1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上我是搞 潛孔錘和錨固鉆機的！這是我的一篇論文，供大家參考！巖土鉆鑿工程在當(dāng)前我國經(jīng)濟建設(shè)中已占有愈來愈重要的地位，其應(yīng)用領(lǐng)域已不僅涉及礦產(chǎn)的勘探與開發(fā)，而愈來愈多地涉及建筑、供水、市政、交通、環(huán)境等方面。而隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的進(jìn)一步改革開放和建設(shè)步伐的加快，這類工程的國際國內(nèi)市場越來越大，要求也越來越高。因此，巖土鉆掘技術(shù)及工藝水平的發(fā)展對我國的各類工程建設(shè)及經(jīng)濟發(fā)展起著愈來愈重要的影響，空氣潛孔錘鉆進(jìn)以其能夠大幅度提高鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益而視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量鉆探技術(shù)的標(biāo)志之一，受到國內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)工藝的誕

2、生及發(fā)展是世界鉆探技術(shù)的一次重大革命，它改變了傳統(tǒng)的切削和研磨碎巖方式，使巖石成體積破碎，大大提高了鉆進(jìn)效率和對堅硬及復(fù)雜地層的適應(yīng)性，風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)開始主要始于鉆鑿爆破孔，水井基巖孔，地質(zhì)勘探孔，國內(nèi)外研究者為了拓展其應(yīng)用范圍，從潛孔錘結(jié)構(gòu)形式、工作性能，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求。空氣潛孔鉆進(jìn)技術(shù)因其如下的一些特點，是它拓展應(yīng)用領(lǐng)域的有利條件：1、鉆進(jìn)效率高，生產(chǎn)實踐證明，其鉆研進(jìn)效率比波動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)效率高了310倍，效率提高的原因是：單次沖擊功大，排渣風(fēng)速高，孔底干凈，無二次破碎；由于無液柱壓力，在無地下水的情況下，改善了孔底破條件。2、潛孔錘的柱齒或球齒硬質(zhì)合金鉆頭，在堅硬破碎巖石中

3、伴用，既有利于破巖，又有比金剛石鉆頭壽命高的適應(yīng)性，大大降低了鉆頭成本。3、因鉆具轉(zhuǎn)速低，鉆具對孔壁的碰撞機會較少，而且這咱鉆進(jìn)方法是以高頻對孔底沖擊，養(yǎng)活了對巖石或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響，從而可提高鉆孔的垂直度，同時，也可減少孔壁巖石坍塌。4、比起回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，潛孔錘鉆進(jìn)所需的鉆壓和扭矩要小得多。這樣可減輕鉆機的設(shè)備的質(zhì)量和能力，為大口徑硬巖鉆進(jìn)，邊坡坑滑加固錨桿孔鉆進(jìn)創(chuàng)造了有利有使用條件。5、風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)采用的無循環(huán)干式作業(yè)，空氣既作為動力又作為排渣介質(zhì)，不污染環(huán)境。6、風(fēng)動潛孔錘工作時單次沖擊功在瞬間即可生產(chǎn)極大作用力，因而它可應(yīng)用于軟層沖擊擠密不排土鉆進(jìn)，也可用于非開挖鋪管的夯管技術(shù)。隨

4、著潛孔錘結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，工作性能的優(yōu)化，鉆研進(jìn)工藝的完善以及應(yīng)用時所顯示出的優(yōu)點，使人們越來越認(rèn)識到潛孔錘鉆進(jìn)在變東地層、礦產(chǎn)勘探及工程地質(zhì)勘探、錨因工程、灌漿孔、大壩倒垂孔中應(yīng)用具有良好前景。一、研究現(xiàn)狀：自1871年美國研究制造了長一臺的蒸汽功力鑿巖機以來，不遠(yuǎn)之后便將注意力轉(zhuǎn)到空氣作為動力的研究上，并于1902年由美國英格索蘭公司推出了第一臺便式移動空氣壓縮機，從而導(dǎo)致了氣功鑿巖機的全面發(fā)展。空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)是上世紀(jì)初開始試驗以及5060年代獲生產(chǎn)發(fā)明，并于2080年代廣為發(fā)展形成的，空氣鉆進(jìn)技術(shù)被視為鉆探技術(shù)的樗性之了動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)以及鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長、鉆孔質(zhì)量好的特點，國內(nèi)

5、外研究者對潛孔錘結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作性能優(yōu)化，鉆研匹配，鉆頭類型，工藝方法等方面竟相進(jìn)行研究，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求。（一）    國外的研究現(xiàn)狀1、美國是空氣潛孔應(yīng)用較早的國家之一，它從最早的風(fēng)動鑿巖開始，不斷進(jìn)行空氣壓縮的改進(jìn)和研究，不斷完善和發(fā)展風(fēng)潛孔錘的結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以及進(jìn)行潛孔機械的配套，空氣不僅作為碎巖動力，排渣及冷卻鉆頭，而且也為鉆機提供行走、回轉(zhuǎn)等動力，使其工藝配套更趨完善和合理，其經(jīng)濟效益更加突出。風(fēng)動潛孔錘的產(chǎn)品越來越多樣化和系列化，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。最近幾年來，其在大口徑工程鉆漿施工及潛孔定向鉆進(jìn)以及時性進(jìn)行非開挖地下管線鋪設(shè)中取得了較大的發(fā)展。2、

6、西德有關(guān)公司，為了有效地提高卵礫石中和堅硬巖石的鉆進(jìn)效益，近年來也將潛孔錘鉆研進(jìn)技術(shù)較廣泛地應(yīng)用于礦山爆破孔、水井、工程和巖石鉆漿中，并取得了較好的效果，特別是潛孔錘取心鉆研進(jìn)技術(shù)及汽舉反循環(huán)工藝得到了較大的發(fā)展。（二）    國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國幅員遼闊，地形地貌氣候復(fù)雜多變，有大面積的沙漠戈壁，大面積黃土覆蓋區(qū)，大面積高寒缺水或供水困難地區(qū)，大面積巖溶地區(qū)，并存在冰凍層帶，當(dāng)然還有大量忌用液體循環(huán)介質(zhì)的各種客觀條件等宜于發(fā)展采用多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，以保證鉆探質(zhì)量，提高鉆探速度和降低成本。我國地質(zhì)部門曾于19371958年在北京和甘肅錫鐵山進(jìn)行過早期空氣鉆進(jìn)試驗。6070年代

7、乃至“六五”期間不少單位陸續(xù)進(jìn)行研究試驗生產(chǎn)應(yīng)用，雖未能形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，但對發(fā)展此技術(shù)的認(rèn)識都是肯定的，地質(zhì)生產(chǎn)部“七五”科技及攻關(guān)項目之一“多工藝空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的開發(fā)研究”，經(jīng)過五年攻關(guān)活動，項目所設(shè)七項課題和分解進(jìn)行的此項專題，均取得了豐碩成果，包括如下幾下方面：1、空氣潛孔錘鉆進(jìn)器具和工藝除了創(chuàng)造條件，大面積拓廣應(yīng)用常規(guī)潛孔錘鉆進(jìn)處，開發(fā)了反循環(huán)“GQ200”型貫通式潛孔錘和配套的“FQ200/250”球齒鉆頭，“QG273/210型”跟管鉆進(jìn)鉆具，“QXD165”和“QXS165”型潛孔錘取的鉆具，Q150/230、Q230/260、Q260/300mm潛孔擴孔鉆頭，以及井

8、口密封捕塵裝置，并研究總結(jié)了一套空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝，此項成果對提高我國水文井鉆探技術(shù)與生產(chǎn)水平效果顯著，后來又延伸研制成功孔徑95、93mm和8001500mm貫通式潛孔錘。2、設(shè)備研制成功空氣反循環(huán)鉆進(jìn)用“WP”系列雙壁鉆具（114、89、73）三牙輪鉆頭，雙通道水龍頭，主動鉆探及巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套空氣反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。3、氣舉反循環(huán)邊疆取樣器具和工藝設(shè)計研制成功SHB系列氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)雙壁鉆桿（114、12、140、168mm），各型鉆頭、氣液分離和巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套取樣判層和鉆進(jìn)工藝。4、空氣鉆進(jìn)用泡沫劑和鉆進(jìn)工藝共研制成功四種泡沫劑（ADF1、CDT182、C

9、DT183）和一種清泡劑（DX），其性能達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品水平。5、多功能空氣鉆進(jìn)用鉆機和各類監(jiān)測系統(tǒng)，為發(fā)展多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)裝備創(chuàng)造了條件。二、研究的主要內(nèi)容（一）根據(jù)潛孔錘的工作原理及發(fā)展動態(tài)，拓展其在復(fù)雜地層（地層松散、鉆進(jìn)困難、孔壁穩(wěn)定性差）鉆進(jìn)時的跟管及拔管應(yīng)用，同時提出對潛孔錘的改進(jìn)措施。（二）根據(jù)空氣潛孔錘在復(fù)雜地層條件下的碎巖優(yōu)勢，研究其松散布地層及基巖地層中的取心鉆進(jìn)，進(jìn)一步完善鉆具配套，拓展其在復(fù)雜地層在進(jìn)行工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用。（三）風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)行ODEX工藝，它不僅使用了潛孔錘造孔，同時解決了套管跟進(jìn)問題，避免了鉆孔坍塌和重復(fù)破碎，提高了鉆進(jìn)速度，本文擬探索，在成

10、孔口徑及鉆進(jìn)深度上有所突破，以滿足還在水利、水電、工路、鐵路、工業(yè)及民用等各類災(zāi)害及基礎(chǔ)施工中的不取心鉆進(jìn)。（四）空氣潛孔錘擠密成孔。目前，我國土層錨桿及樁基孔施中常采用沖洗液正循環(huán)和長螺旋桿干式作業(yè)鉆進(jìn)方法。用正循環(huán)鉆進(jìn)法因受施工場地，沖洗液排放及污水處理等條件限制，一般很少采用。而長螺旋干式作業(yè)不僅消耗功率大，而且鉆進(jìn)效率低，成本高，因此一開展?jié)摽族N錐開鉆頭擠密成孔研究具有較為廣泛的應(yīng)用前景。（五）非開挖地下管線施工中潛孔錘鉆進(jìn)，它是一種機構(gòu)簡單，使用廣泛，費用低的非開挖鋪管施工設(shè)備。第一章    空氣潛孔錘及其鉆進(jìn)參數(shù)第一節(jié)    空氣潛孔錘的基本

11、結(jié)構(gòu)和類型空氣潛孔錘是以壓縮空氣為功力的一種風(fēng)動沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過鉆機和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動，形成對巖石的脈動破碎能力，同時利用沖擊器排出的壓縮空氣，對鉆頭進(jìn)行冷卻和將破碎后的巖石顆粒排出體外，從而實現(xiàn)了孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的目的。因此，沖擊器的結(jié)構(gòu)、性能是實現(xiàn)風(fēng)動鉆進(jìn)的重點。一、沖擊器的類型1、按沖擊器的配氣方式和結(jié)構(gòu)特點，可以分為有閥和無閥兩種類型（1）有閥式?jīng)_擊器，這類沖擊器的特點，是由配氣結(jié)構(gòu)的閥片控制的。按排氣方式可分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。旁側(cè)排氣沖擊器使用最早，因其汽缸內(nèi)的氣體由鉆頭兩側(cè)排出，故稍旁側(cè)沖擊器、中心排氣沖擊器是使汽缸內(nèi)的氣體經(jīng)鉆

12、頭的中心孔排出。這種沖擊器的排粉效果好，鉆頭使用壽命長，鉆進(jìn)效率高，較旁側(cè)沖擊器更適用于潛孔鉆進(jìn)的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。（2）無閥沖擊器，這種沖擊器沒有閥，控制活塞往復(fù)運動的配氣系統(tǒng)是布置在汽缸壁上，當(dāng)活塞運動時自動配氣。由于這類沖擊器不用閥片配氣，所以稱為無閥式?jīng)_擊器。這類沖擊器的工作壓力比有閥式要低，在相同工作壓力下產(chǎn)生的沖擊功要大一些。2、按沖擊器的額定工作壓力，可以分為低風(fēng)壓沖擊器和中高風(fēng)壓沖擊器。低風(fēng)壓沖擊器，一般是指其額定工作壓力在0.50.7Mpa，如宜化一英格索蘭礦山工程機械有限公司生產(chǎn)的CIR系列，無錫探礦機械產(chǎn)生產(chǎn)的WC及DJ系列，嘉興冶

13、金機械廠生產(chǎn)的廠系列沖擊器。中高風(fēng)壓沖擊器，是指工作壓力在0.7Mpa以上沖擊器，如宜化英格索蘭礦山工程有限公司生產(chǎn)的DH和DHD高風(fēng)壓系列，無錫探礦機械產(chǎn)生的CJ2、GQ、CJ系列沖擊器，嘉興冶金機械廠生產(chǎn)的JW和JG系列沖擊器。一般將工作壓力在0.71.2Mpa的沖擊器叫作中風(fēng)壓沖擊器，工作壓力在1.2Mpa以上的沖擊器叫作高風(fēng)壓沖擊器。按沖擊的鉆進(jìn)口徑可分為小口徑?jīng)_擊器和大口徑?jīng)_擊器，孔口徑在200mm以下的沖擊器為小口徑?jīng)_擊器，如CIR90、CIR110、CIR150、CIR170、J80、J80B、J100、J100B、J150等系列沖擊器，成孔口徑大于200mm的沖擊器叫做大口徑?jīng)_

14、擊器如DH、DHD、CJZ、JW200、J200B、J250、FGC15等系列沖擊器。按潛孔錘錘的中心通孔形成分為普通潛孔錘和貫通式潛孔錘。如FGC15O 為貫通式潛孔錘，其余為普通式潛孔錘。貫通式潛孔錘的研制成功，為進(jìn)行大口徑硬巖、砂卵石層鉆進(jìn)，以及進(jìn)行反循環(huán)連續(xù)取樣及繩索取的鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，提高鉆進(jìn)效率的同時，降低了設(shè)備（壓縮機風(fēng)量及風(fēng)量）配套要求，提高了鉆進(jìn)深度。二、沖擊器的結(jié)構(gòu)及其工作原理沖擊器是一個能產(chǎn)生沖擊作用的氣功裝置，其基本結(jié)構(gòu)一般由配氣機構(gòu)，內(nèi)外缸、活塞幾部分組成。其基本結(jié)構(gòu)見圖一和圖二。三、空氣潛孔錘的工作原理通過不斷改變進(jìn)排氣方向，就可實現(xiàn)活塞在氣缸內(nèi)的不斷往復(fù)

15、運動，從而也能不斷反復(fù)沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的最簡單原理和過程。造成控制反復(fù)改變進(jìn)排壓縮空氣方向的機構(gòu)叫配氣機構(gòu)，配氣機構(gòu)是沖擊器的核心部分，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入前氣室時推動活塞上行，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入后氣室時推動活塞下行。活塞是沖擊器的一個能量轉(zhuǎn)換裝置，它依靠活塞運動將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為沖擊的機械能，一般是以沖擊動態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運動速度。下面就以圖二闡述沖擊器的基本工作原理。壓縮空氣經(jīng)左側(cè)進(jìn)氣缸進(jìn)入內(nèi)缸4和外缸3間的環(huán)槽，由內(nèi)缸的徑向進(jìn)氣孔進(jìn)入前氣室（圖中位置），推動活塞5上行（回程），后氣室內(nèi)氣體由于容積變小而排氣，經(jīng)活塞上端內(nèi)孔與上接頭1下部芯管之間環(huán)狀間隙排到初

16、套6的下環(huán)槽，此時前氣室處于進(jìn)氣行程，后氣室處于排氣行程。當(dāng)活塞中部環(huán)面接觸內(nèi)缸下端內(nèi)孔后，既關(guān)閉了前氣室的進(jìn)氣通道，前氣室處于封閉狀態(tài)，室內(nèi)壓縮氣體開始膨脹作動，繼續(xù)推動活塞上行，此為膨脹過程。當(dāng)活塞上端內(nèi)孔與芯管密封面接觸而關(guān)閉排氣環(huán)槽后，后氣室內(nèi)氣體處于壓縮狀態(tài)，進(jìn)入壓縮行程。活塞繼續(xù)上行，當(dāng)?shù)锥嗣嬖竭^襯套上徑向排氣孔后，前氣室開始排氣，經(jīng)襯套內(nèi)孔直接排到下部環(huán)槽，此時前氣室為排氣行程。當(dāng)活塞上環(huán)面越過內(nèi)缸環(huán)槽后，壓氣開始進(jìn)入后氣室，后氣室處于進(jìn)氣行程，活塞作減速運動，直至速度為零而停止運動，即完成了活塞的回程運動。活塞沖程時前后氣室經(jīng)歷的過程相反，前氣室依次經(jīng)歷排氣行程，壓縮行程和進(jìn)氣

17、行程，后氣室依次經(jīng)歷進(jìn)氣行程、膨脹行程和排氣行程。經(jīng)潛孔錘作功后的廢氣內(nèi)襯套下環(huán)槽經(jīng)外缸徑向孔排至外缸與外套管之間的環(huán)狀通道，再經(jīng)上接頭右側(cè)排氣孔及專門排氣管排出外，壓氣在孔內(nèi)形成完全的封閉循環(huán)。第二節(jié)  空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)不同于普通的切削與研磨原理。它是將壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣的能量通過空氣潛孔錘這個能量轉(zhuǎn)換裝置，對需要破碎的巖石產(chǎn)生高頻的沖擊能量，當(dāng)這個能量（沖擊功）達(dá)到巖石的臨界破碎功時，便產(chǎn)生體積破碎，同時工作后的氣體在一定的風(fēng)速條件下將巖石顆粒排出孔外以實現(xiàn)鉆進(jìn)的目的。潛孔鉆鉆進(jìn)的操作技術(shù)雖然簡單，但是沒有科學(xué)和熟練的操作，不可能取得理想的鉆進(jìn)效果，有時

18、還可能發(fā)生麻煩。因此，合理的選用鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)如鉆壓、風(fēng)壓、風(fēng)量和轉(zhuǎn)速是取得理想鉆進(jìn)效果的基本條件。一、鉆壓空氣潛孔錘鉆進(jìn)的基本工作過程，是在靜壓力（鉆壓）、沖擊力和回轉(zhuǎn)力三種力作用下不碎巖的。其鉆壓的主要作用是為保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以便有效地傳遞來自沖擊器的沖擊功。鉆壓過小，難以克服沖擊器的工作時的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞，鉆壓過大，將會增大回轉(zhuǎn)阻力和使鉆頭早期磨損。對于潛孔錘全面鉆進(jìn)，一般認(rèn)為單位直徑的壓力值在3090kg/cm，而對于潛孔錘取心鉆進(jìn)，壓力推薦值可查資料較少，據(jù)中國地質(zhì)大學(xué)對空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的壓力推薦值，在軟至中硬巖層為781

19、99N/2，據(jù)成都水文隊試驗資料通過鉆壓計算，在軟至中硬巖層一般多為2.944.9KN，即單位面積上的鉆壓為4168N/2。但筆者認(rèn)為，鉆壓的合理選擇應(yīng)考慮到鉆進(jìn)方式（裸孔或偏心跟管、全面鉆進(jìn)或取心鉆進(jìn)），設(shè)備性能、鉆具匹配（鉆具鉆量），以及所選用的沖擊器的性能（如低風(fēng)壓還是中高壓，因工作壓力的不同而背壓不同）進(jìn)行綜合考慮，既要達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果，還要最大限度地減少鉆具及鉆頭的磨損。二、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速的高低主要和沖擊器的沖擊頻率，規(guī)格大小以及鉆巖的物理機械性質(zhì)有關(guān)。一般轉(zhuǎn)速選用每分鐘20轉(zhuǎn)左右為好，轉(zhuǎn)速過高會造成鉆頭的嚴(yán)懲磨損和鉆進(jìn)效率的降低，由于氣功潛孔錘進(jìn)是以沖擊碎巖的，回轉(zhuǎn)速度為改變鉆頭合金的

20、沖擊破巖位置，避免重復(fù)破碎，因此，合理的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證在最優(yōu)的沖擊間隔范圍之內(nèi)。最優(yōu)沖擊間隔的確定，多采用兩次沖擊間隔的轉(zhuǎn)角表示，轉(zhuǎn)速與沖擊頻率和最優(yōu)轉(zhuǎn)角的關(guān)系式如下：A=n 260/f  （度） 式中：  A 最優(yōu)轉(zhuǎn)角（度）        n ¬¬- 鉆具轉(zhuǎn)速  （r / min）        f -沖擊頻率  （次/min）美國水井學(xué)會（NWWA）康伯爾認(rèn)為在硬巖中兩次沖擊之間的最優(yōu)轉(zhuǎn)角為11°，因而主張鉆機立軸轉(zhuǎn)速在1830r/min。而筆者

21、在多年的施工過程中，通過對各種地層及潛孔錘鉆進(jìn)的不同鉆進(jìn)試驗應(yīng)用，認(rèn)為鉆速選擇在2050轉(zhuǎn)/分是比較合理的，對于硬巖層選用低轉(zhuǎn)速，對于軟巖層選用較高轉(zhuǎn)速。三、空氣壓力潛孔沖擊器的沖擊頻率和沖擊功都與空氣壓力有關(guān)，空氣壓力是決定沖擊功的重要因素，因而也是影響機械鉆速的主要參數(shù)，從國內(nèi)外大量資料證料，機械鉆速的提高和空氣壓力的提高是成正比關(guān)系。例如：空氣壓力從0.6Mpa提高至1.03Mpa時，鉆進(jìn)速度可提高一倍，見下圖。空氣壓力除滿足潛孔錘工作壓力外，還應(yīng)克服管道壓力損失，孔內(nèi)壓力降、潛孔錘壓降外，尚須在有水情況下克服水柱壓力，才能正常工作。P=Q2PmP錘P水式中：P -空氣壓力 

22、  Mpa      Q2-每米干孔的壓力降（一般為0.0015Mpa/m）      L-鉆桿柱長度（m）      Pm-管道壓力損失（Pm=0.10.3Mpa）      P錘-潛孔錘壓力降  Mpa      P水-鉆孔內(nèi)水柱壓力從上式可以看出在無水條件下，鉆時深度增加，空壓壓力越大，鉆進(jìn)深度越大。四、空氣量空氣鉆進(jìn)中空氣清耗量是根據(jù)氣動潛孔沖擊器的性能參數(shù)（耗氣量）及為清除孔內(nèi)巖屑的最低上返速度而確定。根據(jù)文獻(xiàn)資料推

23、薦，為保持清除和攜帶孔底巖屑的鉆孔環(huán)隙，上返速度，取心鉆進(jìn)成，上返速度V=1015m/s，全面鉆進(jìn)時V=2025m/s，為滿足上述要求對空氣量的計算，一般采用下式：Q=47.1k1k2(D2d2)V式中：Q-鉆進(jìn)時所需空氣量m3/minK1-孔深損耗系數(shù)，孔深100200m以內(nèi)取1.01.1K2-孔內(nèi)涌水時，風(fēng)量增加系數(shù)，其值與涌水量有關(guān)，中等和入涌水量成K2=1.5D-鉆孔直徑（m）d-鉆桿外徑V-環(huán)狀間隙氣流上返速度總之，鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇應(yīng)考慮到巖石的機械特性，沖擊器的性能，鉆孔深度，孔內(nèi)水柱壓力，鉆孔口徑等諸多因素，在取得最佳的鉆速同時，避免更多的動力及成本消耗。第二章  &

24、#160; 空氣潛孔錘在跟拔導(dǎo)管中的應(yīng)用上一章就空氣潛孔的類型、工作原理及鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)已有綜述，我們知道空氣潛孔潛是實現(xiàn)空氣鉆進(jìn)的核心部分，而沖擊器的核心是活塞這個能量轉(zhuǎn)換裝置，由它產(chǎn)生高頻的振動及沖擊作用直接傳遞給鉆頭而實現(xiàn)鉆進(jìn)目的。因此，就如何根據(jù)潛孔錘的結(jié)構(gòu)特點及工作原理來改變力的傳遞方向，以實現(xiàn)其在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)分步跟管護(hù)孔，及拔出導(dǎo)管是本章的研究重點。在常規(guī)鉆操作工作中，跟管與拔管都是靠吊鐘來實現(xiàn)，但其勞動強度大，工作效率低，特別是在水平孔鉆中孔施工中會增加大量的人力消耗，而卻效率極低，甚至無法進(jìn)行工作，達(dá)不到設(shè)計目的。年年，筆者曾在成都市順城街地下通道管棚施工及三角處交流中心深基坑

25、支護(hù)成孔，錨桿施工中遭遇此困難，因地層皆為第四系列卵石層且地下水皆已疏干，護(hù)孔極為困難，雖當(dāng)時已有偏心跟管工藝應(yīng)用，但因該工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不十分成熟，且鉆進(jìn)濃度遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)時濃度米的要求，給施工帶來較大困難，為此，筆者在通過如何就就根據(jù)沖擊器的結(jié)構(gòu)特點及工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，成功實現(xiàn)了空氣潛孔錘在跟拔管施中的應(yīng)用，解決了施工難題，并為單位創(chuàng)造了較好的社會及經(jīng)濟效益，為在復(fù)雜地層中進(jìn)行水平孔鉆進(jìn)提供了有利的技術(shù)支撐，使空氣潛孔鉆進(jìn)工藝在非開挖鋪設(shè)管線，隧道管棚施工，邊坡錨桿及錨索施工以及鉆探埋卡鉆的事故處理上得到了更為廣泛的應(yīng)用，拓展了空氣潛孔錘的應(yīng)用領(lǐng)域。第一節(jié)   

26、空氣潛孔錘在跟管中的應(yīng)用筆者于年首次在成都市順城城街過街通道管棚施工中應(yīng)用，解決了在水平施工中跟拔管困難以來，后多次在進(jìn)行非開挖鋪設(shè)管線，深基坑錨固支護(hù)，邊坡錨索，錨桿施工中得到進(jìn)一步應(yīng)用，并使之與偏心跟管潛孔錘鉆進(jìn)工藝相結(jié)合，使該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。3、    空氣潛孔錘的跟管原理空氣潛孔錘跟管的基本原理是將沖擊器活塞產(chǎn)生的高頻振動及沖擊力直接作用到導(dǎo)管上，將導(dǎo)管跟入孔內(nèi)，其具體過程如下：空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入沖擊器，使活塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生往復(fù)運動從而對打桿產(chǎn)生高頻的振動沖擊作用，打桿再將沖擊頻率及沖擊力傳遞到導(dǎo)管，使導(dǎo)致管在高頻振動及沖擊作用下跟入地層而達(dá)到護(hù)孔

27、的目的。二、跟管實現(xiàn)機具1、下缸接頭，原沖擊器下缸接頭是實現(xiàn)傳遞回轉(zhuǎn)和扭短作用的，而跟管是在不回轉(zhuǎn)下進(jìn)行的，因此，需對下缸接頭進(jìn)行改進(jìn)如圖：、打桿：打桿及作用相當(dāng)于鉆頭，沖擊器活塞直接其上，其與巖心管接頭連接，接頭又與導(dǎo)管相接，因此打桿直接將沖擊功傳遞至導(dǎo)管。、巖心管接頭：巖心管接頭其作用是將打桿及套管連接在一起，同時為了讓沖擊器工作后的氣體排出，通常在接頭上鉆口徑mm的排氣孔，以降低導(dǎo)管內(nèi)的氣體背壓。第二節(jié)  潛孔錘在拔管中的應(yīng)用在復(fù)雜比層中進(jìn)行垂直或水平孔施工中往往進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)完畢或發(fā)生孔內(nèi)事故，經(jīng)常遇到起拔導(dǎo)管的問題。常規(guī)方法為使用吊錘和千斤頂進(jìn)行強力起拔，但往往失敗和

28、將導(dǎo)管拔斷，后采用潛孔錘法，利用其高頻振動進(jìn)行松動和解卡，再施以一定的起拔索引力，可將導(dǎo)管輕松拔出。一、拔管原理將沖擊器下缸接頭重新進(jìn)行改進(jìn)加工成一打墊，沖擊器活塞直接作用于打墊上，打墊將沖擊作用傳遞給外缸，再通過外缸與沖擊器上接頭及導(dǎo)管的連接傳遞至導(dǎo)管上，導(dǎo)管在高頻的沖擊及振動作用下拔出孔外，沖擊器工作后的氣體從打墊的中心孔排出。二、主要實現(xiàn)器具1、打墊：其作用相當(dāng)于鉆頭，直接承接沖擊作用，其結(jié)構(gòu)如圖、連接三通：其作用為連接沖擊器與導(dǎo)管，同時將氣送入沖擊器，其結(jié)構(gòu)如圖：沖擊器跟管拔管技術(shù)，本人曾多次在米的孔內(nèi)應(yīng)用，幾乎全都應(yīng)用成功，如在施工中確有困難時，可加大沖擊中的性能，施加較大的牽引力。

29、但值得注意的是沖擊器工作時的高頻振動，易破壞絲扣，因此在工作過程中應(yīng)隨時將已松動的絲扣旋緊，另外在拔管時，外缸受力后容易產(chǎn)生斷裂，可向廠家提出改善材質(zhì)及增大厚度的要求來解決此問題。第三章  空氣潛孔錘在取芯鉆進(jìn)中的應(yīng)用空氣鉆進(jìn)以其能大幅度鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益而被視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量鉆探技術(shù)水平的標(biāo)志之一，受到國內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。國外經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，進(jìn)入年代，空氣鉆進(jìn)技術(shù)日益完善，形成了以含氣低密度介質(zhì)，多種循環(huán)方式、多種碎巖方法的多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于石油、煤油、固體礦產(chǎn)、水文水井、工程地質(zhì)勘察，工程施工等領(lǐng)域，獲得了較好的經(jīng)濟

30、效益和社會效益。作為多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)配套重要內(nèi)容的空氣沖擊回轉(zhuǎn)（潛孔錘）取芯鉆進(jìn)技術(shù)的試驗研究，其主要意義在于適應(yīng)堅硬及復(fù)雜地層、干旱缺水、供水困難、以及忌用液體循環(huán)介質(zhì)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)勘探，固體礦產(chǎn)勘查，為獲得地層的實物巖心資料，滿足地質(zhì)質(zhì)量及工程技術(shù)要求，提高鉆進(jìn)效率，而充分利用空氣鉆進(jìn)的主要技術(shù)裝置和器具，配置適應(yīng)的取心鉆頭及鉆具即可有效工作。一、    國內(nèi)外對空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀值得指出的是，在應(yīng)用空氣潛孔錘不取心鉆進(jìn)大幅度提高鉆進(jìn)效率的同時，為滿足部分孔段巖心采取要求的取心式?jīng)_擊回轉(zhuǎn)已經(jīng)提出。多年來，通過不同途徑的試驗研究獲得了較大的

31、進(jìn)展，堅硬巖石及復(fù)雜地層取心鉆進(jìn)取得成功，貫通式潛孔錘連續(xù)取四樣及繩索取心技術(shù)得到了長足發(fā)展。取心技術(shù)在各種領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。二、國外基本情況1、原蘇聯(lián)出版的“巖心鉆探學(xué)”，關(guān)于空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的鉆具結(jié)構(gòu)，由氣動沖擊器+巖心管+氣動沖擊鉆組成，在IXX級巖石中鉆進(jìn)，機械鉆速達(dá)成2.52m/h，巖心采取率為7580%。2、西德空氣潛孔錘主要應(yīng)用于第四系卵石層和淺孔中，并且應(yīng)用潛孔錘取心鉆進(jìn)已取鉆進(jìn)展，其鉆頭型式為原壁園筒，底唇面鑲嵌球齒或片齒合金。3、美國剛開展了取心鉆進(jìn)技術(shù)在石油、礦山等其它領(lǐng)域的潛孔錘取心應(yīng)用研究，其工藝也由單位的正循環(huán)發(fā)展到反循環(huán)低密度循環(huán)介質(zhì)領(lǐng)域，在空氣鉆進(jìn)深度上有著

32、更大的發(fā)展。第一節(jié)  主要技術(shù)裝備與機具空氣潛孔錘鉆進(jìn)的主要設(shè)備與機具配套是：鉆機、空壓機、氣動沖擊器、鉆具等，以及附屬設(shè)備。對主要設(shè)備機具的基本技術(shù)要求：一、鉆機：常規(guī)油壓鉆機及水文水井鉆機。動力頭鉆機基本適用。應(yīng)重視鉆機具有相匹配的低轉(zhuǎn)速性能（一般2040r/min），具有較好的加壓、減壓機構(gòu)，給進(jìn)行程大、機動性能好，履帶式液動力頭工程及錨固鉆機應(yīng)優(yōu)先選用。二、空壓機：作為氣動沖擊器的動力源，又是吹洗井底巖屑，冷卻鉆頭的洗井介質(zhì)。因其風(fēng)壓既要滿足沖擊器的工作需要，又要能排出巖屑，所以在選用空氣壓縮機時應(yīng)根據(jù)沖擊器的工作性能，鉆孔口徑深度等因素進(jìn)行綜合考慮。三、氣動沖擊器：國內(nèi)外產(chǎn)

33、品型號繁多，要根據(jù)鉆孔口徑、深度以及鉆進(jìn)工藝方法合理選擇，基本類型為低壓、中壓潛孔沖擊器。第二節(jié)  空氣潛孔錘鉆具設(shè)計及配套一、鉆具組合的整體結(jié)構(gòu)潛孔錘取心鉆具的組合，是以潛孔沖擊器通過自行研制的花鍵軸套式聯(lián)動器與取心鉆具連接成可拆卸的整體，再與鉆桿柱、主動鉆桿、液壓動力頭連接。下入孔內(nèi)，通過空壓機供給具有一定壓力的壓縮空氣，在鉆機的回轉(zhuǎn)作用下，實現(xiàn)潛孔錘鉆具的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。二、鉆具類型（一）取心單管鉆具1、鉆具結(jié)構(gòu)見圖：動力頭鉆桿柱潛孔沖擊器自行研制的花鍵軸套式聯(lián)動器特殊巖心管接頭上擴孔器厚壁巖心管下擴孔器取心卡簧及鉆頭（柱齒或片齒）2、特點：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，操作簡單，厚壁巖心

34、管強度高，采用8mm大螺卵，增大了螺紋的而未沖擊強度，易于拆卸。3、適用范圍：在完整、比較完整的均質(zhì)或非均質(zhì)，中硬、硬巖層取心鉆進(jìn)及空氣潛孔錘不取心鉆進(jìn)中可配合分段取心。（二）取心單動雙管鉆具1、鉆具結(jié)構(gòu)見圖：2、對單動雙管取心鉆具結(jié)構(gòu)要求    單動裝置性能良好、靈活可靠、保證內(nèi)容不轉(zhuǎn)動。    具有足夠的內(nèi)通風(fēng)斷面，確保壓縮空氣暢通，風(fēng)阻小。    風(fēng)外管同軸度好，卡簧與卡簧配合適度，采心功能可靠。三、擴孔器：擴孔器的作用是修整孔壁，保持孔徑符合規(guī)定要求，保持孔內(nèi)鉆具，在沖擊回轉(zhuǎn)作用的穩(wěn)定性，防止鉆頭早期磨損，延長鉆頭伴用壽命，其

35、結(jié)構(gòu)見圖：采用肋骨性結(jié)構(gòu)，選用D240以上厚壁無縫鋼管，兩端本劑與巖心管扣型相同的螺紋，管外園周均布6條肋骨片（最好為螺旋形），并在肋骨片上鑲焊5×5×13硬質(zhì)合金塊，其外徑較鉆頭外徑大0.51.0mm。四、花鍵軸套式聯(lián)動器采用何種機構(gòu)將潛孔沖擊器的沖擊功及鉆機回轉(zhuǎn)力短傳遞到孔內(nèi)取心鉆具及鉆頭上，是實現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)的關(guān)鍵部分。通常潛孔沖擊器與鉆頭的連接多采用花鍵賀柱銷式。結(jié)構(gòu)雖然簡單，但其徑向間隙過大，同心度差，不能適應(yīng)較長取心鉆具的連接強度和預(yù)防鉆孔彎曲的要求。為將潛孔沖擊器之沖擊力及鉆具回轉(zhuǎn)扭矩有效地傳遞到巖管，通過多種方案比較，創(chuàng)造性地設(shè)計出花鍵軸套式聯(lián)動器裝置，

36、花鍵軸寺通過特殊變徑接頭與沖擊器外擄下接頭相連，花鍵軸下端采用頂錐式“梯形螺旋紋”與巖心管接頭相連，上端直接接受沖擊器活塞垂直傳遞沖擊力，成功地解決了沖擊器與取心鉆具連接及沖擊回轉(zhuǎn)力的傳遞。五、空氣潛孔錘取心鉆頭為了實現(xiàn)取心鉆進(jìn)，應(yīng)根據(jù)空氣鉆進(jìn)的基本特點，巖石的機械物理特性進(jìn)行設(shè)計鉆頭，以取得最佳的應(yīng)用效果，取心鉆頭分為單管與雙管兩種，其結(jié)構(gòu)見圖。（一）    結(jié)構(gòu)1、鉆頭體：當(dāng)沖擊回轉(zhuǎn)時，鉆頭體承受著沖擊、回轉(zhuǎn)扭矩，軸向靜載荷，處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，為適應(yīng)氣功沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的技術(shù)要求，鉆頭體材質(zhì)應(yīng)具有高的抗擠壓、抗彎曲、抗扭強度，本次試驗選用FF710釬頭專用鋼，這是一種低炭

37、板狀馬氏體鋼，空冷硬度可達(dá)HRC4045，機械強度高，韌性好，耐磨，抗沖擊性能好，經(jīng)鍛制按鉆頭冠部設(shè)計加工成型，為適應(yīng)各種地層的需要，可將鉆頭體進(jìn)行調(diào)質(zhì)和表面滲氮外照，以進(jìn)一步提高鉆頭體的強度和耐磨性以提高鉆頭的使用壽命。2、鉆頭體連接螺紋，應(yīng)具有連接強度高，易拆卸的特點，通過強度計算設(shè)計螺距8mm特殊梯性和母螺紋連接型式，鉆頭內(nèi)車削錐度3°的卡簧座。3、鉆頭體通風(fēng)排粉糟。通過計算在鉆頭底唇及內(nèi)外側(cè)面銑磨通風(fēng)排粉弧形通道10×20mm四組。4、硬質(zhì)合金柱齒鉆頭選用1R34錐形齒或Q4R63，12×18mm球形齒，片齒鉆頭選用QK2722220252型27×

38、;16×22mm，在硬巖一般選用球形齒，在較軟巖先用錐形齒或片齒以提高巖心強度。5、合金排列：合金的排列形式應(yīng)根據(jù)鉆機的轉(zhuǎn)速，巖石的機械特性（體積破碎功）以及所選用的沖擊器類型綜合考慮。單管柱齒均以冠部內(nèi)外斜鑲式（35°），內(nèi)外出刃1.52.5mm，底出刃5mm，130/110鉆頭冠部合金分為四組計12粒（內(nèi)刃4粒，外刃8粒），單管片齒采取直鑲式均布六片內(nèi)外出刃1.52.5mm，底刃58mm。6、固齒方式：采取冷壓、熱壓或高頻焊接方式，當(dāng)進(jìn)行硬巖鉆進(jìn)時采取冷壓，以免掉齒式合金碎裂。（二）    鉆頭適用范圍潛孔錘單管取心鉆頭（柱齒及片齒）主要適用于較完整

39、的中硬、硬、中等研磨性、脆性的可鉆性48給均質(zhì)或非均質(zhì)的砂巖、石灰?guī)r以及火成巖類地層，亦可用于可鉆性35級砂巖、粉砂巖層，不適應(yīng)軟的塑性泥質(zhì)巖類地層。潛孔錘雙管取心鉆頭，主要適用于較完整較破碎的中硬硬、中等研磨性、具脆性的可鉆性48級均質(zhì)或非均質(zhì)的砂巖、灰?guī)r及成巖以及第四系砂卵石層鉆進(jìn)，亦可用于可鉆性35級砂巖、粉砂巖層。六、取芯卡簧卡簧與卡簧座配套使用，專門用以卡取巖心，是潛孔錘取的鉆具，不可少的重要易損零件。1、結(jié)構(gòu)見圖2、特點：卡簧應(yīng)根據(jù)巖石特點，注意卡簧內(nèi)徑與鉆頭內(nèi)徑的精密配合，一般卡簧自由內(nèi)徑較鉆頭內(nèi)徑小0.30.5mm，單簧卡簧應(yīng)重視巖心與卡簧有效通風(fēng)斷面的合理設(shè)計，以減少風(fēng)阻及巖

40、心堵塞。第三節(jié)  空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)生產(chǎn)試驗空氣潛孔錘鉆進(jìn)的地質(zhì)條件，通常適用于可鉆研性510級的中硬堅硬巖石才能充分體現(xiàn)出其技術(shù)優(yōu)越性，然而為拓展其應(yīng)用領(lǐng)域及與常規(guī)地質(zhì)鉆探設(shè)備的配套使用，分別在四川盆地以沉積巖為主的泥質(zhì)，鈣質(zhì)膠結(jié)的泥巖、砂巖、粉砂巖為主的一套“紅色地層”，和含水半富的厚層砂卵礫石層以及成都周邊的花崗巖、片麻巖、石灰?guī)r等硬碎性地層進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，其主要工作對象不僅包括以月攻地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)勘探、水井鉆探、工程地質(zhì)勘察，而且包括地質(zhì)災(zāi)害治理、水利水電基礎(chǔ)施工、邊坡支護(hù)與錨固超前預(yù)支護(hù)管棚施工等鉆探為目的的鉆探工作。雖然試驗的地層不是很全面，但其有一定的代表性，

41、不過作為技術(shù)方法配套以及潛孔錘鉆進(jìn)獲得的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)仍可以進(jìn)行綜合評價。一、空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)在水平鉆孔砂卵石中將應(yīng)用試驗。第四系砂卵礫層鉆進(jìn)長期以來受到鉆進(jìn)護(hù)孔困難及效率低、經(jīng)濟效益差的困擾，特別是在疏干的水平鉆孔中更是困難重重。我隊曾于1992年承攬成都市順城街人防地下通道工程，后于1994年承擔(dān)成都市渝外交流中心深基坑支護(hù)成孔注漿錨桿施工，該兩工程皆要求在地下水疏干狀態(tài)下地表以下7.58處的中密砂卵石層進(jìn)行水平鉆孔施工，為此，筆者率先在該兩工程中進(jìn)行了空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)試驗研究，并取得較大成功。1、工程簡況成都市順城街人防地下通道工程，位處蜀都大道鬧市區(qū)，從地面以下7.5m穿越長度為

42、55.093m，建成后凈寬4.3m，凈高3.6m平戰(zhàn)結(jié)合的人防地下通道。經(jīng)專家會議論證，由鐵道部科學(xué)研究院西南分院根據(jù)國際上先進(jìn)的“新奧法隧道修建法”原理，決定采用“松散圍巖淺埋暗挖”新技術(shù)。實現(xiàn)該項新技術(shù)方案的關(guān)鍵，是在隧硐開挖前，以一定擴散角沿隧硐頂部輪廓打水平孔，并在成孔后下入鋼管，注漿加固，形成管棚超前預(yù)支護(hù)，然后開挖，襯砌支護(hù)。1992年12月，我公司承擔(dān)了這項工期緊、質(zhì)量要求高、技術(shù)難度大、高風(fēng)險的“長條件相同，該大廈地面37層，地下三層，基坑開挖15m，采用人工挖孔樁及錨桿護(hù)壁，錨桿距地表7.2米，孔深15m，設(shè)計抗拔力50T。2、長管棚超前預(yù)支護(hù)護(hù)施工技術(shù)“長管棚超前預(yù)支護(hù)”施

43、工技術(shù)，是當(dāng)今國內(nèi)外在軟弱圍巖體中隧道施工的一種高效、安全的先進(jìn)技術(shù)，歐、美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)、國家尚在發(fā)展完善中。我國鐵道80年代以來，已在若干線路隧道穿越斷層、破碎巖體中應(yīng)用，管棚長度在1518m，設(shè)備及鉆進(jìn)取心、跟管工藝已列入“八五”期間研究解決的技術(shù)難題。地礦部機電所研制的“土星881、890”型全液壓多功能鉆機，在北京西單地鐵車站以亞粘土、砂礫土為主的第四紀(jì)地層，采用水平蔽旋鉆進(jìn)工藝，進(jìn)尺5萬米，被國際隧道與地下工程學(xué)術(shù)會議肯定，并認(rèn)為達(dá)到國際水平。但是，在松散的中密砂卵石層進(jìn)行管棚水平跟管鉆進(jìn)，國內(nèi)尚無成功的工程實例。我們通過精心組織、設(shè)計、并經(jīng)過兩個階段施工，累計完成水平孔38個，進(jìn)

44、尺661m，平均鉆井跟管深度17.3m，最深者31.34m。從而突破了在疏干、中密砂卵礫石層水平鉆孔的鉆進(jìn)及跟管技術(shù)難關(guān)，安全地穿越了蜀都大道地地面以下埋設(shè)的十余條水、電、通訊管線，特別是污水管和電力管道的基底距通道僅0.55m，而未受損失。地面交通正常進(jìn)行，保證了工期，工程質(zhì)量符合設(shè)計技術(shù)要求。4月下旬已經(jīng)貫通的地下通道，有力地證實“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”確保了掘進(jìn)的安全及工程進(jìn)度。1993年9月國際電視節(jié)目及國際熊貓節(jié)在成都開幕之際，人防地下人行通道正式投入運行，迄今已安全運行12年，從而肯定了“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”在松散砂卵礫石淺埋暗挖工程實踐中獲得成功，受到鐵科院、市人防指揮部的

45、高度評價與贊揚，認(rèn)為該項技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。在交通、水利、市政、地鐵建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害治理中擴大鉆探服務(wù)領(lǐng)域，為開拓多工藝空氣鉆探，提供了一種新的施工技術(shù)，具有廣闊的市場及發(fā)展前景。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”的施工技術(shù)，自94年以來，已先后在寶成鐵路復(fù)線建設(shè)青江3號隧道；松散巖類輻射井供水工程等不同服務(wù)領(lǐng)域，擴大應(yīng)用了該項技術(shù)，進(jìn)一步完善和發(fā)展了多工藝空氣鉆探技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計僅上述3項工程，完成鉆孔120個，鉆探進(jìn)尺2205m，平均孔深18.4m，深者達(dá)33.4m，獲得了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。3、工程地質(zhì)條件及技術(shù)要求3.1地下通道上部覆蓋層厚度，通道穿越由松散的細(xì)

46、砂及卵層組成的第四系全新沖積地層，圍巖基本無粘接能力，穩(wěn)定性極差，自上而下的地層剖面04.1m人工雜填土；4.16.5m亞粘土、細(xì)砂層；6.5m以下，為中密砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)松散。卵石成分為花崗石、石英巖、閃長巖等，粒徑一般47cm，大者1020cm，其間充填25%的砂和礫石。管棚水平鉆孔均在該層穿過。3.2地下水為孔隙潛水型，常年水位在-4.04.25m。3.3主要技術(shù)要求。（1）鉆孔深工：管棚2025m，錨桿15m。（2）終孔直徑不小于110mm，全孔跟進(jìn)127mm，管棚下入108的注漿管漿鋼管。（3）管棚孔距0.4m，錨桿孔孔距2.5m。（4）管棚鉆孔終孔精度，向上小于5cm，向下小于15

47、cm，左右小于10cm。（5）錨桿角度傾角13°。4、工程施工設(shè)備、器具配備為實現(xiàn)在卵礫石層的鉆進(jìn)跟管，產(chǎn)足現(xiàn)有技術(shù)裝備條件，選擇配備了適應(yīng)空氣鉆進(jìn)的大功率、大扭矩，并能變換立軸角度呈水平的配套鉆機，空壓機，以及相應(yīng)的附屬設(shè)備和器具。鉆機：XU-300-2型，XY-2B型          4臺空壓機：2VY-12/7型                  2臺潛孔沖擊器J-150B         

48、;           2臺J-80B        4套              J-100B          2套5、管棚水平鉆孔在砂卵礫石層施工技術(shù)的難點是鉆進(jìn)、護(hù)壁及跟管。為突破技術(shù)難點，通過多方案論證，并為施工實踐，立足現(xiàn)有技術(shù)裝備條件，充分發(fā)揮空氣鉆進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢，直接應(yīng)用“空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)”，是突破卵石鉆進(jìn)的有效方法，采取地面潛孔沖擊器分級水平跟管技術(shù)是十分有效措施。

49、由此形成的“小徑超前取心鉆進(jìn)，潛孔沖擊器水平跟管”的鉆進(jìn)跟管綜合工藝技術(shù)，突破了技術(shù)難關(guān)，拓寬了空氣鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。5.1鉆孔結(jié)構(gòu)測量放線、安設(shè)6塑料管定位。為預(yù)防鉆孔彎曲，首先應(yīng)下好孔口導(dǎo)向管，采用“小徑超前鉆進(jìn)，分級跟進(jìn)鋼管“的技術(shù)方法。一般開孔150mm，跟入146mm定向?qū)Ч?3m，換徑跟進(jìn)127mm注漿鋼管68m，108mm注漿管跟進(jìn)至設(shè)計深度。5.2鉆進(jìn)工藝技術(shù)5.2.1空氣潛孔錘單管取心鉆進(jìn)法，適用于超徑卵礫石密集孔段。（1）鉆頭型式：選擇礦山釬頭合金，10mm×15mm及7mm×10mm楔形齒；12×8mm球形齒；16mm×12mm&

50、#215;8mm片形齒，分別采用氣焊或高頻焊接法，成為同徑潛孔錘取鉆頭。（2）鉆具組合：分單管取心鉆具及單動雙管取心鉆具。本項目工程僅用單管鉆具，并針對超徑卵石的破碎難題，回次長度小，鉆具結(jié)構(gòu)作了較大簡化。（3）技術(shù)參數(shù)a、軸向壓力：為保證鉆頭齒刃能與巖石緊密接觸，克服沖擊器的反彈力，為有效地傳遞來自沖擊器的沖擊力，一般在45KN。b、轉(zhuǎn)速：一般在5070r/min。c、空氣壓力與空氣量：為滿足潛孔沖擊器的正常工作，提供較大沖擊功，氣壓一般淺孔為0.450.6Mpa。空氣量以保證清除和攜帶孔底巖屑的鉆孔環(huán)隙上返速度確定。水平鉆也受巖性及鉆孔條件限制，鉆具結(jié)構(gòu)在巖主管接著上增設(shè)分氣孔，以減少氣流

51、的沖擊攜砂能力，實際空氣量以滿足潛孔沖擊器正常工作為原則。（4）操作要點a、根據(jù)注漿鋼管直徑，選擇J-80B或J-100B潛孔沖擊器及其相匹配的聯(lián)動器，連接取心鉆具，下入孔內(nèi)進(jìn)行空氣沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)。b、淺孔段有時利用常規(guī)合金取心鉆具，在孔口地表主動鉆桿以下連接潛孔沖擊器，通過鉆桿傳遞沖擊功。C、鉆進(jìn)中以適當(dāng)壓力克服沖擊器工作的反弱力，有效地傳遞沖功，低轉(zhuǎn)速保證鉆頭的合理轉(zhuǎn)角，通過CS-KQXD型聯(lián)動器傳遞回轉(zhuǎn)扭矩，從而實現(xiàn)在沖擊回轉(zhuǎn)中破碎巖石。（5）鉆進(jìn)效果：據(jù)鉆孔統(tǒng)計資料，在密集或超徑卵石層段鉆進(jìn)，平均機械鉆速達(dá)2.36m/h，高者達(dá)4.24m/h，較普通合金鉆頭機械鉆速平均提高59.5%

52、以上，平均臺效467m，并可高達(dá)600m，較普通合金鉆進(jìn)平均提高89.1%以上。5.2.2無循環(huán)液單管普通合金鉆進(jìn)法，適用于粒徑較小的砂卵礫石層孔段。（1）鉆頭型式：選擇8mm×16mm八角及5mm×5mm×13mm方形合金，呈品字形，密集式排列的取心鉆頭。（2）鉆具組合：常規(guī)型。（3）技術(shù)參數(shù)：鉆壓2.9-4.9KN；轉(zhuǎn)速5070r/min。（4）操作要點：a、選擇較注漿鋼管小一級合金鉆頭，采用無循環(huán)液干鉆法，超前鉆進(jìn)0.51.0m，提出鉆具，進(jìn)行地表跟管；b、鉆進(jìn)效果：據(jù)鉆孔統(tǒng)計表資料，砂卵石層中平均機械鉆速1.48m/h，平均臺效247。5.3跟管工藝技術(shù)5

53、.3.1管棚注漿鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定選用127mm，108mm地質(zhì)鋼管，采用地質(zhì)套管接箍連接方式，鋼管長度一般為1.01.5m，鋼管表面按設(shè)計排列鉆10mm出漿孔。套管靴采用同徑厚壁7mm管，底端成45°內(nèi)嗽叭型，并經(jīng)熱處理。錨桿施工鋼管除不鉆注漿孔外，其它要求同上。5.3.2潛孔沖擊跟管器具（1）潛孔沖擊器：J-150B、J-100B。（2）組合沖擊連接器：按不同型號的沖擊器及鋼管直徑配套。（3）潛孔沖擊跟管鉆具組合：主動鉆桿沖擊器組合沖擊連接器鋼管接頭注漿鋼管。5.3.3技術(shù)參數(shù)（1）以滿足潛孔沖擊品正常工作，有效地傳遞沖擊為目的。通常空壓機的氣壓在0.400.60Mpa，空氣量為8

54、10m3/min。由此產(chǎn)生的單次沖擊功，J-150B型為330J，J-100B型為150J。5.3.4操作要點（1）當(dāng)小徑鉆進(jìn)后，連接注漿鋼管，安裝具有分流孔的鋼管接頭及沖擊連接器和潛孔沖擊器。當(dāng)啟動空壓機，通過閘門操作，氣體驅(qū)動沖擊器運動，而將沖擊功傳遞給注漿鋼管，實現(xiàn)水平跟管鉆進(jìn)。廢氯通過分流孔逸出，而不排除孔內(nèi)巖屑。（2）為保證注漿鋼管跟管方向偏斜符合設(shè)計要求，防止沖擊器及主動鉆桿的水平策略作用引起跟管偏斜，應(yīng)在孔口地表沖擊器與主動鉆桿段安裝活動中心導(dǎo)正架。（3）必須采取先小徑超前鉆進(jìn)，后地表跟管方法。（4）潛孔沖擊跟管，切忌盲目跟管，保持均速，跟管困難時可扭磨鋼管，必要時采用小徑掏心鉆

55、進(jìn)后跟管。5.3.5通過38個管棚鉆孔資料，累計跟管127mm、108mm長度966m，平均單孔跟管鉆進(jìn)濃度達(dá)17.37m，跟管深度大于20m的鉆孔9個，19個孔108mm管跟進(jìn)達(dá)31.31m。錨桿施工鉆孔62個，累計跟進(jìn)123mm管（導(dǎo)正）250m，108mm導(dǎo)管930m，全部孔深均達(dá)到設(shè)計15m。5.4拔管工藝要求5.4.1在鉆進(jìn)時，當(dāng)發(fā)生孔內(nèi)事故或鉆孔彎曲及錨桿鉆孔完成下入錨筋及注漿管后，往往需要起拔導(dǎo)管，因此，起拔導(dǎo)管是我們在施工中要面臨的施工難題。常規(guī)的拔管方法如吊錘或千斤頂法在垂直孔中雖然有效，但經(jīng)常將導(dǎo)管拔斷，造成重大的孔內(nèi)事故，特別是在水平孔或斜孔施工中，施工為困難，勞動強度大

56、，效率極低，為此，在此兩項工程中我閃通過對潛孔錘的工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，將潛孔錘進(jìn)行改進(jìn)，利用潛孔錘的工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，將潛孔錘進(jìn)行改進(jìn)，利用潛孔錘的高頻振動沖擊原理進(jìn)行導(dǎo)管起拔，取得了十分明顯的效果，通過合理地拔管配套工藝，將1530米的孔內(nèi)導(dǎo)管全部拔出。該工藝技術(shù)在不增加其它機具設(shè)備的同時，大大降低了施工勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，降低了施工成本。因此，空氣潛孔錘拔管技術(shù)將在需要起拔管導(dǎo)管的鉆探施工及處理埋卡鉆事故中具有廣泛的應(yīng)用前景。5.4.2潛孔錘拔管器具（1）潛孔沖擊器：J-150B、J-100B。（2）組合沖擊連接器：按不同的型號沖擊器及鋼管直徑配套。（3）拔管器具組合（由內(nèi)

57、至外）：導(dǎo)管導(dǎo)管接頭組合式連接器改進(jìn)后的沖擊器。5.4.3操作要求（1）拔管器具連接好后，先控制風(fēng)壓和風(fēng)量，利用沖擊器的高頻振動，松動導(dǎo)管后再正常起拔。（2）當(dāng)管接松動后，拔管速度較慢時可適當(dāng)對組合器具利用鉆機立軸施工加一定的牽引力，提高拔管速度。（3）因?qū)Ч芸估瓘姸容^低，切忌盲目強力起拔管，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管直徑及鉆孔深度合理選擇沖擊器。（4）導(dǎo)管拔出一定長度后應(yīng)對拔管器具進(jìn)行導(dǎo)正和支撐，以保證順利拔管和避免導(dǎo)管折斷，邊起拔邊拆卸導(dǎo)管。5.4.4通過在該兩項工程實施中，除一孔因?qū)Ч芙z扣破壞未能順利起拔導(dǎo)管外，其它鉆也導(dǎo)管皆順利起拔，最大起拔導(dǎo)管深度31m。6、認(rèn)識6.1立足于現(xiàn)有技術(shù)裝備，采用“空氣

58、潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)”和“潛孔錘水平跟拔管技術(shù)”，突破在中密砂卵石層水平鉆孔鉆進(jìn)及跟拔管技術(shù)難管，進(jìn)一步拓寬了空氣鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，該套技術(shù)具有設(shè)備簡單，施工效率高、成本低的特點，可以得到廣泛的應(yīng)用和推廣。6.2該鉆進(jìn)工藝因鉆進(jìn)和跟管分開進(jìn)行，鉆進(jìn)時間短，跟管及其它輔助工作時間長，效率提高有限，施工中應(yīng)進(jìn)一步加強施工組織管理，完善設(shè)備機具的配套，提高四尺進(jìn)尺長度及單位跟管深度等措施功能提高生產(chǎn)效率。3、該工藝因采取小徑超前取心鉆進(jìn)，在漂卵石地層中應(yīng)慎重選用，當(dāng)鉆遇大卵石時可能導(dǎo)管無法跟進(jìn)。4、潛孔錘跟拔管技術(shù)可根據(jù)不同的鉆進(jìn)口徑，鉆進(jìn)深度選擇相應(yīng)的潛孔錘及其配套機具，合理的鉆孔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更大的

59、鉆探口徑及深度要求。5、該工藝方法可在地下管錢鋪設(shè)，覆蓋成較厚的錨索施工及邊坡支護(hù)等工程中發(fā)揮較大的優(yōu)勢，并將得到越來越廣泛的應(yīng)用。二、空氣潛孔錘在泥巖、砂巖、粉砂巖等較軟巖地層中的取心鉆進(jìn)試驗。1、地質(zhì)條件及巖石特理機械特性1.1白堊系地層（K）自上而下：1.1.1白堊紀(jì)上統(tǒng)灌口組（K2g）主要為紫紅、棕紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、厚互層夾少量薄層細(xì)砂巖、粉砂巖，底部有時可見一薄層含砂泥巖角礫巖，全層不同程度含星點狀、團塊狀石膏。泥巖主要為鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)、水云母泥巖，粉砂至泥狀結(jié)構(gòu)，主要為水云母、方解石、細(xì)碎屑物等組成。該巖層結(jié)構(gòu)致密、巖心完整、巖層產(chǎn)狀平緩、裂隙不發(fā)育。巖石強度低、研磨性弱，基本屬

60、于塑彈塑性巖石，可鉆性一般35級。鉆孔受巖性特點影響常出現(xiàn)吸水膨脹，水敏性剝落崩解，孔壁穩(wěn)定性差。1.1.2白堊紀(jì)上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）該層上部為黃棕、棕紅、灰紫紅色厚層塊狀石砂巖夾數(shù)層薄層或透鏡狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，下部為紫紅色、棕紅色含礫細(xì)砂巖夾薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，底部含砂礫巖、礫巖、砂巖主要為鈣泥質(zhì)膠結(jié)。主要成分為石英、長石、細(xì)料或中料結(jié)構(gòu)，可鉆性受膠結(jié)物鈣含量及石英、長石含量變化。一般35級，中等研磨性，鉆孔巖心常呈短柱狀、餅狀，易沖蝕磨損，孔壁一般較穩(wěn)定。1.2侏羅系（J層），自上而下：1.2.1蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）紫紅色、暗紫紅色、砂質(zhì)泥巖夾長石石英砂巖，泥砂巖、泥鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育

61、，一般可鉆性4-5級，個別孔如以長石石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)則堅硬，可鉆性V-V級。1.2.2遂寧組（J2sn）以棕紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。次為鈣質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)砂巖夾少許砂巖，巖層結(jié)構(gòu)致密、巖心較完整、巖石強度低、弱研磨性，可鉆性一般3-5級，孔壁穩(wěn)定性差。1.3試驗鉆孔主要巖石機械物理特性：試驗鉆孔主要巖石機械物理特性見表一2、主要技術(shù)裝備與機具空氣鉆進(jìn)的主要設(shè)備與機具配套是：鉆機、空壓要、氣動沖擊器、鉆具、監(jiān)測儀表、井口密封裝備、管匯等以及附屬設(shè)備。對主要設(shè)備機具的基本技術(shù)要求：（1）鉆機：常規(guī)油壓鉆壓機及水文水井鉆機、動力頭鉆機基本適用。應(yīng)重視鉆機主軸（轉(zhuǎn)盤）具有低轉(zhuǎn)速性能（一般20-25或

62、40-50r/min）加壓、減壓機構(gòu)，機動性能好的車裝鉆機，盡可能選擇。(2)空壓機：作為氣動沖擊器的動力源，又是吹洗井底巖屑、冷卻鉆頭的洗井介質(zhì)，一般要求風(fēng)量大，適當(dāng)壓力、體積小、重量輕、機動性能強。（3）氣動沖擊器：系潛孔錘不取心鉆進(jìn)及潛孔錘取心鉆進(jìn)的主要機具，國內(nèi)外產(chǎn)品型號繁多，要根據(jù)鉆孔孔徑、深度以及鉆進(jìn)工藝方法合理選擇，基本類型為低壓、中壓潛孔沖擊器。（4）穩(wěn)壓罐：除空壓機自身配帶之儲氣罐外，為保證空氣鉆進(jìn)工作穩(wěn)定、尚需配備可拆遷移動的儲氣穩(wěn)壓罐，一般容量為0.4-0.6m3。（5）監(jiān)測儀表：除鉆機、空壓機自身配備基本儀表外，應(yīng)配備性能良好的鉆參儀，空氣流量計、壓力計、溫度計等，例如

63、DDW-3型鉆探微機多功能監(jiān)測系統(tǒng)，LQAF-B系列智能空氣流量計或LZ型轉(zhuǎn)子流量計。（6）井口密封及及輔塵裝置：為順利排除巖屑，減少環(huán)境污染，保護(hù)操作者身體健康，應(yīng)配備井口密封裝置。（7）智匯系統(tǒng)：為保證空氣能送入孔內(nèi)的裝置：管匯系統(tǒng)，要合理布置，能適應(yīng)控制輸送空氣的需要，管接頭快速邊接，減少泄漏等。名  稱    型號規(guī)格    單位    數(shù)量    試驗鉆孔數(shù)    備注鉆  機    ZS80A錨固鉆機    臺 

64、  1    3    潛孔錘鉆進(jìn)1孔鉆  機    XU-600A    臺    1    2    潛孔錘鉆進(jìn)1孔鉆  機    XU-300-2    臺    1    3    潛孔錘鉆進(jìn)1孔鉆  機    SPJ-300型    臺    1    1&