拆卸，不仅提高了施工效率，而且大大降低了工人的劳动强度。

6.可靠性极高

所有配件均为耐冲击设计，坚固耐用，寿命长。

三．

RPD多功能快速钻机

施工工法

1. MWD超前地质预报工法

MWD工法通过钻机上安装的各种传感器、流量计和数据处理中心测定、分析钻机钻孔时采集到的数据（钻孔深度、钻孔速度、转速、扭矩、旋转压力、打击能、打击数、打击压力、推进力、送水量、排水量、送水压力、排水压力等），即时掌握掌子面前方的地质状况，如：岩盘软硬、有无涌水、有无空洞（溶洞），最长预报距离为150米，使用65mm刀头，在100Mpa的硬岩条件下平均最大钻进速度可达10米/小时。

如图1所示本装置可以现场实时显示并打印出钻孔数据及曲线，操作手可及时对地质的变化做出相对应的操作，同时这些数据可以保存在数据卡中，使用专用数据读取装置保存在电脑中以进行后期数据分析。

图2是MWD工法的示意图，钻孔过程中系统会生产各种数据曲线，经后期分析岩层发生变化时，相对应的各种曲线也会明显变化。根据这些曲线的分析就可完成长距离的地质超前预报。

图1 即时显示屏和后期分析用计算机

图2 MWD工法示意图

2. PS冲击式钢丝绳取芯工法

PS冲击式钢丝绳取芯工法是矿研独家开发的取芯工法。使用一个取芯器，无需拔出钻杆就可以水平、垂直进行任何岩层的快速、连续钻孔取芯，取芯完整，取芯率高，比普通旋转钻机取芯速度提高3-5倍以上。

本工法最大的特点是不需撤出钻杆就可取芯，不仅提高了工作效率而且在软弱地质时可以起到防止孔壁坍塌的作用。而且加入的液压冲击功能可以使钻机在软硬交错地带、沙砾层、鹅卵石层等不易取芯的地层实现快速连续取芯。

取芯过程：首先在钻杆最前端安装取芯器组件，进行1个冲程的钻孔取芯；然后连接打捞器组件使用钢丝绳回收取芯器，最后换上新的取芯器进行下一个冲程的钻孔。

图3 PS钢丝绳取芯工法

图4 冲击式钢丝绳取芯的芯样

3. TBM施工中的应用

矿研RPD系列小型钻机也可应用在TBM隧道施工中的超前地质预报和地质改良。

在用TBM进行隧道挖掘时，地质的软硬度、破碎带的位置、大小、有无地下水、地盘的膨胀程度等地质条件都对施工进程有影响。这些调查是在设计隧道，计划施工前就应该充分掌握的计划路线状况。但纵观以往的TBM的挖掘业绩，确实遇到了不少严重的问题。

具体来说，以下状况会导致挖掘工程的延迟：

1）突发的涌水导致TBM的淹没

2）软弱地盘导致TBM沉没

3）因遭遇破碎带掌子面和顶部塌落而使TBM破损，埋没

4）挺进膨润地层而使TBM受阻

5）在软弱地层中TBM由于把力不足而无法推进

一般来说，TBM挖掘的前方探查虽作为辅助工法，但是从正确掌握隧道挖掘前方地质，防患未然这一角度来看，可以说它是与TBM挖掘同等重要的。

一般来说，TBM挖掘的前方探查虽作为辅助工法，但是从正确掌握隧道挖掘前方地质，防患未然这一角度来看，可以说它是与TBM挖掘同等重要的。

矿研RPD系列小型钻机应用于TBM隧道施工中的超前地质预报、取芯和改良作业，可快速对应各种岩层，提高施工效率，在TBM安全施工方面起着非常重要的作用。