冲击反循环钻机施工方案

一、工程概况

本合同工程主要位于辽宁省抚顺市清原县和铁岭市开原

市境内，合同主体工程为输水隧洞工程。输水隧洞长35078.18m，桩号为95+806～130+884.18；纵坡i=0.3115‰；根据施工要求对本工程主洞钻爆段施工上部设置通风投料竖井，通风投料竖井直径2.2米；竖井施工采用三一重工冲击反循环钻机施工。

二、SP－280

型冲击反循环钻机参数

2.1、技术性能

最大钻孔直径m 动力头最大扭矩kNm 最大回转速度rpm 最大钻组重量ton 最大推进力KN 最大提拉力KN 液压站功率hp /Kw 钻机重量ton 液压泵站重量ton 液压夹持器重量ton 钻管数据 NW(通径)mm 每节钻杆长度(max) m 每节钻杆重量kg BHA-稳定器/颈管数据 标准法兰直径mm 标准长度m 颈管的重量kg 空压机 排量m3/min 工作压力bar 循环水泵 排量m3/h 扬程压力bar 3 280 25 90 900 1500 371/273 28 6.5 11 300/330 3 480/678 1400 3 31400 20～25 13 2600 5 钻孔效率：土层、砂层0.5～2.0 m/h，漂卵石层：0.2～0.5

m/h，岩石层：0.1～0.3 m/h；

2.2、工作原理

见图1-1，从钻机同步卷筒出来的两根受力相等的正反

转钢丝绳，经冲击梁和桅杆的导向滑轮，提引冲击钻头。同步卷筒工作原理如图2所示。电动机通过传动机构驱动冲击机构，拉动钢丝绳带动钻头作上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎地层。在两根主钢丝绳之间放置由副卷扬机提引的排碴系统，排碴管的下端在钻头中心管内，钻头作上下冲击运动时，排碴管除了随着钻孔进尺间歇下放外一般保持不动，并在冲击的同时，连续排出钻碴，获得较高的钻进效率。

图1-1 钻机传动原理

图1-2 同步卷筒原理

三、施工工艺

3.1工艺流程

3.2操作要点

1．施工准备。

(1)陆地上钻孔，要把场地平整好，以便钻机安装和移位。水上钻孔，要搭设工作平台。场地布置应根据施工组织设计，合理

安排泥浆池、沉淀池的位置，沉淀池的容积应满足2个孔以上排碴量的需要。

(2)根据地质情况准备一定数量的造浆粘土。

2．桩位测量放线。准确测量桩位并做好标记。测好的桩位必须复测，误差控制在5mm以内。

3．埋设护筒。护筒的作用主要是保持孔口稳定和定位，如在陆地上钻孔，护筒周围一定要夯实，如在水上钻孔，护筒下沉应有导向装置，严防护筒倾斜、漏水、变形。施工中一般采用挖坑法埋设。开挖前用十字交叉法将桩中心引至开挖区外，作4个标记点，保持到成孔后，埋设护筒时再将中心引回，使护筒中心与桩中心重合。

护筒周围土回填的好坏，对冲击钻孔非常重要，对于土质较差的孔口，可以在护筒下部灌注30cm的C20级混凝土，上部用红粘土夯填密实，以防冲击成孔时护筒底部塌孔。 4，钻机就位和试机。

(1)延长桩位前后中心线，用100kN吊车将主机放在孔口边预定位置上，使钻机底盘前后中心线与桩位中心线重合，主机就位时，需在底盘下部垫8～9根枕木，并用水平仪将底盘调平。 (2)安装井口装置、桅杆和前支撑。

(3)用吊车将冲击钻头放在孔口附近。将同步卷筒上引出的2根钢丝绳，通过各导向滑轮与冲击钻头连接。

(4)检查主机上各传动齿轮副啮合间隙，调试主轴上冲击离合器和卷筒离合器间隙，使之能正常工作。

(5)用吊车将配电柜、电缆卷筒放在底盘一侧，操纵机构附近，接通配电柜电源，接通配电柜与主机、电缆卷筒、潜水砂石泵三者之间的联线。

(6)打开主机电源，操纵钻机卷筒离合器，提引冲击钻头放入孔内。调节前支撑长度，使钻头中心与护筒中心重合，误差控制在2mm以内，支撑角度符合支撑要求。之后，锁定支撑丝杆位置，用道钉在枕木上固定底盘，防止冲击钻进时，支撑丝杆松动，底盘移位。

(7)在泥浆池上架设泥浆泵。连接排碴系统，用副卷扬机将其提引至孔口，将排碴管下端放入冲击钻头中心管内，待钻至一定深度后，再在排碴管之间安装潜水砂石泵。

(8)开动钻机进行试冲击，检查各部位运转是否正常，电流是否正常，接通潜水砂石泵电源，检查其接线方式是否正确，发现问题及时处理。 5．冲孔作业。

(1)造浆、开孔。往护筒内填制浆粘土约0.5m，分别往护筒和泥浆池内注足水。开动钻机，使冲击钻头上下运动，将护筒粘土冲成泥浆，启动泥浆泵，循环泥浆，直至护筒内与泥浆池内泥浆浓度一致。开始正循环钻进，钻进时勤观察孔内浮出的钻碴，在石质地层中，如果从孔口浮出的钻碴粒径在5～8mm之间，表明泥浆浓度合适，如果浮出的钻碴粒径小又少，表明泥浆浓度不

够，需往孔内添加粘土。加粘土时要停开泥浆泵，形成泥浆后再开泥浆泵。正循环钻进至泵吸反循环系统可以正常工作的时候开始反循环钻进。

(2)反循环钻进。当潜水砂石泵潜入孔内泥浆后，若孔壁比较稳定，停止正循环钻进，泥浆循环约2min后停泵，解除排碴胶管与泥浆泵的连接，启动泵吸反循环系统，开动钻机，进行反循环钻进。钻进过程中，操作者要随着进尺快慢及时放主钢丝绳，放绳时应使钢丝绳在每次冲击过程中始终处于拉紧状态，既不能少放，也不能多放。放少了，钻头落不到孔底，打空锤，此时冲击梁上的缓冲弹簧在一次冲击中响两声，不仅不能获得进尺，反而会对钻机和钢丝绳造成极大的损害；放多了，钻头落到孔底后处于自由状态，可能向孔壁倾斜撞击孔壁，造成扩孔，再提升时，钻头突然受力，在这种突然的冲击作用下提升装置会降低寿命甚至损坏。

当排碴弯头下降到离孔口1m时，需要接换排碴管。此时，钻机停止冲击，泥浆继续循环约1～3min，待排碴管内钻碴排完后，停泵，拆除弯头与排碴管的联接螺栓，提升弯头至一定高度，将要接换的排碴管下端与原排碴管联接，上端与弯头联接。 反循环钻进时应及时补水，始终保持孔内水位高于地下水位或河水位2m左右。

冲击反循环钻进应针对不同的地层采用不同的泥浆比重，以保持孔壁的稳定。砂卵石地层泥浆比重为1.2左右，岩石层泥浆比重为1.05～1.15。

(3)砂样的提取。提取砂样的目的是随时掌握地质的变化情况。一般每钻进0.5m提取样一次，从出碴口捞取砂样用清水冲洗干净，每次提取量为100g，编号保存，以便成孔时交接。 (4)勤检查钻机、钻头是否偏移，防止出现斜孔。 6．清孔。

(1)桩深达到设计深度后，停止钻进，进行清孔，用较好的泥浆将孔内含有钻碴的泥浆置换出来，具体操作方法是：将钻头提离孔底0.5m，开启砂石泵，反循环清孔，清孔时间视孔径、孔深和钻碴含量而定，一般30m深、直径1.5m含砂卵石较多的孔，约需15min。孔内泥浆比重达到要求后，清孔结束。

(2)清孔后准确测量孔深和孔底沉碴厚度，使之达到设计要求和规范规定标准。

7．清孔之后的后续工序的施工程序及操作要点同一般钻

孔桩施工方法，这里不赘述。在吊放钢筋笼、导管和灌注混凝土作业时可利用本机作为起吊设备。