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【摘 要】 随着水电、堤防、公路、市政、工民建等工程建设快速发展，软基处理难度加大，尤其软基处理的造孔技术显得十分重要。本文主要介绍套管自动跟管钻进施工技术，对推动软基处理具有十分重要意义。
【关键词】 套管；自动；钻进；技术
1.概述
随着国内水电、堤防、公路、市政、工民建等工程建设快速发展，软基处理也变得越来越复杂，同时对工程施工的技术、质量、进度提出更高的要求。如砂卵石层、松散覆盖层等复杂地层的处理显得更为重要，边坡稳定所采用的预应力锚索加固、建筑物防渗所采用的高压旋喷灌浆等技术时，必须采用套管施工工艺才能确保钻孔成孔和施工进度、质量等。按常规套管施工的方法，工期长且很难在短期内完工，施工质量也无法保证。
利用套管自动跟管钻进技术，可以提高工效，缩短工期。根据现有设备和工程施工特点，进行套管自动跟管钻进施工。钻孔孔径规格分别为：168mm，146mm，127mm，108mm。可采用两件套、三件套的偏心钻具和同心钻具进行钻孔施工。通过在龙滩水电站2#路0+80塌方段预应力锚索、钢筋桩工程；平班、龙滩、缅甸太平江、巴基斯坦真纳等水电站围堰高压旋喷灌浆工程的实际应用，施工表明：成孔速度比常规施工方法快3～5倍，现已在我局项目中推广应用。
2.设备配置及相关参数
套管自动跟管钻进的主要设备：MD-50锚固工程钻机，英格索兰VHP750空压机，YB-30型液压拔管机，12t汽车吊车。
采用MD-50锚固工程钻机钻孔，该机采用液压动力头驱动，扭矩大约2000N.m；粗钻杆（φ73-φ89mm），能保持钻孔垂直度，配套风动潜孔锤跟管钻具进行钻孔，常用钻孔孔径φ108～φ168mm；钻孔角度900；钻孔速度6档可正反转；额定给进力17KN；泵站电机功率18.5KW；整机重量1200kg，单件最大重量600kg。
供风采用英格索兰VHP750空压机，额定风压1.2MPa，风量21m3/min。
风动冲击器跟管钻具分偏心扩孔跟管钻具和同心扩孔跟管钻具。套管、潜孔锤、扩孔钻头等规格及尺寸关系见下表。
风动冲击器跟管钻具分偏心扩孔跟管钻具和同心扩孔跟管钻具，其与套管、钻杆等连接结构示意图如下：
3.自动跟管钻进施工
龙滩水电站2#路0+80桩号塌方段，开挖施工弃渣回填构成路基，厚度8-15m，路基外侧挡墙由浆彻石组成，厚度2m。因路基由开挖施工弃渣回填构成，又处于冲沟的滑坡体上，2#路属龙滩水电站右岸的主要施工道路，过往车辆重且较多，该路段有滑移现象，设计部门对该路段进行加固处理。在挡墙面布置2排共20束2000KN预应力锚索，锚索长度50～55m，钻孔孔径φ150mm。路基外侧处于砂卵石层和流沙层上，厚度约20m，布置两排1*1m钢筋桩30根。钢筋桩由7Ф32钢筋组成，长度L=30m，孔径φ165mm。
属抢险加固工程，工期紧，技术要求难度大，接到任务后，立即组织施工设备和人员进场。根据施工段地质情况，对预应力锚索和钢筋桩钻孔分2段施工，即弃渣回填段和砂卵石层及流沙层段采用套管自动跟管钻进工艺，以确保成孔质量和施工进度。
套管自动跟管钻进施工，钻机不需加压，钻机转速控制在25～40r/min。空压机排风量控制在21m3/min，风压控制在0.8～1.2MPa。
采用φ168mm套管自動跟管钻进施工，套管为反扣标准管，一般单根长度为1500mm；钻杆也采用标准钻杆，一般单根长度为1500mm。配套φ168mm偏心跟管钻具，偏心钻头工作时最大外径φ178mm，潜孔冲击器采用英格索兰φ150冲击器。
套管自动跟管钻进工作原理：当钻机旋转工作时，偏心钻头自动张开，张开时外径φ178mm，成孔后孔径大于φ168mm。偏心钻头张开后，钻头底部镶有球型合金，钻头与潜孔冲击器连接，当钻头接触到孔底冲击器就开始钻孔工作，随着钻孔的深入，偏心跟管钻具的锤头锤击跟管套靴，套管就会自动跟进。
安装套管时，使钻杆高出套管150～200mm左右，以便于钻杆与钻机连接。一般情况下，钻杆和套管同时安装。钻进过程中，要观察返渣、返水情况，选择合适的风量、风压及转速。对于φ168mm套管自动跟管钻进而言，冲击器耗风量约16～18m3/min，风压控制在0.8～1.2MPa，钻机转速控制在25～30r/min。
套管自动跟管钻进进入岩石后，起钻取出偏心跟管钻具，改用φ130mm钻头风动冲击钻进，钻至设计孔深，起钻后安装锚索和钢筋桩。采用拔管机或12t吊车拔除套管。
平班、龙滩、缅甸太平江、巴基斯坦真纳等水电站围堰堰基为砂卵石层，部分堰体直接采用基坑开挖出来的沙卵石等填筑围堰。因围堰基础砂卵石层较厚，卵石直径达到40-60mm。由于堰体无法填筑粘土形成芯墙，因此设计在围堰体内采用高压旋喷灌浆进行防渗处理。高压旋喷灌浆要求成孔孔径大于φ90mm，经过综合分析，采用φ146mm偏向跟管钻具进行套管自动跟管钻进施工。
在砂卵石地层进行套管自动跟管钻进施工，冲击器工作风压一般为1.0Mpa，耗风量12～15m3/min，钻机转数每分钟30～40转，以便以合理的冲击频率控制套管跟进速度，防止钻进时对孔壁周边地层震动过大，在套管外壁形成密实握裹层，对套管产生较大的摩擦力，使套管起拔困难。
套管自动跟管钻进工艺在砂砾石和砂卵石层钻进时，利用冲击器冲击偏心扩孔钻具冲击破碎和挤压砂砾石和砂卵石，从而形成大于套管外径的空间，用钻压和钻具冲击管鞋来克服套管外壁和地层摩擦力，使套管同步跟进，保持孔壁稳定。
当钻孔施工旋转时，由于离心力作用偏心钻头会甩出套管外进行扩孔工作，而反向转动时钻头回位。钻至设计深度时反转将钻头回位，并与钻杆一起提出，然后插入φ100mmPVC管，使用拔管机或12t汽车吊车将套管拔出孔外，以待高喷灌浆时使用。
4.结束语
4.1套管自动跟管钻进技术主要优点
4.1.1可以较好解决地质钻机采用合金钻头或金刚石钻头进行套管在干砌石层、浆砌石层、砂卵石层或松散的土质地层钻进施工；冲击钻机采用捞砂筒钻头在砂卵石层或松散的土质地层钻进施工，所出现发生塌孔、掉块堵孔或无法成孔等问题。
4.1.2与采用常规套管跟进工艺相比钻进效率一般提高达到3-5倍。
4.1.3钻进效率快，对工程抢险社会效益突显，值得推广应用。
4.2套管自动跟管钻进技术主要缺点
4.2.1投入机械设备多、机械设备成本高。
4.2.2技术含量高，操作人员经过较长时间培训学习方能掌握。
【关键词】 套管；自动；钻进；技术
1.概述
随着国内水电、堤防、公路、市政、工民建等工程建设快速发展，软基处理也变得越来越复杂，同时对工程施工的技术、质量、进度提出更高的要求。如砂卵石层、松散覆盖层等复杂地层的处理显得更为重要，边坡稳定所采用的预应力锚索加固、建筑物防渗所采用的高压旋喷灌浆等技术时，必须采用套管施工工艺才能确保钻孔成孔和施工进度、质量等。按常规套管施工的方法，工期长且很难在短期内完工，施工质量也无法保证。
利用套管自动跟管钻进技术，可以提高工效，缩短工期。根据现有设备和工程施工特点，进行套管自动跟管钻进施工。钻孔孔径规格分别为：168mm，146mm，127mm，108mm。可采用两件套、三件套的偏心钻具和同心钻具进行钻孔施工。通过在龙滩水电站2#路0+80塌方段预应力锚索、钢筋桩工程；平班、龙滩、缅甸太平江、巴基斯坦真纳等水电站围堰高压旋喷灌浆工程的实际应用，施工表明：成孔速度比常规施工方法快3～5倍，现已在我局项目中推广应用。
2.设备配置及相关参数
套管自动跟管钻进的主要设备：MD-50锚固工程钻机，英格索兰VHP750空压机，YB-30型液压拔管机，12t汽车吊车。
采用MD-50锚固工程钻机钻孔，该机采用液压动力头驱动，扭矩大约2000N.m；粗钻杆（φ73-φ89mm），能保持钻孔垂直度，配套风动潜孔锤跟管钻具进行钻孔，常用钻孔孔径φ108～φ168mm；钻孔角度900；钻孔速度6档可正反转；额定给进力17KN；泵站电机功率18.5KW；整机重量1200kg，单件最大重量600kg。
供风采用英格索兰VHP750空压机，额定风压1.2MPa，风量21m3/min。
风动冲击器跟管钻具分偏心扩孔跟管钻具和同心扩孔跟管钻具。套管、潜孔锤、扩孔钻头等规格及尺寸关系见下表。
风动冲击器跟管钻具分偏心扩孔跟管钻具和同心扩孔跟管钻具，其与套管、钻杆等连接结构示意图如下：
3.自动跟管钻进施工
龙滩水电站2#路0+80桩号塌方段，开挖施工弃渣回填构成路基，厚度8-15m，路基外侧挡墙由浆彻石组成，厚度2m。因路基由开挖施工弃渣回填构成，又处于冲沟的滑坡体上，2#路属龙滩水电站右岸的主要施工道路，过往车辆重且较多，该路段有滑移现象，设计部门对该路段进行加固处理。在挡墙面布置2排共20束2000KN预应力锚索，锚索长度50～55m，钻孔孔径φ150mm。路基外侧处于砂卵石层和流沙层上，厚度约20m，布置两排1*1m钢筋桩30根。钢筋桩由7Ф32钢筋组成，长度L=30m，孔径φ165mm。
属抢险加固工程，工期紧，技术要求难度大，接到任务后，立即组织施工设备和人员进场。根据施工段地质情况，对预应力锚索和钢筋桩钻孔分2段施工，即弃渣回填段和砂卵石层及流沙层段采用套管自动跟管钻进工艺，以确保成孔质量和施工进度。
套管自动跟管钻进施工，钻机不需加压，钻机转速控制在25～40r/min。空压机排风量控制在21m3/min，风压控制在0.8～1.2MPa。
采用φ168mm套管自動跟管钻进施工，套管为反扣标准管，一般单根长度为1500mm；钻杆也采用标准钻杆，一般单根长度为1500mm。配套φ168mm偏心跟管钻具，偏心钻头工作时最大外径φ178mm，潜孔冲击器采用英格索兰φ150冲击器。
套管自动跟管钻进工作原理：当钻机旋转工作时，偏心钻头自动张开，张开时外径φ178mm，成孔后孔径大于φ168mm。偏心钻头张开后，钻头底部镶有球型合金，钻头与潜孔冲击器连接，当钻头接触到孔底冲击器就开始钻孔工作，随着钻孔的深入，偏心跟管钻具的锤头锤击跟管套靴，套管就会自动跟进。
安装套管时，使钻杆高出套管150～200mm左右，以便于钻杆与钻机连接。一般情况下，钻杆和套管同时安装。钻进过程中，要观察返渣、返水情况，选择合适的风量、风压及转速。对于φ168mm套管自动跟管钻进而言，冲击器耗风量约16～18m3/min，风压控制在0.8～1.2MPa，钻机转速控制在25～30r/min。
套管自动跟管钻进进入岩石后，起钻取出偏心跟管钻具，改用φ130mm钻头风动冲击钻进，钻至设计孔深，起钻后安装锚索和钢筋桩。采用拔管机或12t吊车拔除套管。
平班、龙滩、缅甸太平江、巴基斯坦真纳等水电站围堰堰基为砂卵石层，部分堰体直接采用基坑开挖出来的沙卵石等填筑围堰。因围堰基础砂卵石层较厚，卵石直径达到40-60mm。由于堰体无法填筑粘土形成芯墙，因此设计在围堰体内采用高压旋喷灌浆进行防渗处理。高压旋喷灌浆要求成孔孔径大于φ90mm，经过综合分析，采用φ146mm偏向跟管钻具进行套管自动跟管钻进施工。
在砂卵石地层进行套管自动跟管钻进施工，冲击器工作风压一般为1.0Mpa，耗风量12～15m3/min，钻机转数每分钟30～40转，以便以合理的冲击频率控制套管跟进速度，防止钻进时对孔壁周边地层震动过大，在套管外壁形成密实握裹层，对套管产生较大的摩擦力，使套管起拔困难。
套管自动跟管钻进工艺在砂砾石和砂卵石层钻进时，利用冲击器冲击偏心扩孔钻具冲击破碎和挤压砂砾石和砂卵石，从而形成大于套管外径的空间，用钻压和钻具冲击管鞋来克服套管外壁和地层摩擦力，使套管同步跟进，保持孔壁稳定。
当钻孔施工旋转时，由于离心力作用偏心钻头会甩出套管外进行扩孔工作，而反向转动时钻头回位。钻至设计深度时反转将钻头回位，并与钻杆一起提出，然后插入φ100mmPVC管，使用拔管机或12t汽车吊车将套管拔出孔外，以待高喷灌浆时使用。
4.结束语
4.1套管自动跟管钻进技术主要优点
4.1.1可以较好解决地质钻机采用合金钻头或金刚石钻头进行套管在干砌石层、浆砌石层、砂卵石层或松散的土质地层钻进施工；冲击钻机采用捞砂筒钻头在砂卵石层或松散的土质地层钻进施工，所出现发生塌孔、掉块堵孔或无法成孔等问题。
4.1.2与采用常规套管跟进工艺相比钻进效率一般提高达到3-5倍。
4.1.3钻进效率快，对工程抢险社会效益突显，值得推广应用。
4.2套管自动跟管钻进技术主要缺点
4.2.1投入机械设备多、机械设备成本高。
4.2.2技术含量高，操作人员经过较长时间培训学习方能掌握。