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
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