浅谈复杂地质条件下的锚孔钻进工艺

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[摘要]岩土锚固技术广泛应用与公路、铁路、水利水电和地质灾害防治领域，其中各类锚固钻孔施工是锚固工程施工的重要环节，根据不同的地质条件和现场情况选择合理、高效的锚孔钻进工艺是锚固工程顺利实施的前提，本文将通过云南腊寨水电站右岸高边坡锚固工程施工实践，对复杂地质条件下边坡锚索施工中的锚孔钻进工艺进行总结和探讨。

[关键字]复杂地质条件 锚孔钻进 工艺

[中图分类号] U443.15+4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-74-2

1工程简介

腊寨电站右岸高边坡防治工程位于云南省龙陵县腊寨水电站右岸坝肩，属于人工开挖形成的高边坡，边坡垂直高度约80m，坡度55o～70o边坡所处地层比较破碎，节理裂隙发育，存在着松散堆积层和不稳定结构面，自稳能力较差。

为保证电站大坝及其附属构筑物的安全，采用预应力锚索锚固、混凝土框格梁、喷射砼综合护坡的综合措施对该边坡进行防治。其中预应力锚索孔设计钻孔深度45m，倾角25o，钻孔直径φ130㎜。

1.1工程地质条件

龙陵腊寨水电站右岸坝肩高边坡的滑坡体主要存在以下两个特征：

（1）碎石土及全～强风化泥岩段：碎石土厚度10～25m，成分为强风化泥岩和灰紫、黄褐色含角砾亚粘土，局部含碎石。岩石的岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩，局部为细砂岩、钙质泥岩、角砾岩，夹软弱层，薄～中厚层状，节理发育。

（2）强风化～泥岩、砂岩段，滑坡边界清楚，滑动面发育于全风化泥岩与强风化泥岩接触面，呈折线型，滑床为紫红色泥岩夹浅灰、紫灰色砂岩，强～弱风化，碎裂结构，质硬，有裂隙，厚度8～11m。

2锚孔钻进工艺选择

在锚孔钻进中合理选择钻进工艺方法是极其重要的，有很多因素影响钻进工艺方法的选择，比如地层条件、现场环境、原有设备的利用、钻孔深度、钻孔直径等。锚孔钻进工艺按钻进方式不同可以分为螺旋回转钻进、硬质合金钻进、金刚石钻进、钢粒钻进、气动冲击器回旋钻进和跟管等钻进工艺。

以上几种钻进工艺各有优缺点，在具体钻孔施工中必须针对不同的地质条件选择适宜的钻进工艺。

锚孔钻进工艺对比

（1）螺旋钻进。

优点：配套设备简单，排渣方便成孔迅速。

缺点：由于单一靠螺旋钻头旋转切割岩体钻进，破岩能力较差。

适用地层：孔深10m以内的土层、淤泥质层。

（2）硬质合金、金刚石、钢粒钻进。

优点：岩层钻进速度较快，工艺相对简单。

缺点：必须使用冷却、冲洗浆液钻进，对不稳定边坡造成浸蚀破坏。

适用地层：适用于发育较完整，硬度中等的岩体如泥岩、中等风化砂岩等。

（3）普通气动冲击回转钻进。

优点：采用压缩空气排渣，以冲击破碎和回转切割双作用破岩钻进，成孔效率较高。

缺点：对于破碎、松散的不稳定地层，冲击容易造成孔壁垮塌，岩屑呈块状，排渣困难。

适用地层：适用于岩体发育完整，硬度较高，的稳定地层如 砂岩、板岩等。

（4）跟管钻进。

优点：由于在普通气动冲击钻进的基础之上，增加了套管护壁的工艺，所以钻进速度和成孔效率都大大提高。

缺点：配套钻具比较复杂，需要专门的偏心锤、套管、拔管机的设备、器材，操作人员技术要求较高。

适用地层：适用于松散、破碎等其它钻进工艺无法完成的不稳定地层，如碎石层、卵砾石层和各类全～强风化岩层，是目前复杂地质条件下锚固钻进的首选工艺。

根据龙陵腊寨水电站右岸坝肩高边坡的地质条件综合现场环境、边坡特征等情况，采用常规单一的钻进方法很难完成所有钻孔任务，必须同时采用多种钻进工艺。为此我们采用了常规气动冲击钻进、偏心浅孔锤跟管钻进和顶驱跟管钻进的综合钻进方法。

3钻孔施工

3.1钻进工艺

（1）碎石土及全强～风化泥岩段。

对于碎石土地层，由于碎石土层很厚，土质松散、破碎，采用常规冲击回转钻进，容易造成塌孔，成孔比较困难。所以我们采用偏心锤跟管钻进工艺进行造孔，偏心浅孔锤钻进的同时，将φ146㎜套管同步跟进，套管下入稳定底层时，反转钻杆，提出偏心钻具；基岩钻进，换用小一级的φ130㎜普通浅孔锤钻头继续钻进硬岩，直到设计孔深为止。提出钻具，下入编好的锚索，最后边注浆边起拔套管，由于该边坡碎石土层普遍存在，因此60%的钻孔均采用了该方法，顺利完成了钻孔。

（2）强风化泥岩、砂岩段。

由于该段地层破碎、采用常规回转冲击钻进，提钻后容易发生孔壁掉块，锚索很难下入孔底，而采用偏心跟管钻进，因为砂岩很硬，偏心锤钻进困难，套管跟不进，锚索也很难下到位。经过反复的分析与试验，采用以下两种方法：

其一：灌注水泥砂浆护壁，砂浆流动性差，渗透性也差，很容易充填岩石中的小裂隙与破碎段，用常规气动冲击钻进提钻后，采用水：灰：砂比例为0.6：1：1的砂浆对钻孔进行灌注，待浆体凝固后，再进行扫孔，对于大多数孔都能够顺利下入锚索。

其二：对于裂隙比较大的地层，由于渗漏严重，所以砂浆充填固壁的方法也难奏效，对此我们采用大一级的浅孔锤钻头钻孔，穿过破碎与裂隙段，进入稳定岩层后，提钻，用顶驱法将φ146㎜套管打入孔内，下至稳定地层后，换用φ130㎜浅孔锤钻头继续钻进，钻至设计孔深，提钻，下入锚索。然后边注浆边用拔管机起拔套管。顶驱法跟管与偏心锤跟管技术不同，顶驱法跟管是将冲击器放于孔外，直接作用于套管上，靠冲击器的冲击振动作用，将套管打入孔内，整个跟管过程中冲击器都在孔外。

3.2钻进参数

采用偏心跟管钻进和顶驱跟管钻进技术，钻压不能过高，以合理的套管跟进速度控制，钻机转速不超过25～30r/min，钻压0.5～0.8Mpa。基岩钻进时，钻压适当提高，钻机适宜转速为40～50r/min，空压机风量大于12m3，这样有利于破碎岩石和排渣。

3.3钻进设备配置

采用以上施工工艺，必须配备适用的施工设备、机具：

锚孔钻机：MD—70，具有转速低、扭矩大，拆装方便，易于搬迁的特点；冲击器（浅孔锤）：跟管用WC—110，基岩钻进用J100B，扩孔用J150；偏心锤：φ146㎜偏心锤；钻头（φ130㎜）；套管（φ146㎜）；空压机（VHP700型空压机，风量12m3 ，风压 1.2Mpa）；钻具组合：钻头 冲击器 普通钻杆 主动钻杆。

4实施效果

在实施该高边坡防治工程预应力锚索施工过程中，对复杂地质条件采取以上施工方法，大大提高了施工工效，节约了施工成本，缩短了工期。从最后的张拉情况看，全部达到了设计要求，受到了业主、设计、监理等相关单位的一致好评。

5复杂地层钻孔施工的注意事项

（1）认真研读设计图纸和地勘资料，初步熟悉工程区地质情况，以便选择合理、高效的钻进工艺；

（2）开孔时要试探性的钻进，实时观察、分析钻压、扭矩和动力负荷变化情况，不能盲目钻进尽量避免或减少 “卡钻” 、“埋钻”等孔内事故的出现；

（3）认真观察排渣情况，并根据排出岩屑的岩性变化，及时修正钻进参数；

（4）在钻进过程中，每工作一段时间，钻进一定深度后要进行孔斜测量，以确保钻孔倾角、方位角控制在设计要求之内；

（5）对正处于滑移活动期的坡体进行钻进时，要随时观察、监测坡移情况，以防止人身或设备安全受到威胁；

6结语

预应力锚索锚固体系是高边坡滑坡治理的重要方法之一，具有施工便捷，成本低，通过施加一定的预应力，很方便的控制边坡位移，对边坡整体稳定起到重要的作用。

因此对锚素的钻孔进行研究，探讨并总结出一套在复杂地质条件下行之有效的多种锚索钻孔工艺是十分重要的，也是十分必要的。

本文所总结阐述的龙陵腊寨水电站右岸坝肩高边坡治理工程，在复杂地质条件下的锚索孔钻进工艺，是通过实践总结出来的，可以在类似地层中使用。但由于不同地方地质条件也不尽相同，故在施工时采用的钻孔工艺也会有所不同，应合理加以参考与借鉴。