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旋挖钻机在碎、卵石地层钻进方法的研究

文章出处:四海国际娱乐平台    责任编辑:hnzyhl;发布时间:2018-09-25 16:35:22    点击数:3   

 

旋挖钻机在碎、卵石地层钻进方法的研究

 

 

长期以来,旋挖钻机在碎卵石地层施工都是一个不小的难题。因此选择合适的钻具(钻齿)和操作方法是在碎石层高效施工、减少施工成本的必由之路。下面将对旋挖钻机在碎、卵石地层的钻进方法、常见事故处理等提出一套可行的施工方法。

(1)碎石土的定义及分类

①碎石土的定义。粒径大于2ram的颗粒含量超过全重50%的土。根据颗粒级配和颗粒形状可按下表分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。

碎石土分类

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②碎石土的密实度分类。碎石土密实度野外鉴别采用的是定性或半定量的方法,对碎石土在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列,可挖性及可钻性鉴别可将碎石土密实度分为密实、中密和稍密3级及6个亚级,详见下表。

碎石土密实度野外鉴别方法

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(2)碎石土的工程地质特征

碎石土又称卵粒土,主要由颗粒大小不均、形状不规则、风化程度各异的岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成,呈单粒结构及块石状和假斑状构造,具有孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大的特点。但其具体的工程地质特征又与颗粒间的填充物有直接的关系,填充物主要有黏土或砂两类。

(3)碎石土的可钻性

经过实践证明,在科学的钻进方法的指导下,根据碎石粒径的大小选用合理的钻头,并根据碎石颗粒间填充物的差异选择适合的护壁方法,旋挖钻机可在碎石地层实现高效钻进。

(4)碎石土层的护壁方法

①护筒护壁。这种护壁方法,针对碎石颗粒结构松散,粒径大小不均,稳定性差,压缩性大,钻进过程中孔壁不稳定,极易出现掉块卡钻和孔壁坍塌的碎石土层。具体的操作方法下图所示,随着钻斗钻进同时,压入护筒,当感到护筒压人困难时,可以使用短螺旋钻头捞取护筒下脚的碎石块,清除障碍物后,再向下压人护筒。如此循环往复,使用护简护壁直到穿过整个碎石土层。

 

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在压入护筒的时,要注意护筒外围的坍塌情况,如下图所示,一旦发生松动或坍塌情况,应及时填充并压实以防止护筒发生倾斜或更深层的孔壁坍塌。

②黏土(干水泥)+泥浆护壁。同样在填充物为砂的碎石土层中,使用静浆护壁的方法也是可行的,但必须配合其他一些特别的措施才能有效地进行。如图所示,当钻进碎石层时,可先向孔内抛人黏土,然后使用钻头缓慢旋转,将黏土挤入碎石缝隙,形成稳定的孔壁并防止泥浆的漏失,再配合泥浆的运用,来保障碎石层钻进过程中孔壁的稳定和泥浆位的平衡。

 

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另一种相似的方法是使用干水泥配合黏土使用。当钻进碎石层时,把干水泥装成体积适当的小袋和黏土一起抛入孔底,再使用钻头旋转,将黏土块和干水泥一起挤入碎石缝隙,静滞一段时间后,可形成稳固的孔壁,干水泥的作用,是增强黏土的附着力。

(5)碎石层钻进中钻头的选择

钻头是施工过程中的核心工具,也是影响施工效率的关键因素。钻头的选择要依据地层的不同而不同。另外,对钻齿的选择,包括齿形的选择、数量的确定、角度的设计,是保证钻进轻便高效的前提。经实践证明,在碎石地层,短螺旋钻斗、嵌岩筒钻、双层嵌岩筒钻配合钻进可保证较高的钻进效率。常见钻头及其碎石层钻进示意图见下图。

 

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在双层嵌岩筒钻的设计中,层间隙的大小应该与碎石的粒径相对应。一般情况下,间隙约等于l.5倍的碎石粒径。值得强调的是,在碎石层的钻进过程中,截齿并不是最好的选择,在条件成分的条件下,可以用高锰钢或者调质钢来代替子弹头齿使用,这样减小了齿的锥度,能更有效地嵌入碎石缝隙,提高钻进效率。遇到大粒径的碎石横在底部时,可用螺旋松动后带出,如果螺旋带出困难,可使用嵌岩筒钻带出。若在筒钻内增加楔断器,则更有利于大岩块被钻筒内壁卡紧。

(6)钻杆的选择与钻杆事故预防

碎石土压缩性低、抗剪强度大,钻进过程中振动强烈,在此地层钻进一般要选用机锁式钻杆钻进。在碎石土层中使用钻杆,由于易受冲击作用,极易造成断钻杆。

出现事故的原因如下:

①由于钻进过程中地层、孔径的大小超过钻杆的额定扭矩;

②钻进中选用的转速不当,使钻杆所受到扭转或弯曲等应力增大,因而造成钻杆发生损害;

③地质坚硬,进尺太快,使钻杆超负荷工作;

④孔中出现异物,突然增加阻力而未能及时停钻。

预防措施如下:

①选择钻杆时应根据钻孔直径钻进地层的特点,按实际工况计算决定选择何种钻杆。当现有钻杆的抗扭强度不能满足钻孔需要时,也可以使用分级钻进的方式,来减少一次钻进对钻杆的破坏。

②不使用弯曲严重的钻杆,要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接完好,钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施。

③钻进过程要严格控制进尺速度和转速。

④钻进过程中要经常检查钻足够,不合要求要及时更换。

⑤在钻进中若遇异物,需经处理后再钻。

⑥通过减小刀头覆盖率或者分级钻进的方式,减少对钻杆的破坏。

(7)钻进操作的特点

在碎石土地层中成孔,首先要认真研究工程勘察报告,搞清楚碎石粒径的大小、成分、含量、层厚。分析造成易掉块、易塌孔、易孔斜的程度,了解地下水位和地层渗透性等,以制订正确的施工工艺来确保成孔的质量。钻进中遇到碎石等地下障碍物,采用轻压慢转上下活动切削钻碎障碍物。若钻进无效,可以通过正反交替转动的方式,当正传遇到较大阻力时,立即反转,然后再次正传,如此循环反复。采用专有的钻具(如短螺旋钻头、嵌岩筒钻、双层嵌岩筒钻)处理后钻进。对于碎石含量大的地层可使用短钻筒,配置黏土加泥浆护壁,控制钻速;对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理,松动后再换上钻斗继续钻进。钻斗继续钻进。

若碎石层胶结程度密实,为了易于钻进,可先用筒式钻头成孔(筒体直径小于孔径150~400mm),即分级钻进,然后再加大块扫孔达到设计孔径要求。否则也可直接用有加大压力快速的筒式钻头一次成孔。若用筒式钻头直接开孔,初钻时应轻压慢钻,防止孔斜。分级钻进一般使用带扶正器的嵌岩筒钻来完成,如下图所示。

 

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这种钻头不但能满足分级钻进的要求,而且在碎石层的钻进中有其独特的优点。首先中心的小筒钻有良好的携带碎石块的能力,可实现快速钻进;其次,在碎石层完成小孔的钻进后,就明显地松动了孔壁周边的地质,减少了后续用捞砂斗进行第二级钻进的难度,被松动后的碎石很快掉落在先前的小孔内,对钻进速度和钻渣的捞取都有很大的益处。

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