高精度长锚索孔孔道钻进技术简介

高精度长锚索孔孔道钻进技术简介摘要：现在岩土锚固技术已经广泛应用于基坑支护，边坡抗滑，地下厂房加固及抗浮工程中，从岩土锚固技术曾取得的可喜成果，可以看到它有着极其广泛的应用前景。

在岩锚施工中锚索孔道的钻进精度对岩锚效果有着至关重要的作用，为更好的推广预应力岩锚技术，现把自己在石家庄市峡石沟垃圾拦挡坝工程施工中的点滴记录如下，供同行们参考。

关键词：高精度长锚索孔道钻进技术Abstract:now rock soil anchor technology has been widely applied to Foundation pit supporting, anti-sliding slope, strengthening and anti-floating works of underground powerhouse, had achieved encouraging results from rock and soil anchor technology, you can see that it has an extremely broad application prospects. In construction of rock bolt drilling rock bolt effect of anchor cable duct has a vital role to better promote technology of prestressed rock anchor, their rubbish at the Gorge in Shijiazhuang city shigou are some block of dam construction are set out as follows, for reference by the peers.Key words: long anchor cable duct with high precision drilling technology一、工程概况：石家庄市垃圾填埋场位于石家庄市西部境内的峡石沟，场区为三面环山的自然谷地，垃圾拦挡坝建立在场区下游山谷谷口的位置，坝长127.5m，最大坝高32m。

由于受地形限制仅靠混凝土自重不能够达到设计要求的对上游垃圾的抗倾覆约束，因此在坝体内距上游面1 m的位置上共设计密集型高承载力预应力岩锚62根，锚杆平均间距1.15 m，均匀布置在5个坝块单元内，锚索孔直径168mm，岩石钻进深度9.5m--19.05m，钻孔总长度797m。

二、制定适合本工程的施工方案：拦挡坝建基面是在去年10月份完成开挖的，如果按照常规施工程序，基岩开挖完成后应该安排预应力岩锚钻孔工作，这对于本工程将意味着：（1）混凝土浇注工作将要有9000 m3进入冬季施工。

（2）已成型的预应力孔道在长时间的混凝土浇筑期间，由于受顶部压力作用，随时会有坍塌的危险。

（3）混凝土施工过程中一旦有碎块等杂物掉入锚索孔道，必须进行二次清孔。

为保证混凝土浇注质量，避免岩锚孔道坍塌情况的发生，我们提出了“先浇坝体混凝土后钻孔”的施工方案。

我们要将钻机布置在锚墩混凝土的高度上，即坝体宽度仅2.9 m，最大坝高２９m的位置进行深孔岩石钻进工作，由于锚索孔较深，孔位密集，单索锚索承载力高达2200KN，这对钻孔质量提出了更高的要求，难度很大，我们面临着一次尝试性的挑战。

三、采取多项施工技术措施顺利完成高精度长锚索孔道钻进工作1、拦挡坝内预留锚索孔：调整拦挡坝整体施工程序后，为了不增加工程投资，坝体混凝土浇注过程中预留单长1m-¢200mm混凝土管作为锚索预留孔道，混凝土管自身强度较低，假如预留孔道出现设计允许值（3%）内的偏斜，钻头钻进时可以轻松地将混凝土管钻扫找正；为保证预留管道直顺通畅，上下每两根混凝土管接头处都用胶带严密缠绕，并用4根长200mm¢12mm的钢筋在外周圈做帮条搭接，管内部用6m长的钢架管搭设三角架，顺直上下浇注层的预留管。

每单元浇注施工前用全站仪检测每个预留孔道的坐标，符合规定偏差时开始横向固定，将浇注单元内安装的混凝土管道用钢架管前后两道横向连接固定，钢架管上下水平间距1m，随着混凝土浇注坯层升高接触到横向钢架管时再拆除横向联接，以确保预留管道的直顺度和垂直度。

2、合理布置钻进设备：在狭窄的坝体顶面上，我们选用了5台Y150钻机，每个单元坝块布置一台，这种型号的钻机机动灵活便于在坝体上移动，以内燃机为动力液压控制，不受场地条件限制，操作简单灵活；根据地质条件选用φ172钻具及金刚石钻头（按规范要求不小于设计的φ168孔径）。

采用φ50钻杆，特殊的丝扣设计便于对接并且有相当的刚度，不易变形，能有效的控制钻进垂直度。

钻孔工作按单号孔由北向南钻进，待到达每个坝块南侧边缘后再按双号孔由南向北钻进工作效率相当，根据钻机实际钻孔进度，随时调整钻孔计划，施工中没有出现停机待业现象。

3、锚索孔道钻进偏斜分析长锚索孔的钻进偏斜与地层岩石特征、钻具结构及钻进工艺参数有关。

①锚索孔斜率计算：k=ΔL/L式中：K为孔斜率；ΔL为孔底中心相对于开孔时孔中心的偏移量（相对于设计孔中心）；L为钻孔深度（本文中不包括预留管长度）②控制孔斜率的意义如果锚索孔偏斜过大，将在垂直于锚索孔轴线方向上产生一个分力，使钢绞线紧紧地被压在孔壁或注浆材料上，并在这个压力的作用下产生摩擦力，使锚固力有效值降低。

另外，因为相邻锚索锚固端位置靠近，易产生群锚效应（即锚固点聚集在一个较小的范围内产生应力集中现象），不但影响岩石受力性能而且不利于应力向岩层中传递。

规范和设计要求岩锚孔偏斜率不大于3%。

然而，本工程中相邻锚索孔中心间距只有1.15m，最长孔深达到了20 m，为了不发生穿孔现象，最小孔斜率应该控制在（1.15-0.172（钻具直径））/2/20=0.024即2.4%。

4、高精度长锚索孔钻进控制钻孔流程：钻前准备---钻机就位---开孔和扫孔---钻孔---测斜检测---洗孔。

①准备循环水系统：由于钻孔施工循环用水量很大，山上没有水源，须从山下调运，在拦挡坝下游设立储水池，形成供水、回收、再利用系统，即将循环水收集沉淀后重复利用。

②钻机就位：钻机布置高程为100.5，此时坝面宽度为2.9m，由于y150钻机机体比较小，可以将其固定于三角形的方木上，方木三角形的边长3.5米，对中调平后（用2mm/m水平尺调平钻杆中心线与预留孔中心线重合）将方木三角形与坝体的预留钢筋联结成一体，提高了钻机的整体稳定性。

③开孔和扫孔：拦挡坝混凝土浇注至基底1.5米以上，开始预埋φ200混凝土锚索管，由于分层浇筑及振捣的影响，混凝土管存在着设计允许值内的垂直和直顺偏差，4米长的钻具不能顺利放到管底，经过对几个预留孔道的试验性钻进，为了保证钻头能够准确的接触到基岩面上锚索孔道位置，在钻头通过混凝土预留管道时，选择了1米的短钻头与4米的长钻头交替作业将预留管钻扫垂直，钻扫预留管道要求钻头有适宜的硬度，我们选用45#钢做扫孔钻头，有效的解决了钻头在接触到基岩面前出现的前后左右偏斜情况。

④钻进：岩石的硬度、均匀程度及裂隙直接影响钻孔的精度，尤其在破碎带和软岩石地层对钻进产生较大影响。

钻孔前应调查清楚地质情况，确定合理钻进参数。

岩石开钻时控制钻机的速度，将钻机设置为第一档慢速钻进4米（转速约为50r/min）,以保证4米长的金刚石钻头的垂直度，如钻机平稳可以将钻机加速到第二档,转速约为100r/min，钻孔中随时观察钻杆的变化，如钻杆转动过程中偏心太大，即刻降低钻机速度。

钻压及钻速影响着钻进的质量及进度，钻压过大钻杆产生弯曲变形，使钻具受力不均，导致钻具与垂直方向产生夹角，钻具偏离垂直方向造成孔道弯曲，钻速过大使钻杆产生偏心旋转，也会造成钻具受力不均，以曲线方向钻进。

钻进过程中通常钻压控制在6-10KN,钻进速度控制在0.5m/h，既有利于控制钻进精度，又有利于提高钻进效率。

设置指点，纠正偏斜：通过参考相关资料，我们在钻头与钻杆连接处设置了支点导正器，离开支点导正器约4-7米处又设置了一个钻杆导正器，保证了钻头按照预定的轴线方向钻进。

钻进过程中随时进行孔斜的自检并相应调整导正器的直径和间距。

施工中采用适宜刚度和重量的钻具,对控制钻进偏斜也是十分重要的。

当钻杆直径、重量较小时，在长长的孔道内，钻杆就像一根两端固顶，中间被轮起来的绳子一般，出现较大程度的晃动，不利于控制钻孔的偏斜，难以达到防偏的目的。

同时还对钻孔速度产生较大影响，不利于发挥钻具效率。

⑤成孔检测：孔道垂直度采用JXY-2型机械罗盘测斜仪进行检测，该仪器放入孔中后可以紧贴孔壁,孔壁的垂直度可以通过仪表盘直接读数，第一次初检在孔深10米左右，以后每钻进3---5米自检一次，根据钻孔偏斜的不同情况，适时的调整钻进工艺参数和钻杆垂直度。

孔深采用钢尺测量，钻孔完成后及时测量，防止泥沙沉淀，影响测量结果，孔底超深控制在20cm以内。

采用上述锚索孔钻进偏斜控制方法，使长锚索孔孔斜率显著降低，成孔效率成倍提高，据62个锚索孔钻进纪录显示，本工程钻孔偏斜率控制在了2%以内，优于设计给定的3%偏斜指标。

⑥清孔：清孔工作在下锚索前2天安排作业，以免提早清孔造成二次沉淀。

清孔时利用一台10m3／min的空压机将高压空气通过一条1.5寸塑料水管送至孔底，并向孔底持续注入清水，孔底的泥沙残渣在高压空气顶力下伴随着孔内源源不断的水流一起翻出孔口达3m多高，孔口提前做引流沟槽，将浊水引至坝体上游集水坑。

当水由混变清时再持续10min，此时垂直孔道会被彻底清理干净。

清孔完毕，用编织袋将孔口封闭。

四、事故处理预案：钻孔中经常出现的事故主要包括：塌孔和垂直偏斜。

本工程中由于孔位设计密集，无法更改孔道位置，故只要出现上述事故，即作废孔处理，封孔注42MPa 纯水泥浆，待水泥浆凝固五天后重新在该位置钻孔作业。

本工程未出现塌孔和超偏斜事故。

峡石沟拦挡坝工程施工情况比较特殊，我们制定了“先浇混凝土后钻孔”的施工程序，并采取适合特定环境的深孔钻进方案及钻孔精度控制措施，实现了近距离、深孔偏斜率小于２％的钻孔精度要求，这对保证坝体锚固力的均匀分布，避免应力集中具有重要作用。

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