旋挖施工成孔中常见问题及预防处理措施

徐军军，黄玉文，冯美贵，杨鹏

(北京探矿工程研究所，北京 100083)

0 引言

旋挖施工成孔工艺可适用于不同地质工程条件，具有施工效率高、成孔质量好、安全可靠、污染小等优点，有着其他成孔工艺不可替代的优势，因此受到了广大设计部门和施工企业的高度认可。但是在实际施工过程中，受到多方面因素的影响，还有各种各样的问题层出不穷。这些问题直接影响到业主所关心的施工进度、经济效益等指标，本文归纳总结并分析了旋挖施工中常见问题产生的原因以及预防方法和处理措施，以供业内同行参考。

1 钻孔倾斜

1.1 产生原因

旋挖施工发生钻孔倾斜的原因主要有：①滑动副、动力头内键磨损严重，钻杆产生弯曲、竖直度不够，钻具来回摆动幅度过大；②地层情况复杂多变，当遇到具有倾斜度的软硬交替变换地层时，地层的力学性质分布不均匀，钻具受力不平衡，从而偏向一边钻进；③遇有粒径大小悬殊砂卵石、较大孤石、探头石的地层时，钻具所在位置不能直接顺利通过，将偏向相对容易钻进的另外一侧钻进；④钻入岩层交界面时钻进加压力过大，或钻具类型选择不合理；⑤操作机手在施工过程中，对地质情况变化和振动引起的底盘不均匀沉降等情况的处理措施不够到位。

1.2 预防方法及处理措施

1.2.1 预防方法

(1)定期检查滑动副、动力头内键磨损情况以及钻杆弯曲和钻头摆动情况，如果所检查项目超标或异常，则进行必要的维修保养或更换。

(2)提前熟悉掌握地质勘查资料，对可能出现的复杂地层提前采取预防措施；遇有倾斜度的软硬交界地层、倾斜的岩层时缓慢施工钻进，尽可能使用筒式钻具或大锥角螺旋钻具修正倾斜的硬岩面，同时还应减小钻机加压力，待进尺超过倾斜硬岩深度后，再逐渐增大加压力；如遇有粒径大小悬殊的砂卵石地层、较大的孤石探头石地层时，应根据地层更换钻具类型，如双层筒式钻头等。

1.2.2 处理措施

①钻孔倾斜情况不严重时，可重新调整钻机姿态继续钻进；严重时应回填土，待沉积密实后再钻进，不能用冲击钻头直接修整钻孔，以免出现卡钻情况。②倾斜情况不严重并且岩石硬度不高时，使用平底钻头进行修平后再继续钻进或使用较小规格的钻头引孔后再进行扩孔。③倾斜情况严重且岩面硬度较高时，应立即停钻并灌注与桩身同级别砼，待砼强度达到70%以上时，使用较小的钻头引孔后再进行扩孔。④倾斜情况严重且发生在较浅处时，若地下水水量不大，可采用人工挖孔修正倾斜岩面。

2 缩孔

2.1 产生原因

产生缩孔的原因主要有：①地层中夹有塑性土壤(也称橡皮土)，遇水膨胀后使得孔径缩小；②钻头磨损消耗严重未及时采取维护、保养、补焊等措施，使得钻孔直径小于桩孔直径设计值。

2.2 预防方法及处理措施

①可采用上下反复扫孔的方法以扩大孔径，直至发生缩孔部位孔径达到设计要求后尽快灌注混凝土；②回填砂黏土，待密实后重新钻进；③控制泥浆密度和黏度，选用失水率低的优质泥浆护壁并采用快转慢进的钻进方法，在保证泥浆质量的同时，通过对钻具的维护保养有效地保证桩孔直径。

3 塌孔

在施工过程中如发现桩孔护筒内泥浆位突然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是塌孔状况，可用测深锤探测。如测深锤探测砼面时达不到设计深度，相差很多，均可证实为塌孔。

3.1 产生原因

①旋挖钻机作业时产生的振动，以及地基土层自重应力或周围堆放重物影响会导致地面以下孔壁受到扰动，导致孔壁坍塌；②对于砂砾层等透水层，钻进速度过快，泥浆性能未得到改善，导致护壁效果欠佳、渗水严重，甚至降到地下水位以下，造成孔壁坍塌；③钻头上下移动速度过快，致使水流以较快速度由钻头外侧和钻孔之间的空隙中流过，从而冲刷孔壁，上提钻头时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌；④由于旋挖钻杆转速太高、钻杆中心振动较大，钻头对稳定液的紊流冲击致使孔壁失稳。

3.2 预防方法及处理措施

3.2.1 预防方法

①施工前应充分调查土质是否有松砂等易塌土层，施工时应尽量移开周围重物、减少施工作业振动等；②在泥浆的配比上，特别是密度、黏度等性能方面，要根据不同地层的地质条件相应的改善泥浆性能，采用适当密度和黏度的泥浆；③长期使孔内水位高出地下水位2 m以上，因此在钻进过程中，泥浆的注入与钻进要交替进行；④在钻头上设置过流通道，保证提钻过程中钻头上下泥浆流动，防止出现提钻过程中的真空抽吸现象；⑤机手操作钻机时要尽量减少对孔壁的冲刷和扰动，操作方法应严格遵循“三慢”原则：即提钻慢、放钻慢和钻进转速慢，通过严格控制钻具的旋转速度，来减少泥浆对孔壁的扰动；⑥应按孔径大小和土质条件来调整钻头的上下升降速度，在钻进过程中，根据钻孔阻力调整回转转速。

3.2.2 处理措施

①塌孔部位不深时可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯实重新钻孔；②塌孔严重时应立即用砂或小砾石夹黏土回填钻孔，暂停一段时间后查明塌孔原因，采取相应措施重钻；③当出现局部塌孔时，应立即停止钻进并缓慢地提升钻头，防止因扰动而引起二次塌方，继续向孔内注入泥浆同时提出钻头，用挖掘机向孔内倾倒足量黏土，然后下放钻头反转压实黏土，边压边反转，待稳定后再继续钻进。

4 糊钻、埋钻、掉钻

糊钻、埋钻和掉钻常出现于旋挖钻进中。糊钻的特征是在细粒土层中钻进时进尺缓慢，甚至不进尺并有可能出现憋钻现象，提钻后会看到筒体周围和钻头底部被土体糊满。埋钻指的是钻头在孔内被孔壁坍塌的土体埋住而难以回转、上提。掉钻指的是钻杆或钻头掉入孔内的现象。

4.1 产生原因

①土体黏度较大，切削具长度较小，切削具角度布置不合理，导致切削后的土体难以及时导入钻头筒体，而糊在钻头筒体周围或其底部；②钻进时一次进尺太长或出现孔壁坍塌，造成钻头和钻杆埋入孔中；③提钻时受到阻力或施工中钢丝绳拉断，造成钻头和钻杆埋入孔中；④孔口塌陷或机械操作出现失误导致孔口的钻头掉入；⑤工作扭矩过大，造成钻杆断裂，连接销或提引器损坏造成掉钻。

4.2 预防方法及处理措施

4.2.1 预防方法

①适当控制单次进尺长度，钻进过程中根据地层情况调整泥浆特性，确保孔壁稳定性；②将钻头等杂物远离孔口放置，护筒顶口周边夯实，封闭地表水；③提钻时注意观察卷扬压力表变化，钻进时确保垂直度，提钻时发现压力突变时，应及时调整方向；④经常检查钢丝绳使用状况，在施工过程中对连接销、提引器、钻杆和钻头等设备勤做检查、保养、更换；⑤调节泥浆的密度和黏度，适当增大泵量和向孔内投入适量砂石解决泥包糊钻。

4.2.2 处理措施

①严重糊钻时应停止钻进，提出钻具清除钻渣，对钻杆内径、钻具进出土口和切削齿安装角度、布齿方式等进行检验计算并适当调整；②准确测量埋钻的位置深度，根据相应地层情况分析埋钻的原因，制定对应措施；③可使用护壁开挖法、主孔周边打副孔，必要时也可采用水下爆破法来打捞钻具。

5 卡钻

5.1 产生原因

①当钻具转速过快从而带动泥浆冲刷孔壁或单次进尺超深，钻具内的碎石从排水口挤出甩至孔壁间隙造成卡钻；②孔壁探头石导致径向卡钻；③边齿、侧齿过度磨损未及时更换导致钻具外圆柱与钻具直径等大，孔径缩小直至无孔壁间隙，形成吸附真空，特别在黏土层中产生很大的黏滞阻力，形成类似卡钻特征；④桩孔倾斜导致卡钻；⑤在钻进和提升过程中，孔壁发生大面积塌方而造成埋钻，使钻头既无法进行正反转，也无法提起，这种情况在密实度不太大的砂卵层或流砂层较易发生；⑥缩径造成钻具提不上，被卡在缩径处导致卡钻。

5.2 预防方法及处理措施

5.2.1 预防方法

①对单次进尺量进行严格控制，不应太大，一般不超过钻具高度的三分之一为宜，这样可避免石块从钻具上方孔口处掉落和避免钻屑挤在钻具筒壁和孔壁之间形成较大的摩阻力。②在碎石土层的钻进过程中，转速不宜过快，否则会带动孔内泥浆高速冲刷孔壁，导致孔壁掉块(孤石块等)卡住钻具；③提钻过程中，提速不宜太快，同时要低速转动，防止孔壁有探出的异物卡住钻具。④制作钻头时应注意钻具筒体尺寸，筒体直径一般应小于成孔直径；在使用过程中，对钻具要及时修复，钻头侧齿、边齿等磨损后要及时更换或补焊，保证成孔尺寸；钻具外侧的保径条一旦磨损后要及时修复或者焊上钢板替代，保证钻具和钻孔孔壁的间隙；同时，应保证钻具挂钩有效，避免意外脱钩。⑤预防孔壁上凸出的探头石块，在提钻的过程中，要尽量慢提，同时反转钻具；遇到孔壁探头石在径向卡钻，则要先用螺旋钻头扫孔把探头石松动后，再钻进；如果遇到较大的探头石，必须用岩石筒钻，反复旋转来切断孔壁探头石。

5.2.2 处理措施

①卡钻事故发生后，不要加大提拔力、快速大力地提钻，在事故初始位置上下反复提放钻具，同时正反转钻具使异物脱离松动掉落后再提起钻具；②直接起吊法，采用吊车直接向上起吊；③钻具周围疏通法，即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。

6 结论

旋挖钻进成孔工艺具有许多优势，但我们仍然需要深入地分析总结并积累更多的经验，对于常见问题相关人员必须予以高度重视，在处理旋挖施工的复杂工法问题时，都需要综合考虑设备、地质、操作这三方面之间的关系，认真总结和分析，并且采取积极的预防方法，制定科学的对策，实施有效的处理措施，保证施工进度和工程质量。相信随着旋挖钻进成孔工艺的深入推广，我们积累的经验会越来越丰富，处理问题会越来越得心应手，施工也会越来越顺畅。

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