旋挖钻机成孔过程中钻具故障的预防及处理

旋挖钻机成孔过程中钻具故障的预防及处理中国有色金属工业西安勘察设计研究院胡春【摘要】旋挖钻机钻具独特的结构，使其在成孔过程中经常出现钢绳断裂钻杆掉落钻孔、钻杆卡死、钻头及钻斗活门掉入孔内等故障。本文根据作者多年的实践经验，详细介绍了以上故障的处理及预防措施。

【关键词】旋挖钻机；钻具故障；预防；处理

前言

旋挖钻机钻具的特殊结构—钻杆像伸缩式电视天线一样，分几层套在一起，提钻钢丝绳固定在最内一节钻杆顶端；它的钻头为钻斗式取土钻头。这些特殊结构常导致钢丝绳断裂，钻杆掉入孔内；内外层钻杆之间进入砂粒常发生卡死；钻头掉入孔内或钻头活门掉入孔内等故障。以上机具故障如果不能很好及时处理，会造成该钻孔最终不能成桩，只能采取补桩的措施加以弥补，造成较大的经济损失，且形成成桩过程的质量事故。因此处理好以上机具故障是十分重要的。本文通过施工过程的案例，详细介绍了以上机具故障的处理方法和预防措施，实践中效果良好。

一、钢丝绳断裂钻杆落入孔内

1、钻具的结构及工作原理

旋挖钻机钻杆结构像伸缩式电视天线一样（如图1），当卷扬机松绳下放钻杆到钻机回转平台上时（如图2），第一节（最外层）钻杆卡在回转平台上，此时再向下放钢绳，第二节钻杆从第一节钻杆内向下伸出，当第二节钻杆的上端到达第一节钻杆下端时，第二节钻杆与第一节钻杆之间卡住，第三节钻杆从第二节钻杆中伸出，这样依次直到最下一节钻杆伸出。提钻时最后一节钻杆首先缩回，随着钻具的提升，由内向外逐渐缩回，直至第二节钻杆缩回后，整套钻杆全部缩回成图1形状。

2、断绳的形成过程

该钻杆的结构特点，决定了提升钻杆的钢绳只能连接在最内一层钻杆的顶端部分（如图1）。由于钻具反复升降过程钢绳与钻杆内壁相互摩擦以及钻头卸土时的反复抖动，致使钢绳磨损破坏，严重时钢绳断裂钻杆呈伸开状掉入孔内，如果钢绳断裂时留在钻杆上的钢绳长度较小，钻杆掉落时绳头就随着最内层钻杆掉入孔内而无法抓到绳头形成钻杆掉入孔内事故。

图1钻杆结构示意图图 2 钻具工作原理示意图

3、处理方法

①夹板提引法

夹板的制作：用水文下井管时常用的铁夹板改制而成（如图3）。由于每一节钻杆的外径不同，选择夹板时一般选择与钻杆外径相匹配的夹板。提升下一节钻杆时使用衬套（如图4），衬套厚度为10mm。

处理过程：城市风景，都市印象1#楼桩基，钻杆掉入孔内的处理过程。将第一节钻杆用主卷扬提升，升高至下端到达回转平台位置的高度（一般

距地面2.5m～3.0m）后将主卷扬刹车刹死。在孔口用铁夹板夹住第二节钻杆并拧紧铁夹板螺丝卡死钻杆。用钢绳套住夹板和钻杆，用吊车提升，当升高到第一节钻杆下端时，停止提升。此时用第二付铁夹板卡住井口位置钻杆，用另一条钢绳吊住。此时将第一幅提升铁夹板的钢绳松开，卸下第一幅铁夹板后再提升钻杆，高度上升到第一节钻杆下端时再卸下第二付铁夹板重新固定井口部位的钻杆，重复上一过程，直至第二节、第三节、第四节钻杆提出孔口。由于每一节钻杆的外经缩小一级，此时要在铁夹板的内侧插入一幅衬套（如图4）然后用上述方法提升。随着钻杆直径的缩小衬套的厚度也在增加。

每将下一节钻杆串回到上一节钻杆内时，应将两层钻杆焊死，固定之后再提升下一节钻杆。

铁夹板规格及荷重

单位（mm）

钻杆外径

荷重（吨）（mm） A B C D

170 170 20 150 640 8

220 220 20 150 680 8

270 275 22 200 750 15

图3 铁夹板示意图图 4 衬套示意图

②钢绳套取法：

在兵器工业部203所711建筑物的桩基施工过程中，在成孔过程中钢

绳断裂，孔深32m。整套钻杆落入孔内。由于现场未配备铁夹板，地层砂层较厚容易塌孔，停置时间过长可能造成砂层塌孔埋钻事故。为了争取时间采用了钢绳套法处理。

首先将最外层钻杆用钻机主卷扬提到最高位置，刹死主卷扬刹车。然后用两个钢丝绳套（活套）套住钻杆第二节井口外部的最下端。两个钢绳套要在钻杆的两侧对称180°布置，钢绳套套住钻杆时要在钻杆与绳套之间插入小方木（胶皮板为最佳），以增加绳套与钻杆之间的摩擦阻力，防止在提升过程中绳套滑落。

钢绳绑好后，用钻机副卷扬和吊车分别拉紧一根钢绳同时缓慢提升。将第二节钻杆地面部分串入第一节钻杆内。停止提升。此时小心地将其中一根绳缓慢松开，将绳套解开串到井口钻杆处的位置重新固定好钢丝绳，并提住钻杆。然后松开上边另一根钢绳，向下移动固定在适当位置，重新绑好（同第一次提升前一样），两根钢绳替换着绑好后，缓慢提升，到达提升的最高位置时，重复这一过程，直至全部钻杆提出孔口。

4、故障预防措施

钻具掉入孔内主要是钢绳断裂而引起，一般做好以下工作完全可以预防故障发生。

①提升钢绳要勤检查保养，发现问题及时更换，严禁凑合使用，一般情况下每班应对整条钢绳检查一次，每一钻孔完成应检查绳卡是否松动，发现断股现象要及时更换。

②提升钻具要平稳，严禁猛拉硬提，损伤钢丝绳。

③每班定时向万向节内注入润滑油，保持万向节的灵活性防止万向节卡死不能转动损伤钢绳。

④提钻时卷筒钢绳要整齐顺序排列，防止排列错位损坏钢绳。

5、注意事项

①处理此事故时，一定要沉着冷静，不可心急，动作要稳而慢，钢绳套一定要套牢，与钻杆接触部分要采取防滑措施。

②操作人员要细心，精力集中，防止钢绳滑脱钻杆下串伤人。

③要专人统一指挥，两台提升设备要步调一致严禁单独提升。

④两层钻杆焊接要牢固，避免在提升过程中上一层钻杆脱焊滑落伤人。

⑤事故处理完要将焊接两层钻杆的焊痕用角磨机打磨光滑，避免钻杆伸缩时卡死，造成新的事故。

二、钻杆卡死不能伸缩

高新水晶岛公寓楼桩基工程施工过程中，一台钻机成孔25m，提升钻具过程中，第二节钻杆不能缩回第一节钻杆内。经分析研究认为由于砂层为粗砾砂且较厚，泥浆粘稠，钻孔液中砂粒进入两层钻杆之间间隙，在提升钻具时两层钻杆卡死。

1、处理方法

①用高压水枪（洗车泵）沿着两层钻杆之间360°的环状间隙冲洗，冲洗过程中反复提放钻杆，并用大锤敲击震动钻杆，这一方法对轻微卡死效果较佳。

②以上方法不能“脱卡”可将钻杆从钻机上卸下来平放在场地内，一头固定在钻机的底盘上，另一头用机械拉伸，拉伸力量较大时，再用机械（装载机即可）将其推回原来位置，这样来回伸缩串动钻杆，此时可在钻杆的上下两端分别交替冲洗，并滚动钻杆在360°的环状空间均匀冲洗，并反复伸缩串动，直到能自由活动为止。在拉伸冲洗的过程中经常用大锤敲击震动钻杆，容易松动脱开。

③如果经过以上两种方法处理仍无法排除，可采取孔内处理法。在空旷场地打一直径600～700mm钻孔（如图5），深度比卡死钻杆的长度浅1～2m左右。在钻孔的底部水平放置10cm厚的圆形钢板，然后将钻杆小头向下