浅谈复杂地质条件下锚索钻具比选及工艺改进.doc

1、1浅谈复杂地质条件下锚索钻具比选及工艺改进摘要：国内外对复杂地质条件下岩锚加固技术的设备选型和钻具钻器使用的研究还不够完善，有必要进行针对性的研究和探索。 关键词：预应力锚索 供风设备 钻器具 钻孔比选 中图分类号：F470.1 文献标识码：A 一、概述为了解决复杂地质条件下预应力锚索钻孔成孔的疑难问题，从钻孔供风设备及钻机和钻器具等方面着手分析和研究，经现场钻孔研究及多次尝试和试验，对钻孔设备和钻器具的厂家及质量进行重复对比、筛选、优选、淘汰，对新钻具钻器作业下施工工艺反复试验和检验。获得了一定试验基础数据资料，并作为后续继续探索达到成熟的施工理论指导依据。 二、地质概述 1、右岸缆机平台：

2、黄登电站右岸缆机平台及开挖边坡部位分布有 2号倾倒松弛岩体，2 号倾倒松弛岩体破碎，裂隙普遍张开 1cm5cm，岩块间架空不明显，呈镶嵌状，倾倒松弛岩体底界折断面呈不连续锯齿状，没有形成贯穿的连续的折断滑动面。2 号倾倒松弛岩体在自然条件下处于基本稳定稳定状态，施工中 2 号倾倒松弛岩体大部份进行了挖除处理，余下少部份稳定条件较差，需进行加固处理。 2、油库边坡变形区：油库边坡开挖后揭露的地质条件以松散介质2（砂土、碎石）为主，胶结性差，透水性强。第四系地层多在 2035m，最深达 50m 以上，孤石分布广，粒径 36m，稳定性较差。基岩强风化层较厚，强风化岩石破碎。 二、预应力锚索钻孔 2.

3、1 锚索钻孔施工地质不利情况 钻孔过程中有些孔段不返风或返风量小。返风量小，返风流速低，导致孔底岩粉返出量小，经常出现包钻现象（包钻现象：大量岩粉及较粗颗粒包夹钻具，使钻具无法前进、后退，甚至无法转动） ，形成孔内事故。锚索注浆时一次无法注满全孔，需限流、待凝，多次注浆才能注满全孔；直钎钻进易掉块卡钻，由于卡钻部位较深（一般都在 35m 以上） ，处理孔内事故难度大；由于强风化孔段的基岩不稳定、易坍塌，钻孔达到设计深度后，起钻具之后用探孔器（单根钢绞线前焊结一个导向帽）无法探到孔底，只能下钻具扫孔。有的孔用探孔器也能探到孔底，下索时无法下到孔底，只能取出锚索体，下钻具扫孔；由于岩石裂隙发育，钻

4、孔时常遇两孔串风现象； 2.2 钻孔设备 （1）锚固钻机：YG-80 型液压锚固钻机主要技术参数：1、钻孔深度 80-100m，2、钻孔直径 220-130mm，3、钻杆直径 1141500，891500mm，4、钻孔倾角 0-120，5、动力头输出最大扭矩 3500Nm，6、动力头最大起拔力 45kN，7、动力头最大给进力30kN，8、电机型号 Y200L-4 、功率 30kW。 （2）主要动力设备：750HH 型美国寿力电动（或油动）空压机（功3率 186kW，容积流量 21.2m3/min，工作压力 1.2MPa） ； 上海英格索兰（Ingersoll Rand）生产的 RHP825E

5、型电移动螺杆空压机（功率 200KW，容积流量 23.5m3/min，工作压力 1.0 Mpa 2.7Mpa） 。2.3 钻孔器具 钻孔器具主要包括钻杆、风动冲击器、钻头、套管等。 （1）钻杆均选用891500mm 钻杆，外径 89mm，长度 1500mm，钻杆壁厚10mm；（2）冲击器选用中风压英格索兰 CIR150 冲击器（外径：136.5mm；总长：1008mm；总重：86kg；工作风压：0.50.7MPa；单次冲击功：333.4J；冲击频率：800 次/min；耗风量：15.9m3/min） ；（3）偏心钻头：168mm 系列，由花键导向体和偏心锤头体组成，花键导向体与偏心锤头体采用横

6、、纵悬挂定位销连接；套管靴：172mm17mm，通孔直径 138mm；（4）直钎钻头：通过花键与冲击器连接，冲击器连接钻杆，不能进行跟管钻进。适应于岩石较完整，不塌孔、不掉块地层钻进；（5）套管：1681500mm 套管，壁厚 8mm，选用成都探矿厂生产的套管，加工套管选用材料为宝钢生产的 R780 无缝钢管。锚索孔成孔下索后拔出套管；（6）扩孔套。 偏心钻头 直钎钻头与扩孔套 42.4 钻孔方法 偏心钻具主要由三部分组成：稳杆器、偏心轮和中心钻头（如图 1所示） 。其工作原理为：正常钻进时，通过冲击器的震动冲击作用，带动偏心钻具进行钻孔，钻进时由于离心力及摩擦力的作用，偏心轮朝外偏出从而达到

7、扩大孔径的目的，再通过稳杆器的冲击带动套管跟进，钻孔产生的岩粉通过稳杆器上的键槽吹出孔内。钻孔结束时，通过反转，使偏心轮收拢提出套管，套管留在孔内护壁而成孔。 （1）跟管钻进+直钎钻进 直钎钻进到设计孔深（注：锚索钻孔深度应大于设计孔深 40cm，下同）：风动冲带击器偏心钻头跟套管钻进（25m40m）时，进入较完整的基岩后改用直钎钻头，一直钻至设计孔深。套管管靴为普通管靴。锚索体下索后，拔套管时管靴随套管一起拔出。偏心跟管钻进的缺陷有二：由于偏心钻头刻削的岩石不规则不是标准的圆形，管靴前进产生较大阻力。冲击器的冲击力直接作用在与套管底部连接的管靴上，冲击器的冲击次数非常大（冲击频率为 30 次

8、/min 左右） 。由于上述两个原因，使得管靴的寿命有限，一般跟管到 4045m，管靴秒被打断（套管底部与管靴连接的螺纹断裂） ，无法继续跟管钻进。为解决此难题，选择扩孔套跟管钻进。 （2）扩孔套全孔跟管钻进 扩孔套全孔跟管钻进至设计孔深：风动冲带击器偏心钻头跟套管，一直钻至设计孔深。锚索体下索后，拔套管时扩孔套不能随套管一起拔出，也就是说每个锚索孔要消耗一个扩孔套。 5（3）扩孔套全孔跟管钻进与偏心跟管钻进的区别： 在偏心跟管钻具前套上一个扩孔套，进行跟管钻进，直到设计孔深。扩孔套底部有刻削岩石的出刃（材料为硬质合金） ，能将孔道内偏心钻头刻削的岩石残余部分第二次刻削，以便管靴顺利通过，这就

9、好像金刚石地质钻进中的扩孔器的作用。保证孔道直径，减少了管靴前进的阻力。管靴最薄弱的部位（管靴与套管连接的螺纹）所受到的荷载小得多。跟管钻进带上扩孔套后也改变的管靴的受力情况，不带扩孔套跟管钻进，套管与管靴连接处（管靴的螺纹）受冲击器的冲击作用前进，管靴螺纹受的是拉力，而安装上扩孔套后，管靴受冲击器的冲击，压迫扩孔套前进，扩孔套给管靴一个反作用力，管靴螺纹受的是压力。材料的抗压强度均高于抗拉强度。带扩孔套钻进，管靴的使用寿命会长一些。通过对比，不带扩孔套跟管钻进，一个管靴能跟管 3550m，而带扩孔套跟管钻进，一个扩孔套可能使用 34 个孔，跟管 150200m。 跟管深度达到 60m 或 6

10、5m，全孔跟管钻进对套管材质要求较高，加工套管选用材料为宝钢生产的 R780 无缝钢管。为保证不致钻孔过程中（钻孔深度未达到设计孔深时）套管接头脱落，磨耗较大或丝扣间隙较大时套管不能使用（仍可用于其他部位跟管较浅的锚索孔钻） 。补救办法是：若钻孔深度已经进入较完整基岩时，可采用第（1）种方法：改用直钎钻进；若钻孔深度浅可拔出套管重新开孔（原钻孔报废） ；若钻孔深度虽未进入较完整基岩，但钻孔深度较深报废引起成本较高时，可采用6固结灌浆固壁，待凝扫孔用直钎钻头钻进至设计孔深。 由于孔深较大，磨耗较大或丝扣间隙较大时套管在拔管时有可能产生断管（从套管接头处断裂） ，断裂处后面的套管无法拔出，也会增加成本。 结语: 预应力锚索钻孔扩孔套跟管的钻孔工艺有利于提高工效、节约成本，但每孔要损失一个扩孔套，成本较高。国内已有厂家生产出能多次使用的扩孔套及相应配套冲击器，但暂未普遍应用，以后推广能多次使用的扩孔套，还可进一步降低成本。 参考文献： 1杨尚柏，高路堑边坡预应力锚索施工技术A,科技情报开发与经济，2006,16 卷（8 期）：287-289. 2廖振明，高边坡预应力锚索（杆）试验孔基本试验，公路交通技术，2006（2）：11-15.