摘要:钻孔施工应用越来越广泛,目前应用涵盖了矿山建设、市政工程建设、水利系统工程,地铁隧道联络通道工程等领域,尤其为地铁隧道联络通道钻孔施工及管棚施工,地铁盾构机始发和接收的水平钻孔施工;随着城市的发展,为减轻城市的拥堵,国内一二线城市大力发展地铁建设。地铁联络通道是地铁隧道必不缺少的附属结构,一般的钻孔工艺适用于粘土、砂层施工,故已经成为一种使用广泛的基础型式。近年来,建造的工程地层越来越复杂,对于复杂地层,采用常规的钻孔工艺,成孔较为困难,即使成孔也满足不了施工的需要。国内外很多科研人员研究在复杂地层钻孔施工的工艺及方法,根据在成都地铁10号线机场联络通道钻孔工程中的具体案例,浅谈在密实卵石层中的钻孔施工工艺。
关键词:密实卵石;钻孔;冲击器;排渣
1工程概况
成都地铁10号线二期工程土建1标盾构区间主要位于成都市双流区大件路附近,区间小里程端起点为已建设完成的空港二站端头井,线路经过机场内的停机坪、航油管线、G指廊、滑行跑道、维修基地等后到达1号风井后,然后沿大件路周边到达2号风井,最后到达双流西站明挖区间盾构井。隧道顶部埋深在8.1~41.8米之间,穿越地层主要以砂卵石、强(中)风化泥岩为主,其中6#联络通道正处于密实卵石层中,钻孔施工采取传统施工工艺无法完成。
本工点按岩土层层序,从上至下分述如下:
1.1第四系全新统人工填筑土层(Q4ml)
杂填土<1-1>:杂色,松散,稍湿。由碎石、砂土、砖瓦碎块、卵石等建筑垃圾组成,其间充填粘性土。该层土均匀性差,多为欠压密土,结构疏松,多具强度较低、压缩性高、受压易变形的特点。
1.2第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)
包括粘土、粉质粘土、中砂土和卵石土。
粘土<3-2>:灰黄色,可塑~硬塑,含少量铁锰质氧化物及较多钙质结核,裂隙较发育,有少许网状结构。
粉质粘土<3-3>:褐黄色,可塑~硬塑,含少量铁锰质氧化物等。
细砂土<3-5-2>:青灰色或褐黄色,松散,饱和,分布于卵石土层顶面,中砂土<3-5-3>:褐黄色,松散,饱和,成透镜体分布于卵石土体中。
密实卵石土<3-5-4>:青灰色,密实,饱和,卵石含量约为60%~70%,粒径5-15Dm,局部含漂石,原岩以石英岩、花岗岩及变质岩为主,分选性差,磨圆度较好。中粗砂充填。层厚0.8~19.3m,
卵石土<3-6>:黄褐色,饱和。卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主,少量圆形,风化程度中等,个别强风化,分选性差,部分粒径大于 100mm,充填物为中砂,局部夹漂石。
本工程隧道洞身主要位于稍密~密实卵石中,结构底板位于密实卵石中,地层稳定性较好,岩性较为单一,地基土稳定性整体较好。其中6#联络通道所处地层为密实卵石层。
2密实卵石层钻孔配套设备选型
设备材料一览表
3密实卵石钻孔施工工艺
3.1钻进及空压机参数选择
对于密实卵石地层钻孔采用钻孔工艺成孔较为困难,卵石粒径较大,直径100-500mm大小不等,选用取芯钻头和复合片钻头钻进,都难以钻进,长时间钻进会造成钻头磨平,钻杆磨损严重、断杆,掉钻头等情况发生。即便成孔,耗时较长,费时费工。
因此在这种地层钻孔,通过多次试验总结,最后选取钻机回转和空气冲击配合施工的方法。使用冲击钻施工,在钻孔过程中,将钻孔路径上颗粒较大的岩石冲击破碎,粒径较小的碎石冲出孔外,粒径较大的碎石挤压至孔位周边。一次成孔后,拔出工业钻杆,再使用普通冻结管跟管钻进,最终成孔密封。在转速方面,宜采用φ89*10mm的工业钻杆中速钻进,扭矩控制在5-10MPa;钻到大粒径卵石,转速一般采用中低速即可,钻机回转时,空压机必须开启,保证储气罐压力控制在0.5-0.8 MPa,钻进时空压机不能停止供气,防止冲击器不冲击,导致钻杆与卵石摩擦起热而断管。在钻压方面,从钻压上控制给进压力,宜控制在8-12 MPa,冲击器只要不停冲击并排出渣,能进尺就进尺,一旦地层发生变化,冲击器不冲击,钻机动力头来回抽动,直到冲击器冲击为止。这样,在整个钻进过程中,钻杆始终处于同心状态,钻杆也较难晃动,能满足孔的垂直度。
在钻孔设备选型方面,粘土层,细沙层不宜采用冲击器冲击回转,因其中细小砂粒极易堵塞冲击器,导致冲击钻头不冲击,造成进尺缓慢或不进尺,宜采用传统钻孔工艺施工。在卵石层中进行钻孔施工采用冲击器加回转钻进工艺,钻孔成孔效率提高非常明显。
3.2塌孔
在使用冲击钻钻孔过程中,如发现排出的渣极少,主要原因是排渣不顺,导致土渣存在孔内,二次跟管钻进难进尺或进不了尺。处理办法:保持空气排出,带出渣,使孔内干净。另外孔壁上的石头,在冲击过程中,震动使碎石掉落,二次跟管无法进尺。处理方法有两种:(1)再次使用冲击器加回转重新沿原孔位钻进;(2)采用单液浆将孔内注实,改良地层,待单液浆凝固,地层稳定后,再次使用冲击器加回转重新沿原孔位钻进,钻进完成后再跟管钻进,最终成孔。
3.3钻孔偏斜控制及补偿注浆
造成钻孔偏斜的原因:钻机未加固牢固;钻杆不垂直,钻头与钻杆不同心。另外采用冲击钻钻进过程中,如果钻头不冲击,易造成成孔偏斜较大;所以在钻孔之前,一定要将钻机找正准确,牢固加固钻机,使用垂直的钻杆,减速满钻多冲击,并前后反复扫孔,直至转入正常钻孔状态。
使用冲击钻进行钻孔,大球阀及密封盒要安装并用螺丝拧紧,可以有少部分水流出,但是绝对不能有泥砂流出,成孔之后及时注浆补偿土体中流失的水土,避免造成地面沉降情况的发生。
结论:在密实卵石层中进行冻结钻孔施工,通过多次多种工艺进行试验施工,钻机回转和空气冲击配合施工工艺在此地层中钻孔成孔效率最高,但是成孔效果相较于传统工艺稍差,因此在实际施工过程中,需要对钻孔系数进行相应调整,以达到最佳成孔效果。
论文作者:路长周,吴德刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签:钻孔论文; 卵石论文; 密实论文; 地层论文; 钻杆论文; 进尺论文; 钻机论文; 《基层建设》2018年第31期论文;