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引言：偏心钻具扩孔钢套管跟进长管棚法适用于隧洞大塌方、土夹石、软弱破碎等一切成孔难的岩体隧道施工时采用。本文以四川平武县水电站引水隧洞施工为例，介绍了钻孔机设备及工具原理,总结了进行跟管施工的技术要点和施工注意事项。
一、工程概况
四川省绵阳市平武县古城水电站引水隧洞CIII标全长4905.38m。隧洞过水断面为圆形，直径9.5m。因3#洞上游k2+746-k2+785段岩石处于富水区渗水严重段，且持续降雨，下断面已施工未衬砌段拱架横向无法受力，岩石长期受渗水影响，已经形成泥化状，导致岩石膨胀使拱架自底脚向上鼓出岩石面，造成岩石不稳定，出现了垮塌现象。塌方后立即组织人员对塌方段及影响段进行了处理，在塌方段施工处理至桩号K2+768.5后，塌方段堆积碴体已经将整个断面封闭，为防止继续出碴造成塌方空腔扩大及影响已支护处理塌方段，确保施工安全，根据此状况，采用全钢套管跟进长管棚法施工的方式进行塌方处理。
二、偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚法施工特点
1、施工所用机械设备相对较小，且均有履带式或步履式，移动灵活，工艺简单，操作方便。
2、施工过程中废水、废液产生较少，产生污染小，符合环保、水保要求。
3、施工速度快，对整个工程工期影响较小。
4、超前支护效果明显，安全可靠，且经济和社会效益显著。
三、工艺原理
1、采用的钻孔机具设备
采用YXZ70型锚固钻机扩孔及单偏心DP108低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ50型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。
钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部(见图1)。
图1大管棚纵剖图
DP102型潜孔锤跟管钻具与YXZ50型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成(见图2)
图2潜孔锤跟管钻具组合图
2、钻进系统工艺原理
钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的磨擦力小于孔底围岩对偏心钻头的磨擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。
四、施工工艺流程及操作要点
1、施工工艺流程（见图3）：
图3施工工艺流程图
2、施工方法
(1)管棚制作及孔位布置
根据该塌方段围岩情况，采用D108*6热轧无缝钢花管作管棚，即直径×壁厚=108×6mm。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设1个，两侧分别按30cm间距布设。布置范围为拱顶120°，共计40孔，每孔管棚长度为21m，累计840延m(见图4)，钢套管分节长度为1．5m，两节套管问采用内车丝扣方式设连接。
(2)管棚长度及花管、实管设置
根据现场实际情况，管棚长度L=21m (14根×1.5m／根)，两节管棚间采用内车丝扣方式设连接，在保证孔口段1.5m为实管的条件下，其他段为花管，出浆孔直径为15mm，梅花型布置，间距15cm×15cm。(见图5)。
图4大管棚横剖图
图5管棚导管布孔图
3、技术操作要点
(1)操作平台及钻机安装牢固，洞边墙支撑固定，保证施工中钻机及平台的稳定性。同时平台和钻机安装平整，用水平尺校正，确保其水平度。
(2)钻具及跟管开孔保证孔位点、导向器及动头三点一线，并加长导管，随时用导向器导向以保证铅直度，确保管棚的设计转向倾向。
(3)钻孔跟管开孔先采用低风量、低压力纯冲击，先造引导孔，待孔基本成型后，开动正转让偏心钻具工作带动导管跟管，但转速要限制，以确保孔口岩体不被大面积扰动破坏。
(4)钻孔跟管过程中，控制进尺速度不能过快，注意间歇空钻排渣，以保证导管与钻杆间通道畅通，避免卡钻并控制风量及钻压(风量、风压以保证冲击器正常工作为准)。
(5)操作过程中特别注意，风是偏心钻具在导管内，只能反转，不能正转，只有偏心钻具出管靴后才正转。
4、灌浆方法
灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，防止漏浆。采用纯压式灌浆方法进行灌浆。本灌浆工程为临时加固工程，灌浆目的是使洞挖时水泥浆胶体能在洞周围一定范围内起到粘结松散渣体的作用。结合以往施工经验，对灌浆数作如下设置：
(1)灌浆压力：灌浆孔口压力视其具体情况控制在0．1-0．3MP为宜(目的是控制扩散半径)。
(2)浆液水灰比：采用l：l和0．5：1两级水灰比(以浓浆灌注为主，以使能尽快起到胶凝粘结作用)。
注浆分两次进行，即第一次是编号为单号的孔位进行注浆，第二次是编号为双号的孔位进行注浆。大管棚在注浆前要在将钢花管与预埋导向管间空隙用水泥砂浆封堵，避免露浆。在后来的开挖过程中，证明灌浆充填钢管及周围空间，相邻的管孔能够渗透连接，形成天幕式的管棚结构，加强了管棚的刚度和强度。
(3)通过焊接在钢花管上的止浆阀对大管棚注浆，注浆压力为2.0～2.5MPa，在压力达到2.0以上后持续15min，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
(4)注浆时要关注注浆机压力表的变化，若出现压力表指示持续在1.0MPa以下，则要停止注浆进行检查，长见的原因为注浆机出现故障、浆液从地表窜出、与地表径流相通，可依实际情况采取稍停注浆或调整浆液的方法处理。
五、质量控制
1、钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号，检查钻孔、打管质量时，应画出草图，对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。
2、钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在5°～8°（角度用地质罗盘仪检查），钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。
3、严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
4、经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
5、单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80％。
6、检查注浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管注浆。
六、结语
在施工过程中，应以安全为重，禁止无关人员进入洞内，安全员应随时注意观察围岩变化。若有突变，所有人员必须立即撤离。施工过程中遵循监理人的环保意见，以“防止污染，降耗节能，坚持文明施工”为方针，施工现场加强对噪声、粉尘、废气、废水的控制和治理，采取有效措施降低噪声，控制粉尘和废气浓度，以及做好废水和废油的治理和排放。扬尘、噪声、污水和废弃物排放满足当地政府规定标准。
一、工程概况
四川省绵阳市平武县古城水电站引水隧洞CIII标全长4905.38m。隧洞过水断面为圆形，直径9.5m。因3#洞上游k2+746-k2+785段岩石处于富水区渗水严重段，且持续降雨，下断面已施工未衬砌段拱架横向无法受力，岩石长期受渗水影响，已经形成泥化状，导致岩石膨胀使拱架自底脚向上鼓出岩石面，造成岩石不稳定，出现了垮塌现象。塌方后立即组织人员对塌方段及影响段进行了处理，在塌方段施工处理至桩号K2+768.5后，塌方段堆积碴体已经将整个断面封闭，为防止继续出碴造成塌方空腔扩大及影响已支护处理塌方段，确保施工安全，根据此状况，采用全钢套管跟进长管棚法施工的方式进行塌方处理。
二、偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚法施工特点
1、施工所用机械设备相对较小，且均有履带式或步履式，移动灵活，工艺简单，操作方便。
2、施工过程中废水、废液产生较少，产生污染小，符合环保、水保要求。
3、施工速度快，对整个工程工期影响较小。
4、超前支护效果明显，安全可靠，且经济和社会效益显著。
三、工艺原理
1、采用的钻孔机具设备
采用YXZ70型锚固钻机扩孔及单偏心DP108低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ50型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。
钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部(见图1)。
图1大管棚纵剖图
DP102型潜孔锤跟管钻具与YXZ50型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成(见图2)
图2潜孔锤跟管钻具组合图
2、钻进系统工艺原理
钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的磨擦力小于孔底围岩对偏心钻头的磨擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。
四、施工工艺流程及操作要点
1、施工工艺流程（见图3）：
图3施工工艺流程图
2、施工方法
(1)管棚制作及孔位布置
根据该塌方段围岩情况，采用D108*6热轧无缝钢花管作管棚，即直径×壁厚=108×6mm。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设1个，两侧分别按30cm间距布设。布置范围为拱顶120°，共计40孔，每孔管棚长度为21m，累计840延m(见图4)，钢套管分节长度为1．5m，两节套管问采用内车丝扣方式设连接。
(2)管棚长度及花管、实管设置
根据现场实际情况，管棚长度L=21m (14根×1.5m／根)，两节管棚间采用内车丝扣方式设连接，在保证孔口段1.5m为实管的条件下，其他段为花管，出浆孔直径为15mm，梅花型布置，间距15cm×15cm。(见图5)。
图4大管棚横剖图
图5管棚导管布孔图
3、技术操作要点
(1)操作平台及钻机安装牢固，洞边墙支撑固定，保证施工中钻机及平台的稳定性。同时平台和钻机安装平整，用水平尺校正，确保其水平度。
(2)钻具及跟管开孔保证孔位点、导向器及动头三点一线，并加长导管，随时用导向器导向以保证铅直度，确保管棚的设计转向倾向。
(3)钻孔跟管开孔先采用低风量、低压力纯冲击，先造引导孔，待孔基本成型后，开动正转让偏心钻具工作带动导管跟管，但转速要限制，以确保孔口岩体不被大面积扰动破坏。
(4)钻孔跟管过程中，控制进尺速度不能过快，注意间歇空钻排渣，以保证导管与钻杆间通道畅通，避免卡钻并控制风量及钻压(风量、风压以保证冲击器正常工作为准)。
(5)操作过程中特别注意，风是偏心钻具在导管内，只能反转，不能正转，只有偏心钻具出管靴后才正转。
4、灌浆方法
灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，防止漏浆。采用纯压式灌浆方法进行灌浆。本灌浆工程为临时加固工程，灌浆目的是使洞挖时水泥浆胶体能在洞周围一定范围内起到粘结松散渣体的作用。结合以往施工经验，对灌浆数作如下设置：
(1)灌浆压力：灌浆孔口压力视其具体情况控制在0．1-0．3MP为宜(目的是控制扩散半径)。
(2)浆液水灰比：采用l：l和0．5：1两级水灰比(以浓浆灌注为主，以使能尽快起到胶凝粘结作用)。
注浆分两次进行，即第一次是编号为单号的孔位进行注浆，第二次是编号为双号的孔位进行注浆。大管棚在注浆前要在将钢花管与预埋导向管间空隙用水泥砂浆封堵，避免露浆。在后来的开挖过程中，证明灌浆充填钢管及周围空间，相邻的管孔能够渗透连接，形成天幕式的管棚结构，加强了管棚的刚度和强度。
(3)通过焊接在钢花管上的止浆阀对大管棚注浆，注浆压力为2.0～2.5MPa，在压力达到2.0以上后持续15min，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
(4)注浆时要关注注浆机压力表的变化，若出现压力表指示持续在1.0MPa以下，则要停止注浆进行检查，长见的原因为注浆机出现故障、浆液从地表窜出、与地表径流相通，可依实际情况采取稍停注浆或调整浆液的方法处理。
五、质量控制
1、钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号，检查钻孔、打管质量时，应画出草图，对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。
2、钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在5°～8°（角度用地质罗盘仪检查），钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右，并控制在20 cm～30 cm。
3、严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
4、经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
5、单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80％。
6、检查注浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管注浆。
六、结语
在施工过程中，应以安全为重，禁止无关人员进入洞内，安全员应随时注意观察围岩变化。若有突变，所有人员必须立即撤离。施工过程中遵循监理人的环保意见，以“防止污染，降耗节能，坚持文明施工”为方针，施工现场加强对噪声、粉尘、废气、废水的控制和治理，采取有效措施降低噪声，控制粉尘和废气浓度，以及做好废水和废油的治理和排放。扬尘、噪声、污水和废弃物排放满足当地政府规定标准。