岩溶发育区段旋挖钻成孔施工工艺研究

摘 要：本文以长株潭城际铁路综合Ⅲ标车辆段工区联合车库桩基础施工为实例，阐述旋挖钻在岩溶地区桩基础施工过程中的工艺原理、方案比选、针对溶洞、斜岩所采用的处理方法等，通过本工程实践，使得岩溶发育地区桩基础的施工工艺及技术得到了成功验证和发展，取得了较为成熟的经验。

关键词：岩溶地区 旋挖钻 钢护筒 溶洞 斜岩

一、工程概况

长株潭城际铁路综合Ⅲ标株洲车辆段工程地处株洲市荷塘区境内，为长株潭城际铁路跨株洲车辆段迁改配套的站线及生产生活房建工程。新建线路起始里程为CLDK0+ 000～CLDK2+576，全长2576m，前接430专用线，主要房建工程共32栋，含桩基础的房屋 7 栋，合计42263㎡；因厂房及办公用房建筑区域处于岩溶发育区段，房屋建筑桩基础（摩擦桩）均采用φ0.8m桩基礎结构，设计桩长6～35m。

二、地质情况

根据湖南核工建设地质勘测资料揭示，表层为第四系人工填土层（Q4ml）下主要为第四系全新统坡冲洪层（Q4al+pl）粉质粘土、细圆砾土，覆盖层细砂、中砂层厚0～12m（软弱夹层占勘探孔位44%）；下伏基岩为盆系（D2q）灰岩。基岩为（8）2-2强风化带（W3）及（8）2-3弱风化带（W2），岩溶较发育多为填充型溶洞。基岩顶面标高3-15m，多数在6-8m见基岩面。场地位于黄塘均坝断褶带与白马垄梅林桥断褶带之间，受柏先桥逆断层及次生断层影响，区内岩溶较发育，最大溶洞高度为7.6米，最大覆厚砂层达到11.9米。由上面地质勘测资料分析，旋挖机在复杂地质钻进时要根据地质资料进行具体情况施工，特别在覆厚砂层和较大溶洞地方本

三、施工前准备

事先清理施工现场地表植物、杂物，机械平整、碾压场地，规划施工机械站位和道路，填筑片石并平整压实，承台范围内铺设2cm厚钢板，挖设排水沟。泥浆循环系统包括：泥浆循环池，泥浆沉淀池，砂石泵，泥浆泵及泥浆管，进水管及水泵等。泥浆循环池和泥浆沉淀池用普通红砖砌筑，1：2.5水泥砂浆抹面，池底浇筑50mm厚C20混凝土垫层，池顶设置标准防护栏杆。泥浆循环池和泥浆沉淀池深3m，半埋式设置，其容量满足附近桩基的泥浆容量。旋挖钻机钻孔泥浆采用膨润土泥浆，泥浆配比事先通过试验调配确定。

四、主要施工工艺及注意事项

（一）桩位测量及放样

按照设计单位提供施工总平面图和控制网中所设置的导线点、水准点进行导线控制网的复测形成复测成果报告。复测成果精度满足规范要求后补充加密施工所需要的各种标桩，建立满足施工要求的平面和立面施工测量控制网。依据施工顺序计算施工桩位坐标并放样桩位，埋设护桩。

（二） 钻孔平台及护筒的埋设

钻孔平台平整时，要先进行测量放线，通过四个角来确定平台的大小；护筒埋设要根据地质资料先进行分析，一般地质情况护筒直径比钻孔直径大40cm：有溶洞的桩孔根据钻孔桩穿过溶洞的层数确定护筒的直径；护筒的深度根据各桩地质条件确定，厚度采用8mm及以上的钢板制作。护筒埋设高出施工地面0.5m以上。埋置深度在黏性土不小于1m，砂土中不小于2m，当表面松软时，将护筒埋置于较硬密实的土层中至少0.5m。护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1%。旋挖钻施工桩基础岩溶区段的钢护筒跟进首先跟进至基岩面后，依据岩溶溶腔发育程度确定跟进进尺。注意事项：通过地质勘测资料结合实际情况来埋设钢护筒，减少浪费。

（三）旋挖机就位

旋挖机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常，保证桩位附近平整，把旋挖机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端对桩位标注点，钻头中心偏差不大于5cm。钻机停位回转中心距孔位3-4cm间。变幅油缸尽可能将桅杆缩回，以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。钻机就位后，侧放护筒顶，钻机平台标高，用于钻孔时孔深测量参考。

（四） 旋挖机钻孔作业

1、旋挖钻的钻进是用动力头驱动钻杆和钻头旋转，利用钻头下端的合金钻头对土层进行切削破碎，切削的土体被挤进钻斗，装满后将钻斗提出孔口，旋转钻机底盘然后反转，并开启钻斗阀门，将土体排放到地面后，集中利用自卸车运走。旋挖机在钻进过程中要根据地质及时更换钻头，在土层和砂层时采用十字牙轮掏渣斗，这样在钻进过程中渣土进入掏渣斗时也对护壁进行了挤压加固；

2、旋挖钻机初始钻进进尺要缓慢，尽量减少钻杆晃动，保证钻孔的垂直度。钻进过程中，需根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软土层时，可适当加快钻进速度；当有软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径，对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率，砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。应随时调整机架保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底沉渣。斗底铁门在钻进中始终要保持关闭状态，以防止钻斗的土砂掉落到孔内。

3、旋挖机在钻进时，要注意在钻进时进尺的控制。应根据旋挖斗的容量，一般在斗容量的三分之二为合适。进尺深度除了根据桩径而定，也要根据地层的密度控制进尺深度。进尺过多，导致卸土困难，还会导致埋钻卡钻的事故发生；过少会延误施工进度与设备、能源的消耗，成本提高，降低了效率。

4、成孔后钻头要多次上下往复作业进行洗孔，以保证孔径满足要求。对泥浆性能进行随时观测和试验，以保证钻孔过程中泥浆的性能稳定，防止孔内水位波动，护壁质量不佳，使孔壁砂向孔内涌流。孔的垂直度主要是靠调整机座、大臂和钻杆座孔之间的相对位置来确定的。因为大臂和钻杆座孔上都装有刻度盘，调整大臂和钻杆座孔的相对位置，通过刻度盘指针的指示即可知道钻杆是否垂直于机座；

五、总结

（一）旋挖钻机钻进施工重点应对岩溶区段的发育情况予以充分的认识；施工中应积极预防偏孔、埋钻杆、孔口塌陷等突发事故的发生；针对地质资料预测岩面起伏大的陡坡地段旋挖机更换为筒钻切割，缓慢加压直至穿过斜岩层，在进入整板岩后更换为牙轮钻成孔。

（二）岩溶区段旋挖钻施工应重点控制初始入岩阶段的进尺速度、钻杆垂直度及击穿岩溶溶腔顶板阶段进尺速度及机械液压下压力。旋挖钻机入岩对倾斜岩面施工易造成扭矩损失并往往会发生钻杆断裂事故，入岩阶段应控制速率及扭矩针对异常垂直度变化及设备扭矩变化值实时监控预防事故；在地勘资料反映需穿越溶腔情况下，应及时调整钻进速度及钻杆下压力预防岩溶溶腔顶板出现大范围坍塌造成坍孔埋钻事故。在未实施钢护筒全程跟进的软弱土层，旋挖钻机应加大反复提升钻头频率，并控制好泥浆的粘度稠度确保泥浆固壁效果。

（三）综上所述，通过以岩溶地区长株潭城际铁路综合Ⅲ标车辆段工区桩基础旋挖机成桩效率分析，我们可以看出，在处理岩溶地区时旋挖钻施工不管从效率上还是综合成本上都具有较大优势，为施工单位在岩溶地区施工岩溶桩基提供了启示和借鉴。

参考文献

[1]《公路施工手册：桥涵（M）》（交通部第一公路工程总公司主编）.

[2]《桥梁施工专项技术手册》（作者：桂业昆，邱式中）.

[3]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）.

作者简介

何奎元（1964.12-），男，浙江诸暨人，1987年毕业于西南交通大学铁道工程专业，工程硕士，副教授。