复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法适用范围

《复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法》适用于工程地质条件复杂的水电水利、公路与铁路、市政及地质灾害治理等工程深孔、大孔径岩锚钻孔施工。

复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法工艺原理

《复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法》的工艺原理叙述如下：

利用岩土钻掘技术，将压缩空气作为动力介质，推动潜孔冲击器做功，破碎岩体凿岩成孔。根据地层情况和作业条件，选择合适的钻孔机具及钻孔作业参数，满足支护对施工进度和工程安全的需要。在覆盖层或堆积体中钻孔采用跟套管钻进技术成孔；在地层复杂的基岩中钻孔时遇到宽大裂缝或掉块、塌孔时，采用粘时变浆液（可泵时间、流动性、初凝时间及终凝时间可根据工程实际情况调整）的物理化学及力学特性进行固壁灌浆或破碎岩体固结灌浆，保证孔壁稳定和嵌缝堵漏；同时使用不提钻反吹研碎及扶正装置来处理钻进过程中岀现的埋钻卡钻事故，并防止钻孔弯曲的产生。采用上述综合的工艺方法，最终实现复杂地层岩锚施工钻进成孔。

复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法施工工艺

《复杂地质边坡大孔径深孔锚索钻孔施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

一、复杂地层深孔大孔径岩锚钻孔施工主要采用多功能全液压履带式钻机紧跟开挖面及轻型锚固钻机在脚手架上钻孔相结合的方式施工，见图1、图2。

二、复杂地层深孔大孔径岩锚钻孔施工工艺流程见图3。

• 操作要点

一、测量放点

根据锚索设计布置位置在作业面依次用全站仪放样，并做孔位标记。

二、作业场地平整

按放样的锚索孔部位对作业面进行平整，使钻孔机具能够良好就位，或为作业平台的搭建创造条件。

三、排架搭设

若锚索作业时需要形成锚固工作平台时，脚手架搭设需遵循《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2001中的相关要求。脚手架上作业的轻型液压锚固钻机应按一定的间距均匀分布，不可集中作业。钻孔操作平台临空面及上部，必须设置安全防护设施进行立体防护。

脚手架搭设完毕后，在脚手架上采用全站仪按钻孔设计角度放出锚索孔的后视点，锚索钻孔方位角按孔位、后视点连线控制，见图4。

四、开孔钻进

钻机就位并校正好钻孔角度后，将钻机固定牢固。

开钻前，应仔细检查钻机完好情况，并采用压缩空气清除钻杆内杂物，同时清除孔口周围的松动岩块。钻孔时，先采用较设计钻孔孔径大一级的钎头开孔。开始钻孔时，打开送气阀，冲击器向前给进，钎头顶住岩面，使冲击器只冲击工作，不回转钻进。当冲击出一个凹形小坑稳住钻具后，再回转使冲击器进入正常工作。亦可在设计孔位上先采用人工钻凿出与锚孔孔径相匹配的凹槽，以利于钻具定位及导向。

五、孔口管镶铸

当钻进至1.5米时，停止钻进，并起钻，镶铸带法兰盘的孔口管，孔口管管径需与设计钻孔孔径相协调，其方位角与倾角皆应满足设计要求。孔口管镶铸完毕后应仔细对镶铸精度进行检查。孔口管镶铸的目的是：①保护孔口，②钻孔导向，③可及时进行有压固壁灌浆或锚索束体安装完成后孔道灌浆。

六、跟管钻进

当覆盖层较厚时，为确保能有效成孔，可先采用跟管钻进至基岩后，再采用普通潜孔锤钻孔至设计深度。跟管钻进时应注意以下几点：

1.套管级配和钻孔结构应相适应，钻具选择应适合地层和钻孔需求。

2.跟管前应逐一检查潜孔冲击器、钻头及套管、管靴，保证钻具材质的可靠性。

3.钻进过程中，随孔深增加同步加接钻杆及套管，并保持孔内清洁。

七、变径钻进

孔口管镶铸完毕并待凝24小时后，换用与锚孔设计孔径匹配的钎头钻进。

八、钻孔排渣

1.复杂地层钻进时，漏风、掉快、卡钻和埋钻现象严重，岩屑难以有效排出。一部分岩屑进入漏风裂隙带或破碎岩体缝隙中随着孔内高压介质的强弱来回移动，与松散破碎岩石碎块一起造成塌孔埋钻事故；另一部分岩屑因高压介质漏失力量减弱，被搬运至冲击器尾部，充填于孔壁与钻杆形成的环状空间内，致使卡钻、埋钻事故频繁。

在钻孔过程中，每加接一根钻杆前，须上下活动钻具并反复吹孔至少一根钻杆长度。提钻时，应缓慢、均匀，并保持空压机连续供风。

2.有效清除孔内岩屑，可在冲击器尾部安装钻孔反吹与研碎装置。增加钻孔反吹与研碎装置的工作特征在于：

1）在钻进过程中，压缩空气经钻杆中心通道、钻孔反吹装置中心通道直接作用于潜孔锤使冲击锤高频振动、做功并传给钎头，同时在回转力的作用下凿岩成孔，见图5（a）。

2）在提钻过程中，压缩空气经钻杆中心通道直接传至钻孔反吹装置排气口（不驱使潜孔锤做功）直接往孔外排气，将孔内岩屑直接吹出孔外，见图5（b））。

3）该装置尾部镶嵌有钢粒，可切削、研碎孔壁的探头石及掉块产生的较大岩块。

通过钻孔反吹及研碎装置的使用，在大大降低孔径的同时，可将锚孔孔道清洗的更干净，有利于锚索安装，提高锚索施工质量。

九、钻孔纠偏

1.复杂地层锚索钻孔过程中，钻孔轴向沿软弱层面倾斜，钻孔轨迹呈"S”形或类“抛物线”形。为达到设计所要求的锚索孔偏斜率≤2%，钻孔中采用刚度大的粗径钻杆、钻具上加粗径扶正器和选择合理的钻进参数。

2.粗径钻杆的使用。钻杆的尺寸需与钻孔机具相匹配，根据设计钻孔孔径，主要选用了ф89、ф114、ф130等刚度较大的粗径钻杆。

3.粗径扶正器的使用。粗径扶正器安装在潜孔锤尾部，具体尺寸根据钻孔孔径确定，同时在粗径扶正器上镶嵌刚粒，以扫除探头石及孔内岩屑、岩石碎块。在复杂地层，特别是地层中存在宽大裂隙横穿钻孔时，若粗径扶正器长度过短，扶正器会掉入裂缝而失去作用，甚至影响钻具的给进和提升。解决办法为:

1）加长粗径扶正器，但其长度不宜超过单根钻杆长度；

2）增加粗径扶正器数量，每5米左右设置一个扶正器。施工中采用上述方法，大大减小了孔斜，而且有利于通过裂缝。扶正器装置示意图及现场使用见图6、图7。

4.选择合理的钻进参数。合理的钻进参数应根据施工区域所处工程地质条件和岩石特性来决定。经过若干组试验，得出复杂地质条件下高边坡锚固钻孔施工一般应符合“中等钻压、慢转速、平稳风压”的操作要求，造孔进尺效率为3~5米/小时，风压稳定在1.0~1.2兆帕时，冲击频率为18次/秒，转速为18~23转/分钟比较合理。钻压大小以孔内钻具的总重量为参考值，在钻进过程中应不断调整相关参数。

十、破碎岩体灌浆

1.钻进过程中若发生掉块、塌孔、卡钻而无法继续钻进，可采用普通水泥浆液进行有压灌浆，灌浆水灰比宜为0.45:1~0.5:1。此时，可直接利用已镶铸的孔口管结合简易孔口封闭器进行灌浆。循环式有压灌浆，见图8。具体操作如下：退出钻杆后，往孔内下入进浆管、回浆管（一般采用脆性PVC管以方便扫孔），将法兰盘制作的简易孔口封闭器，用螺栓与孔口管上的法兰盘连接牢固，接上进、回浆管路，进行灌浆。采用此方法较常规有压灌浆减少封孔待凝时间约6~8小时，可大大提高钻孔施工效率。同时，锚索束体安装完成后，可直接将快速封孔器采用螺栓与孔口管上的法兰盘连接牢固，直接进行锚索孔道灌浆，见图9。

2.钻孔过程中若遇到漏风严重，并探明存在较大漏失通道时，则采用粘时变浆液进行灌浆（专利局已受理发明专利申请）嵌缝、堵漏和固壁。具体操作如下：

1）根据钻孔或孔内电视显示的情况，调剂配制粘时变浆液各组份的配合比（该复合浆液有4种组分一水泥基液、引气剂、减水剂及速凝剂），根据现场实现操作要求确定浆液的可泵时间、初凝时间、终凝时间及强度指标。

2）配置灌浆所需的施工设备和机具，按加料顺序制备适宜现场泵送要求、嵌缝和堵漏能力强的浆液，并在现场检测其流动性、黏度。

3）按照普通水泥浆液进行有压灌浆的工艺方法，将灌浆材料送至孔道内，直至孔口返出浓浆后适当屏浆后停止。

4）当长时间灌注后难以返浆时，可根据现场实际情况调剂浆液配合比，增强其嵌缝和堵漏的能力。或者采取待凝后复灌的措施。

5）灌浆结束后，应及时冲洗制灌浆设备及管路，避免浆液沉淀或凝固对其产生不利影响。

十一、终孔验收

钻孔终孔后，反复对钻孔进行清孔。清孔结束后，采用特制探孔器（一端带导向帽并标有刻度的钢绞线）进行钻孔孔深测量，不满足设计孔深要求则进行扫孔处理。

• 劳动力组织

锚索钻孔一般按3人/钻机/班配置，每天3连续施工。相关人员配置参见表1所示。

参考资料：