截至2020年年底，我国高铁运营里程为3.8×104km，居世界第一。钻孔灌注桩基础为桥梁主要基础之一，桩基施工质量直接影响桥梁安全以及高铁运营速度。本文以某高铁东江特大桥76m+160m+76m连续梁拱桥水中墩桩基施工为例，探讨冲击钻成孔、旋挖成孔和反循环成孔工艺的优缺点，为大直径超深水中桩基施工提供技术借鉴和经验。

　　某高速铁路东江特大桥跨东江设计，主桥为（64m+64m）T构+（76m+160m+76m）连续梁拱桥+（64m+64m）T构，河面宽462m，测时水位27.26m，平均水深约15m，桩基原地面以下地质情况主要为砂卵石、泥质粉砂岩、砂砾岩为主。76m+160m+76m连续梁拱桥主墩桩基础设计各16根，桩径2.5m，孔深超过70m。主墩每根桩基设置4根声测管用于超声波检测桩身完整性。

　　根据工程施工需求，施工平台采用钢栈桥，基础采用529mm×10mm钢管打入岩层摩擦桩基础。单排柱顶部设置双支I40工字钢横向分配梁，上面架设单层贝雷梁，跨度不大于12m，贝雷梁上直接铺设钢筋混凝土预制面板（厚×宽×长为18cm×200cm×800cm）。栈桥由两岸向江心采用钓鱼法搭设，预留通航通道120m，上下游设置防护桩。

　　水中墩护筒施工流程：在钻孔平台上拼装钢护筒导向架，测量放线定桩位→对接钢护筒→整体起吊钢护筒入水→调整护筒倾斜度及位置缓慢入床至稳定→安装振动打桩锤振动下沉→安装钻机开始水中钻孔桩施工。钢护筒顶面高出钻机作业平台至少0.5m，并进入稳定岩层0.5～1.0m。施工过程中严格控制护筒入岩深度，避免由于入岩深度不足出现漏浆。

　　不同钻机、不同岩层对泥浆性能有不同的要求，尤其是泥浆相对密度，参照高速铁路桥涵施工技术规程要求，旋挖钻成孔泥浆相对密度宜为1.1～1.3；冲击钻成孔泥浆相对密度不宜大于：黏土、粉土1.3；大漂石、卵石层1.4；岩石1.2；反循环成孔泥浆相对密度宜为1.05～1.15[1]。施工过工程中根据现场地质条件及相应的成桩工艺调整泥浆比重等参数。

　　76m+160m+76m连续梁主墩直径为2.5m，孔深平均72m，实际岩层57m，水深15m。桩基施工面临孔深、大直径、工作面狭窄等不利因素，采用何种工艺施工很难抉择。桩基施工过程中，该桥主墩桩基施工过程中尝试3种不同工艺分别进行施工，对各种工艺分别进行改进，最后确定一种合适工艺。3.4.1冲击钻施工工艺连续梁主墩桩基施工首先采用3台冲击钻施工，但是由于施工进度滞后，平均成孔需要18d，清孔需要4~5d才能满足灌桩要求。另外，施工过程中极易斜孔，一台钻机正常情况下23d（包括清孔）才能施工1根桩，其中一台钻机施工过程中由于斜孔回填，该桩基施工长达3个月，严重影响进度同时保证不了桩基质量，冲击钻陆续退场。冲击钻工艺最大优点为适用各种地质条件，各种场地，成本低。钻机进场后对钻机进行了改进，将成本再次压缩。传统的冲击钻需要人工操作，一台钻机需要3人24h轮班，改进后的钻机利用现代化智能操作系统及装备，1个人可同时盯控3台钻机，大大节省人力成本。冲击钻工艺缺点为成孔速度慢。另外，成孔后清孔时间长，通过现场清孔并实测需要4~5d方能达到规范要求，严重制约冲击成孔工艺的工效。3.4.2旋挖钻成孔工艺旋挖钻成孔工艺采用山河智能SWDM550旋挖钻机，钻机参数见表1。旋挖钻机扭矩和发动机额定功率均优于反循环钻机。通过对比旋挖钻机与反循环钻机钻进速度，反循环钻机明显快于旋挖钻机。分析原因：一是桩基直径为2.5m接近旋挖钻机最大钻孔直径；二是孔深达70m，钻杆取土时间明占比钻头钻进时间长；三是随着孔深增加，钻杆逐渐变长钻头处扭矩在不断减弱。综合各方面原因，旋挖钻机的钻进速度不如反循环钻机。现场直接采用2.5m钻头钻进时出现2次断杆现象。为提高旋挖钻机工效，对旋挖钻机成孔工艺进行改进，卵石层采用反循环钻机开挖，卵石层地质条件差，不适合旋挖钻，采用反循环钻机护壁效果好，同时钻进速度快。卵石层反循环钻进一般需要1d即可，卵石层钻进结束后采用旋挖钻机钻进，旋挖钻机依次采用1.5m→2m→2.5m钻头分别钻进，其工效明显加快，改进后的工艺与反循环成孔工艺工效不相上下。但是旋挖成孔容易出现漏浆问题，旋挖成孔工艺其泥浆护壁效果差，远不如反循环，不适合地质条件差或者是水中桩基施工。施工过程中为解决漏浆问题，钻进过程中需要利用振动锤下沉护筒，直至漏浆问题解决。在漏浆问题上曾采用改进泥浆比重、护筒外侧灌注水下混凝土等各种措施，均未解决漏浆问题，最终采取边钻进边下沉护桶方法直至不漏浆为止。虽然通过改进优化工艺明显加快了钻进速度，但是旋挖钻机在施工水中大直径、超深桩基过程中依然存在上文提到的问题。3.4.3反循环成孔工艺反循环成孔工艺采用田野FXZ-500型2动力反循环钻机，钻机参数见表1。通过3种工艺的对比（见图1和表2），反循环成孔工艺优势比较明显，不论从经济还是工效方面，均占据一定优势。但也不排除采用更大功率和扭矩旋挖钻机其工效可能会优于反循环，但是其成本必然增加很多，因此，综合各方面因素，经济、工效等均适合采用反循环钻机。但是在反循环钻机施工过程中，面临的一个问题就是泥浆循环系统如何设置。该桩基施工利用栈桥平台作为作业平台，空间有限，不能像陆地上挖坑设置泥浆循环系统，通过工艺改进，在栈桥施工平台焊制钻渣沉淀过滤箱，该装置便于移动，并降低循环泥浆的含砂率，减短清孔时间，从钻孔中排出的泥浆能够及时补回，提高工作效率，同时保证施工现场达到环保要求。

　　本文以某高铁东江特大桥76m+160m+76m连续梁拱桥水中墩大直径钻孔灌注桩施工为例，探讨冲击钻成孔、旋挖钻成孔和反循环成孔3种不同工艺各自优缺点。通过对比3种工艺，冲击钻成孔成本低，但耗时长，而且容易出现斜孔等问题，不适合对工期要求高的钻孔桩施工，旋挖钻机成孔通过工艺改进与反循环工效不相上下，但是其泥浆护壁效果差，容易出现漏浆，处理起来也比较麻烦，同时其成本相对反循环和冲击钻成孔工艺要高得多，反循环成孔工艺不论从经济还是工效方面都适合于水中大直径超深桩基成孔，通过工艺改进避免了高栈桥施工平台场地狭窄、泥浆反循环系统不宜设置等问题，充分发挥其工效。

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　　随着国民经济的快速发展，我国对石油、天然气、煤炭等能源的用量需求越来越大。虽然我国矿产资源的蕴藏量丰富，但是经过多年的无限制开采已然出现疲乏状态。为了解决当前矿产资源紧缺的问题，我国正大力开展深部找矿工作。深部找矿工作比之浅层找矿更具难度，因而在技术的要求上也更加苛刻，对投资需求也更大。煤田地质钻探技术的发展对我国深部找矿工作的开展起到了极大的推动作用，我国必须要处理好与煤田地质钻探相关的各类问题，以此促进我国煤矿开采行业的进一步发展，更好的支持我国经济建设。本文首先对煤田地质钻探技术进行了分析，然后对煤田地质钻进工艺进行了阐述，接着对煤田钻探的定向钻进技术以及钻进中的问题进行了浅析。期望通过本文的分析，能够让读者的对我国煤田地质钻探工作有更加深刻的认识。

　　在上世纪60年代左右，煤田地质钻探主要使用的技术有钢粒钻进技术、合金钻进技术以及铁砂钻进技术，这些钻进技术的钻进效率低，若是遇到硬质岩层，其钻进速度会受到极大的限制。我国现今主要将金刚石钻进技术与绳索取芯钻进技术相结合，有效的解决了取芯率低、钻进效率低等问题，这对经济效益的提升起到了极大的促进作用。

　　在煤田地质钻探中，常会遇到各种影响钻进效率的实际问题。为了解决各类实际问题，必须要因地制宜发展各种钻进工艺。较常用的钻进工艺主要有以下几点。

　　在干旱缺水地区进行煤田地质钻探施工中，当遇到老窟窿、空巷、采空区等地层时，常使用空气泡沫钻进工艺，它能有效的解决其他工艺中出现的地层漏失以及护壁套管等难题，对提高钻进效率有着极大的助推作用。

　　当在煤田地质深层钻探施工中遇到强研磨性坚硬岩石时，可使用液动冲击回转钻进工艺。该工艺与钢粒钻进以及单纯的回转钻进工艺相比而言，在钻进速度以及降低孔斜率方面更具优势。

　　潜孔反循环钻进工艺也是煤田地质钻探中较常用的钻进技术之一，该工艺在高水柱大背压的情况下，虽然设备性能会受到一定程度的影响，且孔深超过0.3km以后钻井效率的提升并不大，但是在浅孔钻探中的钻进效率却十分明显。

　　当煤田地质钻探处于地质构造极为复杂的地区时，一般的钻进方法无法再满足钻进需求，此时可使用定向钻进技术。该技术主常用的造斜机具主要包括连续造斜器以及螺杆定向。定向钻进技术的应用，能够有效的解决在陡直地层找矿中遇到的各类技术难题，且中靶率极高，能够很好的满足地质钻探需求。

　　经过上文的分析可知，在煤田地质钻探中，确保中靶率是钻探工作的主要目标，在保证中靶率的同时还要确保不能将煤层打丢。要实现这一目标，定向钻进技术是最好的选择。在利用定向钻进技术时，再结合绳索取芯和金刚石钻进技术，还可以保证良好的岩芯采取率。

　　（1）一般来说，要想明确了解矿井的地层构造、地质条件等情况，必须在钻孔设计时，对断层的参数和性质进行仔细的分析和研究，并对在钻探过程中可能会遇到的问题以及问题的处理方法进行明确；

　　（2）若是尚不明确煤层的地质条件，断不可冒然钻进，否则会对煤层造成损坏。此时，只能先进行试钻，在试钻的过程中总结出相应的钻进参数，并对可能遇到的钻进问题进行预测，并随时做好处理准备，尽最大可能将钻探事故率降到最低。

　　（1）在煤系地层极为复杂的情况下进行钻进工作，要力求将钻具级配设计得更为简单，如无必要，尽量少在孔内放置附属器具；

　　（2）若要在钻进过程中满足保直钻进的要求，就要保证钻孔间隙应尽量使用最小值。

　　钻进工艺参数主要有三个，即转速（n）、泵量（Q）以及钻压（P）。这三者之间相互联系，又相互影响。关于转速、泵量、钻压三者之间的配合原则有以下3种：

　　1）若岩石的研磨性较小，比较容易切入时，要做好排粉工作，以保证钻头的使用寿命。鉴于此种情况，可采用低钻压、高转速、大泵量参数配合原则；

　　2）若岩石的研磨性较大，此时可采用中泵量、大钻压、较低转速的参数配合原则，以防止切削机具过早被磨钝；

　　3）若岩石的研磨性处于中等，则转速、泵量、钻压的参数配合原则也宜采用上述两种情况的中间值。

　　不同煤田，其地质条件的复杂性也不完全相同，因此在钻进过程中也会遇到各种不同问题。比如煤炭突出、卡钻、缩径、钻渣堵钻、埋钻等。对于不同的孔内事故，要根据具体情况采取不同的处理措施。鉴于不同矿区地质条件的差异性极大，在钻孔设计时，必须要考虑事故出现的主要原因，并采取相应的措施防止事故的出现，在事故出现时要对其进行及时处理。

　　通过本文的分析可知，定向钻进技术的中靶率极高，能够满足当前大部分煤田地质钻探的需求。再充分结合绳索取芯和金刚石钻进技术，可以大大提高岩芯采取率。由此可见，在煤田地质钻探中，充分结合多种钻进工艺，能够极大的提高煤田地质的钻探效率。因此，我国必须要重视对多种钻进工艺的综合利用。

　　[1]刘强.如何加强煤田地质钻探过程的质量控制[J].城市建设理论研究（电子版），2012（13）.

　　[2]柳强，伏秀漠.煤田地质钻探深孔施工中黏附卡钻事故的处理技术[J].宁夏工程技术，2013，12（2）：163-165.

　　由于切削具硬度及耐磨性的原因，硬质合金钻进只适用于中等硬度以下的软岩层；金刚石钻进可钻性级别较高，但金刚石产量少，价格昂贵，普及于日常生产有相当的难度，并且，金刚石受到太大的冲击容易破碎，也不适用于裂隙、溶岩溶洞地层钻进。

　　钢粒钻进是钻进坚硬岩层的另一种主要方法，这种施工方式具有施工设备简单，操作工艺易行，成本低廉等优点。但是，由于钢粒不固定在钻头上，在裂隙、岩溶溶洞地层，钢粒容易大量漏失、流失，使得钻头底唇面下没有足够的钢粒破碎岩石，钻具无法克取岩石取得进尺，所以，钢粒钻进在裂隙、岩溶溶洞地层中的应用也受到很大的限制。

　　我们在淅川水源地裂隙、岩溶溶洞地层钻井施工中，经过技术分析与攻关，采用钢粒钻进工艺，顺利完成了施工任务，在钢粒钻进裂隙、岩溶溶洞地层方面，取得了一定的实践经验。

　　由于工农业的快速发展，淅川县城段水质受到严重污染，超出了国家Ⅳ级饮用水标准，且水量供给日益萎缩。饮用水对当地的经济发展、人民的日常生活已经造成严重的影响。为此，经多方论证，开辟、建设新的、水质良好的饮用水水源地，成为必然。

　　上部第四系坡洪积层，主要为松散中粗砂、砂砾（卵）石层、砂质粘土，其中赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水；该层底部砂砾（卵）石层泥质含量较高，胶结较致密，该层不整合覆盖于寒武奥陶系老地层之上，为隔水层。

　　基岩为奥陶、寒武、震旦系岩层，岩层局部为火山角砾岩、砂质粘土岩、页岩、砂岩、泥岩、板岩、灰岩等，含微弱基岩裂隙水，富水性差；地层岩性大部分为白云岩、白云质大理岩、灰质白云岩等，节理裂隙及溶蚀现象发育，赋存丰富的碳酸盐岩裂隙岩溶水。碳酸岩层为钻井取水的主要目的层。

　　单井井孔结构为：上部第四系覆盖层井孔直径为600mm，下377×7 mm螺旋钢管；下部基岩：井孔直径为290mm，裸眼成孔。

　　井孔上部第四系松散岩类孔隙水全部封隔，水源地用水主要取下部基岩的碳酸岩裂隙、岩溶溶洞水。

　　上部第四系地层：一钻采用300mm三翼刮刀钻头开孔，二钻用600mm三翼刮刀钻头扩孔，最后用377mm钢粒钻头钻入基岩2米，下入377×7 mm螺旋钢管，止水固井管；

　　机台进入工地后，第一眼井的前期，施工顺利，钻进至49.5米处钻穿第四系地层，然后又往下钻2米基岩，下入377×7 mm表层套管，止水、固定表层套管后，改用290×10 mm钢粒钻头钻进基岩。

　　当钻进至83米时，生产出现了两个棘手的问题，a：所用的清水冲洗液出现了迅猛的减少，即清水冲洗液大量漏失，导致工地施工所需的清水供不应求；b：在冲洗液出现大量漏失的同时，钻具也出现了剧烈的“窜动”和“阻卡”，致使钻具难以回转作业，施工设备“鳖车”严重。

　　就施工所出现的问题结合具体地质情况，我们判断冲洗液的漏失与钻具的“阻卡”、“窜动”现象，都是钢粒钻头钻至裂隙、岩溶溶洞地层的反应：

　　a:经测量，井孔内的静水位相对地面高度为-52.5米；循环池内冲洗液液面高度为-0.8米。井孔内液面高度比循环池内冲洗液面高度低51.7米。当泥浆泵将清水冲洗液打入井孔后，冲洗液柱就在循环管路中形成负压，负压将清水冲洗液快速的由循环池吸入井孔内，井孔内又由于裂隙、大溶洞的存在，进入井孔内的循环液从裂隙、溶洞漏失。最终循环池内的冲洗液大量被吸入井孔内流失，导致工地清水冲洗液供应不及，不能持续供应生产的需求。冲洗液流动示意图见图一。

　　b:当冲洗液大量流失时，恰好说明施工钻到了大裂隙、溶洞地层，在冲洗液大量流失的同时，钢粒也大量的漏失或被冲走。这种情况使得没有足够的钢粒被压在钻头唇面下面破碎岩石，导致钢粒钻头唇面直接与岩石相接触；大裂隙、岩溶溶洞地层处的井孔底部又凹凸起伏、参差不平，致使钻具剧烈的“窜动”和“阻卡”，无法回转作业。论文格式。

　　a:对于冲洗液大量漏失的问题，在保证满足钢粒钻进所需冲洗液量的前提下，控制流入井孔内的冲洗液量，使得冲洗循环液以一定的流量源源不断的被输送入井孔内。

　　我们在泥浆池的进水管上安装一个阀门和水表，控制、测量流入循环池的进水量；在高压管的前端安装一个球型高压阀门，用以控制进入井孔内的循环液量。每一回次，当水泵将循环水少量打入井孔后，即关闭水泵，利用循环液在井孔内、外的高差，让循环液自然被吸入井孔内，同时，利用高压管前端的球型阀门，控制流入井孔内的循环液量；再利用泥浆池进水管的水表，在保证泥浆池液面稳定的情况下，检测进入井孔内的循环液量，使得流入井孔内的循环液量即不太大，又能满足施工生产工艺要求。

　　为配合生产中用含钢粒的粘土球施工钻进生产，防止水流太大冲蚀含钢粒的粘土球，控制流入井孔内的循环液量减少为60 L/min。

　　b:对于钢粒大量漏失、流失问题，我们做了如下尝试：①在大裂隙、岩溶溶洞地层井孔段，舍弃钢粒钻进法，采用硬质合金钻头钻进。结果不理想，不能取得进尺，且钻具“蹦跳”、“阻卡”更为严重；②试用液压控制连续投砂器进行连续投砂法施工，结果也不甚理想。由于裂隙、溶洞比较大，投进井孔内的钢粒几乎都漏失或被循环液冲走，钻具依然“蹦跳”、“阻卡”严重；③我们在粘土球的启发下，利用稍微干些的粘土泥和钢粒进行搅拌，最后制成含有钢粒的粘土球。粘土球直径大致为40mm，粘土泥与钢粒的体积比例大致为7:3，然后在每一回次钻具放入井孔前，将粘土球投入井孔内，往井孔内输送的供水量降至60 L/min，转速90 rpm。施工运行结果相对比较理想。钻具回转平稳，进尺也较为理想。缺点是正常钻进的时间不长，只能维持25分钟左右，就需要重新往井孔内投含钢粒的粘土球，较为繁琐。

　　c:在裂隙比较小、溶洞比较小的地层，只要钢粒漏失、流失的少，还是采用由钻具内径一次投砂法或者结合投砂法，输送井孔循环液量110 L/min，钻进效率与完整地层钢粒钻进效率基本相同，比较理想。

　　经过分析和尝试，在裂隙、岩溶溶洞地层，采用钢粒钻进时，控制循环液输入井孔流量，并且制取粘土与钢粒比例为7:3（体积比）的粘土球，采用一次投球（粒）或者结合投球（粒）法进行施工，施工效果还是比较理想的。论文格式。

　　施工进度由前期的常规施工2天没进尺，改变为每天能取得7米左右的进尺。并且，由于施工工艺改进后，施工设备运行平稳，机械故障大为减少。

　　由上表可以看出：施工工艺经过改进后，进尺、纯钻时间、平均钻速都得到很大的提高，而钢粒等材料消耗却大幅下降，单位进尺钢粒消耗量趋于正常值，设备运转平稳，机械事故也减少了；由于供水“细水长流”，能够满足施工需水供应，待水时间降为0。

　　在随后24眼井的施工中，一直沿用了上述施工工艺，施工非常顺利。各方面均取得了满意的效果。我们圆满完成了全部施工任务。

　　钢粒钻进是一种比较老的钻进施工方式，针对比较坚硬的岩层，具有成本低廉、工艺简单、事故率低等很多优点。但是，由于其本身工艺特点，在大裂隙、溶岩溶洞地层，这种施工工艺的应用受到了很大的限制。本文从生产实践出发，采用钢粒钻进工艺在大裂隙、岩溶溶洞地层施工，总结出了以下方法与经验：

　　①发生循环液大量漏失时，在供水管路上安装一个高压阀门，利用高压阀门控制循环液输送流量，使进入循环管路的冲洗液量既满足施工工艺要求，又不大量漏失。论文格式。使生产能持续地进行。我们工地经现场测试，循环液供应量降低至平常施工生产时的五分之三，即60L/min。

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　　②当所施工地层存在大裂隙、溶蚀溶洞情况，导致钻粒大量漏失、流失时，按照7:3（体积比）比例，将粘土与钢粒混合搓制成直径40mm左右、比较硬的粘土球，在每一个回次下钻具前，采用一次投球（砂）法或者结合投球（砂）法将含钢粒的粘土球投入井孔内，施工钻进能获得不错的施工效果。

　　③当裂隙、溶洞不大，钢粒漏失、流失不太严重时，采用一次投粒法或者结合投粒法等正常、传统的施工工艺方式，钻进效率基本能恢复到完整岩层相同的正常水平。

　　本次研究及试验对象是辽河油田高3624区块的高3-6-021井。通过对高3624区块岩性、裂缝发育特征及其分布走向、储层物性等方面进行细致研究，确定钻孔方位、钻孔数量、钻孔深度、注酸类型和数量、注蒸汽量，观察联作措施后的效果，对效果进行评价。

　　目前，辽河油田水力喷射钻孔技术的工艺原理：连续油管连接铣刀钻具，入井进行套管开窗，然后连续油管连接喷射工具入井进行油层喷孔的工艺，喷嘴为反冲自进设计。喷嘴工作方式为单射流破岩，非水力机械联合破岩方式，其优点是：结构简单、控制简便、成功率高、钻孔长度可达100米。

　　（5）油层喷孔。每孔施工时间约为15h，每孔施工周期内，连续油管下井3次，测井1～2次。

　　试验油井位于辽河油田高3624区块，高3624区块构造上处于辽河西部凹陷西斜坡北端高升油田莲花油层鼻状构造北端，是一个南、东、西三面受断层夹持的由西南向北东倾没的断鼻构造，高点埋深1600m。构造类型为纯油藏，油层埋深1600～1850m，油层分布主要受砂体分布控制，为一构造岩性油藏。储层岩性以厚层块状砂砾岩为主，夹薄层泥岩。据高3624井最初试油成果，原始地层压力17.5MPa（油中1800m），1750m深度温度56℃。通过观察井测压情况可知，目前地层压力在7MPa以上，试验井附近压力10MPa左右。

　　按开发方式划分，高3624块可分为两个开发阶段：即常规开采和蒸汽吞吐开采阶段，目前全块转为捞油生产。1988年8月～1998年9月，高3624块开始蒸汽吞吐开发，至1998年9月蒸汽吞吐有效期结束，共吞吐23口井、74井次，平均单井吞吐轮次4.9轮，累计注汽22.0693×104t，阶段产油13.9057×104t，阶段产水3.7228×104m3，阶段采出程度1.81%，吞吐油汽比0.63，阶段回采水率16.9%。1998年10月～2005年12月，由于吞吐效果较差，1998年10月后该块不再进行蒸汽吞吐开采，2003年12月全块转为捞油生产。2006年1月～目前，为采取压裂改造和高压注汽提高区块储量动用阶段，开采难度逐年加大，急需改善传统开采方式，提高单井产能。

　　试验井高3-6-021井储层岩性以厚层块状砂砾岩为主，夹薄层泥岩，分析试验井与邻井同产层生产情况，认为试验井目标储层剩余油较多，结合水力喷射钻孔设备参数性能指标，分析在该试验井应用是可行的，决定进行水力喷射钻孔与蒸汽吞吐联作措施工艺试验。利用该技术喷射钻孔的定深、定向、钻深可控的优势来提高微裂缝钻遇率，改善稠油蒸汽吞吐井产层受热环境及渗流条件，扩大产层受热吞吐半径，实现周围死油区稠油得到动用，达到增加原油产量、提高单井产能的措施目的。

　　筛选高3624块的某一口油井为试验井，该井位于区块中部，生产层段岩性为砂砾岩。油层物性较好，平均孔隙度21.9%，平均渗透率967×10-3μm2。碳酸岩含量极少。粒度中值为0.44mm，但分选较差，平均分选系数为1.94。为近物源浊流砂体沉积的特征。Ⅴ砂体储层以砂砾岩为主，平均孔隙度为22.69%，平均渗透率1282.65×10-3μm2；Ⅵ砂体储层以砂砾岩为主，平均孔隙度为19.92%；平均渗透率867.92×10-3μm2。

　　根据地层倾角、倾向以及油井井斜数据，确定钻孔方位主要沿平行地层等高线方向，这种方法适合油层上下较厚的油层，孔轨迹在同一个油层延伸，同时根据油层厚度和实际钻孔深度进行钻孔方位微调，从该井测井曲线#两个层钻孔增产效果会更好。

　　通过分析试验井与邻井同产层生产情况，认为试验井24.6o、221o方位剩余油较多，优选为该试验的钻孔方位。

　　该井所选2#小层为物性较好的含油层段，单层厚度56.6m，3#小层厚度13.4m，2#小层布孔密度为1孔/7.07m，3#小层布孔密度为1孔/13.4m，设计对2个小层完成9个钻孔，自下而上逐孔实施。

　　考虑小层单层厚度较厚，井间距较长，产层无底水，井间距离170m，因此，设计钻孔长度为100m。

　　（1）按处理半径计算，按照处理半径2.4m计算，药剂浓度1%，施工剂量24.4t。

　　设计注汽量按3000t，防膨剂使用浓度按1%计算，则试验井防膨剂用量为30t。

　　（3）施工要求：正注粘土防膨剂30t，正替清水10m3，压力控制在20MPa。3.2.2？酸化解堵方案

　　（1）药剂用量：酸化药剂的主要成分为有机酸、盐酸、氟盐、缓蚀剂和表面活性剂等。酸化目的层为2#：3#小层，井段1651.5-1722.0m，厚度70m/2层。通过酸化，解除近井油层污染，恢复或提高地层渗透率，增加油井产能。设计向井中注入多氢酸解堵处理液185t，正替顶替液10t，排量0.6～1.5m3/min，泵压不得超过20MPa。

　　预热地面管线分钟，然后转入正式注汽，以较低参数注一小时，逐步提高注汽参数。采用高压小炉注汽，设计注汽量3000t，油层吸汽能力约7～9 t/h，注汽速度：192 t/ d，注汽强度：27.5t/m。

　　细致的地质分析、创新的联作思路、缜密的施工设计、科学合理的联作工艺选择是高3-6-21井现场试验成功的基础与保障。

　　水力喷射钻孔改变了传统射孔完井蒸汽腔的形态，扩大了蒸汽与地层的直接接触面积，扩大了蒸汽腔的波及体积，无论是近井地带还是远井地带均更有效的利用了蒸汽的热能，并且可在一定程度上解决因储层非均质性造成的储层动用不均的困扰。

　　水力喷射钻孔的成功应用可突破传统意义上的射孔完井方式，有望引起新一轮的完井方式的变革

　　水力喷射钻孔与蒸汽吞吐措施联作工艺技术可有效解决因近井地带污染与堵塞导致的注汽困难的难题，实现了蒸汽吞吐井间剩余油挖潜以及油井产量的提高，为辽河油田稠油开采提供新模式、新方法。

　　[1] 李根生，沈忠厚.高压水射流理论及其在石油工程中应用研究进展.石油勘探与开发[J].2005，（02）：96-99

　　[2] 袁建民，赵保忠.超高压射流钻头破岩实验研究[J].石油钻采工艺，2007，（04）：20-22

　　[3] 孙晓超.水力深穿透水平钻孔技术的研究.大连理工大学硕士学位论文[D]，2005

　　引言：随着人们对环境要求的不断提高，传统的高边坡防滑已经不能够满足人们的需求，随之而兴起了预应力锚索技术。近几年来，预应力锚索技术日渐成熟，在公路高边坡施工中得到越来越广泛的应用。高边坡预应力锚索技术是确保高边坡稳定的重要施工工艺，直接关系着高速公路的使用安全，在高边坡施工中应该得到重视。

　　预应力锚索技术在公路高边坡施工中的应用主要是从以下一方面进行探讨：主要的施工设备，施工工艺流程，钻孔，锚索组装、安防、灌浆、张拉、锁定、封锚这几个步骤来完成其施工流程。由于该工程的边坡比较陡并且高度比较大，因此采用适应性比较强的轻型设备，选用YG800型全风动潜孔钻机。因为该钻机具有质量比较轻，实现整机提升。同时钻机的随意性比较大，能够调整钻机的方位以及倾角，容易满足设计的角度要求[1]。该钻机的动力是全风动，动力比较单一，移动时比较方便，更为主要的是操作过程非常简单。钻机的结构相对比较简单，钻孔的速度比较快，特别适用于高路边坡的施工中，但是需要注意的是，在进行钻孔时禁止有水，该钻机就采用污水钻进工艺，从而简化了钻孔的配套设置，同时由降低了生产成本，提高了该工艺的经济效益。

　　钻孔是锚索施工中控制质量的关键程序，钻孔的设计以及深度都符合相关设计要求，采用的是冲击回转钻进方法进行的，钻孔的工艺流程则包括孔位的定位，钻进以及冲洗钻孔。

　　首先，定位就是指在钻孔之前，需要采用尺子进行测量，在脚手架上安装钻机专用的钢管，根据设计图纸的相关要求，进行测量放样定位。钻机的安装就位之后，调整倾角以及方位角，达到设计的要求，然后将钻进进行固定之后，再进行复查，直到符合相关标准之后，方可钻进。其次，钻进时采用钻机所配置的统一定尺的钻杆，按照锚索设计的长度从而确定钻杆的长度，并且排列要整齐，不能够斜歪放置。对每一根钻杆进行逐一钻孔，钻杆用完之后，孔的深度应该符合相关的规定[2]。在钻进的过程中应该严格注意工作风压以及地址情况。根据现场的实际情况，调整对策。如果在钻孔的时候，遇到软弱的底层或者的破碎带的底层们应该迅速调整钻进的速度，避免出现坍塌事故。最后，在钻孔结束之后，对钻孔进行冲洗，确保钻孔壁与浆体的粘度。同时采用高风压管插入孔底，一边插一边进行吹风。将孔内的残渣以及粉吹净。下面就进行锚索的安装。

　　锚索的组装采用的是钢绞线，钢绞线的下料长度应该等于锚固段的长度加上自由段的长度再加上张拉段的长度。下料的长度误差应该小于5厘米。钢绞线要经过除锈处理，然后顺直的放在组装台上，自由段应该先进行刷一层防锈漆，同时还需要涂上一层油脂。最后穿上PR防护管，钢绞线的自由端与锚固段的相交接的地方应该采用封口胶带进行缠绕，使用铁丝将其扎紧，避免水泥浆进入到管中。钢绞线应该按照顺序进行排列组装，注浆管应该放在锚索之间，使锚固段呈现核状，锚索前应该加上导向帽。锚索在组装完之后，挂上编号牌，堆放等待使用。锚索的安装示意图如下图4所示：

　　对锚索进行安放时应该注意：数人将其抬放到孔口边，锚孔成孔之后再加入锚索。在放置锚索时，应该先使用硬塑料管伸到孔底，采用压缩空气吹出孔内的岩屑，最后将锚索平顺的放在孔内，要有足够的外留长度。在进行吹孔的过程中，时常会遇到这种情况：吹孔之后，碎石就掉块，以致于锚索不能够顺利的放进去。因此，在钻孔的过程中如果发现此类孔，钻孔之后，应该立即放入锚索再进行吹孔。为了防止由于大量地下水渗出，岩屑以及地下水对钻杆的搅动，使用清水以及压缩空气进行反复冲洗，一直洗到清水为止，洗完之后再进行灌浆。

　　因为水泥砂浆的流动性比较差，容易造成堵塞注浆管，同时锚索成孔之后孔内的积谁也比较严重，承受的压力比较大，水泥砂浆遇到水就会出现离析的现象，沙子离析就会沉于锚固段，那么锚固段的强度就得不到保障。因此锚索灌浆采用的是纯水泥浆，其中锚固段如果遇到土质或者是沙土状的风化岩层，应该采用二次高压劈裂注浆法，从而提高地层的锚固力。锚孔钻造完成之后，应该及时的进行锚索体的安装以及锚孔的注浆，按照理论不能够超过一天。如果采用二次劈裂注浆法时，主要是利用注浆强度来控制劈注的时间，需要在二次注浆管的锚固段进行封塞或者设置花孔，在进行二次注浆时，高压注浆管采用镀锌铁管或者是钢管。注浆的材料按照掺入量为每方1.8-2.0kg的聚丙烯腈纤维[3]。

　　框架的浇筑主要是呈现正方形的锚索框架进行的，采用C30的混凝土进行浇筑。人工绑扎的钢筋之后，支立模板，同时在锚索的位置套上PVC管，如果锚索与框架的箍筋相互干扰时，进行局部的调整箍筋间的距离。安装定向箍筋、定位管以及固定的锚垫板。在进行框架的浇筑应该分段进行浇筑，框架间的厚度为两米，使用的是侵沥青模板进行填塞。对于框架的浇筑应该保证其质量，加强振捣，并做好养护。锚索框架示意图如下图5所示：

　　锚索锚固段浆体和承压地梁，锚墩混凝土等到凝固七天之后，再进行锚索的张拉。对于大面积的防护工程，在施工茜应该做好极限抗拔力的试验，从而获得真实的锚索抗拔力的参数。对于此次公路的高边坡设置主要是将锚索的张拉分为两次进行。第一次的张拉力分为4级，设计的张拉力分别为预应力的10%、20%、40%、60%，并且每一次的张拉之后，保持三分钟。第二次的张拉力设计为3级，在第一次张拉力后的三天进行，主要目的是为了弥补前一次因为地层受压或者锚墩产生的移位等引起的预应力受损情况，设计的张拉力分别为预应力的80%、100%、110%.同样保持三分钟。

　　该工程在按照上述的施工工艺，公路的高边坡基本得到稳定，具有很好的稳定性，在以后的使用过程中，没有发现任何异常情况。通过实践证明，预应力锚固技术能够对高速公路的边坡进行有效的防护，保证公路的安全。同时预应力锚索技术具有造价低廉以及施工比较简单的优点，相信在以后的公路高边坡的施工会得到愈来愈广泛的应用。

　　我国在还未解放之前，其归属为半封建、半殖民状态，所以其能够拥有的制造业也是显得寥寥无几，对于石油这个产业的发展研究，更是想都不敢想的。但是，随着中国在国际中占有力以及地位的不断提升加速了各个行业的发展，这其中也包括石油产业。为了石油产业的进一步发展，所以对石油的钻采设备及工艺开发势在必行。

　　我国最早的石油钻采设备机械是太原矿山机器制造厂与兰州通用机器制造厂生产的，但是那个时候没有专门的钻采机械制造业。

　　由于一直是在引用国外的机械设备，因此中国那个时候只有一些钻采设备修理厂。

　　自从开国以后，由于国家对石油工业开发十分的重视，因此我国的石油钻采机械从那个时候才得以迅速发展起来。

　　由于苏联、罗马尼亚、匈牙利等一些社会主义国家对我国的石油开发提供了大量石油钻采设备，从此为我国钻井、采油提供了物质基础。在这期间，我国国内大型机器制造厂开始仿制这些国家的石油钻采设备中的配件，当时大多数是为了及时对其进行维修。

　　最早开始对石油钻采设备仿制的机器制造厂是上海大隆机械厂，先开始生产石油钻采机械的配件，后来成功仿制了苏联国家的泥浆泵，而且开始试着仿制其他机械。继而吸引更多的机械制造厂进行争相效仿，不仅制造了多种型号的钻采设备而且还仿制了很多质量较好的辅助设备。

　　由于我国倡导的“独立自主，自力更生”思想，我国在石油的钻采设备上开始凭借自己国家的技术力量自主研发制造，终于通过对克拉玛依油田的By―40钻机进行技术改造，制造了起重百吨的钻机搬家专用车以及井底电动钻具。随后，很多的机械制造厂也制造出了更多关于油田开发的辅助设备。1960年由兰州石油机械研究所召开了相关协调会议，通过了我国当时第一个钻机系列的协定，这个协调会议标志着我国的石油钻采机械制造与科研进入一个全新阶段。随后渐渐制定了一些关于石油钻机的相关规定，标志着我国石油钻采制造业的兴起。

　　中国近年来实行对外开放政策，开始引入了一批国外先进的石油钻采设备，从此给我国钻采事业开发、科研等各方面带来了显著的效果。

　　具有分析三缸单作用泥浆泵，其主要设计的依据，是计算数学模型，并较好的强化了套筒滚子链条工艺，并制造出了相关辅助设备，从此为我国钻井技术水平的提高打下了基础。而且近几年来，我国生产的相关设备配件还出口国外。

　　自从1980年以后，我国的油田设备标准已过400多项（包含国家标准11项）。

　　我国各大油田都建立有相关石油钻采机械研究所以及钻进工艺研究所，而且还具备了很多各种钻采设备的试验条件，从而促进我国石油钻采设备机械制造业进一步发展。

　　1985年在北京正式成立中国石油设备协会，从此推动我国石油设备制造业蓬勃发展。

　　我国从1981年就开始对国外出口我国制造的石油钻采设备了。随后，越来越大的石油钻采设备系列以及相关辅助设备出口国外。

　　该文对石油的钻采设备及制造工艺的发展史进行了阐述，由此可见，我国的石油业的迅速发展带动了我国石油的钻采设备及工艺的崛起，甚至令我国的钻采设备、工艺以及相关辅助设备都出口国外，得到全世界的认同，因此，我国自主研发的钻采设备、工艺以及相关辅助设备已经满足我国石油的开发需要了。

　　刘桥一矿位于安徽省濉溪县境内,煤系地层为华北晚生古生界二叠系下石盒子组及山西组地层,含3、4、6煤及三到四层发育不全的极薄煤线,以单一薄煤层为主,煤层厚度0-1.75,平均厚度0.82m,平均倾角14°,局部可采,为极不稳定煤层。3煤储量主要分布在ii46上山采区东翼及六采区,可采储量合计为148.8万吨。

　　根据3煤赋存特点及煤层厚度特征,我矿3煤采用钻采采煤工艺,边掘边采,掘进与钻采平行作业的方式施工。前方掘进工作面至少超前钻采工作面80米,钻机采用乌克兰生产的薄煤层三轴螺旋钻机,采用独头单向钻采。钻采顺序为前进式钻采至迎头。该机先在巷道下帮沿煤层倾向向下进行钻采,钻采完后再退回调头在巷道上帮沿煤层倾向向上进行钻采,该机适用于煤层厚度为0.5m-0.9m,煤层倾角-15°-+15°,煤层走向倾角小于8°的各种硬度的煤层。

　　即一台螺旋钻机布置在运输顺槽中,向煤层打钻,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输巷的刮板输送机上运出。该机一次采宽2.0米,三轴联动钻杆1.54米一节,钻机本身自动接杆,达到设计采深或遇断层时,推出钻杆,螺旋钻机整体前移,预留0.8±0.2米煤柱后开始下一循环钻采。

　　设计钻采长度:钻采从运输巷设计位置处开始运行,从顺槽上帮向上钻采,钻采深度最大85米,平均80米,螺旋钻机以2.0m/min的速度向上钻采,直至达到设计深度。

　　单轨吊车一部,起吊速度为3m/min,运行速度为20m/min,起吊高度为3m。

　　按一个螺旋钻采工作面布置,工作面每班钻进30m,每天钻进深度90m,钻孔高度0.65m,实际采高1m ,钻孔宽度为2.0m,钻煤时采储率为0.95,则:

　　根据3煤赋存状况,可充分利用ii46上山采区及六采区生产系统运料,排矸,运煤。减少了掘进巷道工程量,在3、4煤层间距较大的地点可设一临时垂直煤仓进行连接,煤仓高度即3、4煤层间距。

　　由于3煤无直接顶,老顶以中细砂岩为主,平均厚17.5m,钻采面采宽1.905m,煤柱宽0.5m,顶板来压及下沉量不明显,故钻采工作面采用不支护方式。正常工作时期,在工作面钻孔钻采完备后,在钻孔口以里0.3m 处支设3棵φ×h =180mm×650mm的优质木点柱,上方戴规格为长×宽×厚=400mm×200mm×40mm的木柱帽(柱帽沿倾斜使用),并用木栅栏加紧打牢,软底处加穿规格为1500mm×250mm×40mm的大木鞋。木点柱严禁支在浮煤、浮矸上。

　　随着螺旋钻采煤机不断前移采煤,要随时观测运输巷的围岩变形情况。当巷道压力变大,变形严重时,及时打锚索加强支护,锚索间排距300 mm×300mm,长度6.0m,安设在巷道拱顶,防止冒顶或影响钻采工作。运输巷采用猫网作永久支护。在钻孔口以上或以下0.3m处支设3棵φ×h =180mm×650mm的优质木点柱支护顶板。

　　③可以在螺旋钻具上安装三种不同直径的钻头625mm、725mm、825mm,增加在不同厚度煤层上的采收率。

　　④实现薄煤层采煤,其中包括从平衡的和保护煤柱上采煤,这样增加采煤量,并降低其在矿藏中的损失。

　　⑧由于留煤柱,代替了支护,降低了采煤成本,由于煤柱的存在,也减少了顺槽等巷道的回收费用。

　　⑩人工工效提高,采煤机每班需6人操作,并且大大地减轻了 工人的劳动强度。

　　沙漠地区的灌注桩主要采用泥浆护壁正反循环钻成孔工艺，但该工艺具有泥皮厚、沉渣大、进入中风化岩层钻进困难等缺陷。本文根据某工业项目地质特点，分析钻孔灌注桩成孔采用反循环+旋挖复合工艺的工程实例。

　　项目场地位于毛乌素沙漠腹地，某工业园内。场地平整，场地处于区域地质构造稳定地块，适宜建设。

　　场地原为天然荒漠草场，已基本整平。勘察期间测得地下水静止水位埋深为于0.42m~0.78m，水位标高为1281.84m~1284.02m，地下水类型为孔隙潜水与上层滞水的结合水。

　　桩径800mm，桩长19m，桩端持力层为⑤中风化砂岩，桩端进入持力层深度不小于4.5m。

　　适宜于本场地的常用工艺有反循环成孔、冲击成孔、机械旋挖成孔和长螺旋灌注桩等工艺。

　　泵吸反循环是利用砂石泵（离心泵）的抽吸作用在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过砂石泵（离心泵）排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环。适用于各种砂层、砂土层、小粒径卵石等地层。反循环工艺具有护壁效果好，也有在较坚硬岩层钻进困难、泥皮厚、沉渣大等特点。

　　成孔设备为旋挖钻机，利用伸缩钻杆传递扭矩并带动回转钻斗、短螺旋钻头或其他作业装置进行干、湿钻进，逐次旋转、挖土、提升、卸土，反复循环作业而成孔的工法。适用于填土、粘土、粉土、砂土、卵石、风化岩等地层，旋挖成孔具有自动作业程度高、钻进动力大、工效高、成孔质量好等优点。但旋挖钻机成孔时产生的抽桶效应，孔壁处于负压状态，造成砂层极易塌孔；加之出渣方式，易造成泥浆反复冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起塌孔。

　　冲击钻进成孔是采用冲击式钻机或用卷扬机带动一定质量的冲击钻头（或称为冲锥），在一定的高度内周期性地作自由落体运动，冲击破碎岩层或冲挤土层形成桩孔，再用捞渣筒或泥浆循环等方法将岩屑钻渣排出的成孔方法。适用于地下水位以下的各类土层、砂砾卵石层、漂砾层、风化岩、软质岩等地层。该工艺特别适合穿透坚硬地层，同样存在冲击过程中易造成孔位偏离、桩孔倾斜、混凝土充盈系数大、文明施工差等缺点。

　　长螺旋钻孔灌注桩是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高，利用混凝土泵将混凝土从钻头底压出，边压灌混凝土边提升钻头直至成桩，然后利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体，形成钢筋混凝土灌注桩。适用于各种土层、砂层、小粒径卵石层等地层，具有工效显著、成孔质量好、桩身混凝土完整性好、承载力高、施工现场文明等优点，同样具有耗电量大、坚硬岩层钻进困难等缺点。

　　1）地下水埋藏浅，现场实际水位位于地表下1m处，含水量大，由于砂层透水性强，砂层失水快，钻进时极易塌孔；

　　1）反循环工艺在砂层中成孔应用比较成熟。受动力不足影响，在较硬岩层中钻进困难，费时费力；

　　2）旋挖工艺在砂层中成孔易塌孔，但旋挖钻机动力大，在岩层中成孔相对较快；

　　3）冲击锥工艺能在砂层、岩层中成孔，但该工艺施工速度慢，综合考虑工期、人员投入、成本等因素，采用该工艺性价比不高；

　　4）长螺旋钻孔灌注桩工艺在岩层中成孔较为困难，加之一套设备耗电量太大，不适宜采用该工艺。

　　施工准备桩位放样泥浆制备反循环钻机钻孔旋挖钻机钻孔清孔安放钢筋笼安装导管二次清孔水下灌注混凝土拆卸导管成桩。

　　规格：直径1m，高度2m，护筒顶高于地面1m。主要起控制桩位、防止孔口坍塌、抬高孔内水头等作用。

　　现场开挖2个尺寸为8m×3m×1m的泥浆池，使用钠基膨润土、烧碱、纤维素和水配置泥浆，泥浆比重控制在1.3左右。

　　反循环成孔作业时首先启动砂石泵，形成正常循环后，再启动钻机；钻进中根据进尺情况和砂石泵的排水量、出渣量，控制钻进速度。钻进至强风化岩时改用旋挖钻机成孔。

　　旋挖钻机作业时采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重的办法成孔；提钻时先静置1分钟左右再慢速提钻，以防负压增大吸垮孔壁和泥浆冲刷孔壁；旋挖钻机每次提升出渣后，及时补充泥浆，成孔完成后要保持泥浆水头。

　　钢筋笼设置保护层垫块，防止挂碰孔壁引起塌孔。沿钢筋笼每隔2m放置一组，每组设置4个，等间距布置。

　　混凝土进场后先检查塌落度，合格后方可使用。灌注时初灌量必须保证导管埋入混凝土不小于1m，混凝土应连续灌注，中途严禁停止。灌注过程中安排专人实时测量混凝土面的位置，及时调整导管埋深，导管埋深控制在2m~6m之间，严禁导管提出混凝土面。为防止钢筋笼上浮，当孔内混凝土顶面接近钢筋笼时，放慢灌注进度，孔内混凝土面进入钢筋笼底面4m以上后，提升导管，使导管底口高于钢筋笼底面后，回复正常灌注速度。

　　在沙漠地区进行钻孔灌注桩施工需综合考虑水文地质条件、工期要求、人力投入、成本、临电负荷、运输成本等各方面因素，选取最佳的施工工艺，才能取得理想的综合效益。

　　[1]史佩栋.实用桩基工程手册（桩和桩基础手册）[M].北京：人民交通出版社，2008.

　　钻探工程是地质勘探的施工技术手段，是由钻机、钢管、钻头作为一个整体，在动力设备的带动下，以轴心压力为作用力，对地层进行破碎施工，从而达到获取岩芯、了解内部地质情况的工程。钻探工程可以在多种环境下进行，对于不同的环境、不同的地质情况，需要掌握正确的施工技术，应用合适的设备设施，才能有效保证钻探工程质量，完成地质勘探任务。

　　2.1钻探设备。在钻探设备的组成中，主要的部分是钻杆、钻头、钢管、冲洗液。

　　（1）钻杆。钻杆为钢质圆管，单根长度为4.5米或6米，直径为42毫米或50毫米，其作用是连接并带动钻头在地层中上下运动，其连接方式有螺纹丝扣连接和焊接两种，其中螺纹丝扣连接又分作内丝与外丝连接。

　　（2）钻头。钻头按照使用部位的材质划分为：硬质合金、金刚石、钢粒三种类型。钢粒钻头适用于Ⅶ一Ⅻ级的坚硬地层；硬质合金钻头适用于小于Ⅷ级的沉积岩及部分变质岩、岩浆岩；金刚石钻头适用于Ⅸ级以上的最坚硬岩层。金刚石钻头是应用最为广泛的钻头，使用该钻头的钻进方法，具有钻孔光滑、钻进速度快、安全可靠、节约费用等优点。

　　（3）钢管。又名套管、岩芯管，其主要作用是支撑钻孔孔壁，防止孔洞发生变形或坍塌。

　　（4）冲洗液。根据不同的地质结构，冲洗液有相应的不同配方，下表列出了一些常用配方。I号配方，适用于完整灰岩地层；Ⅱ号配方，适用于鹅卵石、流沙、灰岩为主的地层段；Ⅲ号配方，适用于煤系地层；Ⅳ号配方，适用于泥岩段地层；V号配方，是最常应用的常规配方；Ⅵ号配方，适用于煤系地层或泥岩和粉砂岩交叠地层。

　　2.2钻探方法。钻探方法主要有冲击钻探、回转钻探、振动钻探和冲洗钻探。冲击钻进：适用于比较坚硬的岩石（碎石）层或土层，对岩石层，采取孔底全面冲击钻进方法；对坚硬的土层，在冲击力的作用下，以钻头刃口切削的方式逐渐钻进。回转钻进：当钻头钻进模式为环状钻进的时候，可以提取岩芯，以供取样勘察；当钻头钻进模式为全面钻进的时候，其钻进轨迹为螺旋曲线状，不在考虑提取岩芯。振动钻进：多用于钻探深度较小的土层，尤其是多用于土壤颗粒较为细小的土层。其特点是方便快速，操作简单。冲洗钻进：根据地层性质，使用冲洗液配合钻头钻进，使用该方法，无法获取地质结构岩芯样品，无法对钻取物进行鉴别。

　　（1）上部地层钻探工艺。根据地层特点，避开地层空洞区，将钢管下至岩石层，为有效防止钢管发生断裂情况，必要时下两路钢管。

　　（2）坍塌严重孔壁的钻探工艺。通过控制钻探压力、钻机转速，进行减压钻进。配制比例适合的冲洗液，每两个班次进行孔壁冲洗工作，以保证钻孔内各项参数的稳定性，待参数稳定后，再放下内管继续钻探。在坍塌较为严重的时候，必须及时更换钻探措施。

　　（3）地层倾角较大地层的钻探工艺。当地层倾角较大的时候，很容易发生较为严重的坍塌现象，此时，第一应该全孔进浆，这样做可以用新浆代替脏泥浆；第二要注意钻进参数，保持一定的钻速，防止出现抱钻现象。

　　（4）边捞砂边单管的钻进工艺。当不能采取绳索取芯工艺的时候，可以使用边捞砂边单管的钻进工艺，采用减小压力、降低转速的钻进方式，同时使用捞砂管及时捞取钻屑，虽然影响了钻探进度，但是可以有效保证钻孔的洁净度，可以防止钻杆发生扭断情况，可以防止出现抱钻现象。最终保障了钻探的成功进行。

　　（5）换径钻进的钻进工艺。当孔内钻屑无法被顺利排除的时候，需要及时更换钻头进行钻进，此时需要密切注意泵压，当各参数稳定而泵压突然降低的时候，需要立即检查钻具，如若钻具、钻杆或是接箍出现漏水现象，必须立即更换，以防止出现抱钻、钻杆扭断等事故的发生。

　　（1）防止抱钻。在钻探工程中，抱钻是一个较为严重的事故，当钻进倾角较大，地层结构比较破碎的时候，钻孔就容易发生坍塌掉块等现象，于是容易发生抱钻事故。根据本人工作经验，采取以下步骤可以有效避免该事故的发生。第一步，捞出内管，先冲孔再加尺。此举既可以防止钻屑进入岩芯管，又可以防止因孔底岩粉积累过多而发生抱钻事故。清扫干净后，待工作面稳定后，敲取内管岩芯。第二步，下入内管的时候速度要快，在内管到位后，待各项参数稳定后，再继续钻进，始终保持泥浆循环的通畅。另外，在特殊情况下，可以采取强拉硬顶的方式，将钻具提离坍塌位置。

　　（2）钻头的使用。对于不同的钻探地层，要配置使用适当的钻头，既可以防止发生孔内事故，又可以节约钻探费用。在每次提起下探钻头的时候，应该养成检查钻头的好习惯，防止钻头因磨损严重而出现意外，确保钻探工程的顺利进行。

　　（1）捞砂事项。关注各参数的变化，一旦出现泵压、电流等异常，立即提钻；清扫孔洞时间不宜过长，应该迅速利索地完成；遵循排细捞粗原则，直至将孔内沉沙打捞干净，才可以继续下一步工作。

　　（2）清理泥浆。及时使用新泥浆更换脏泥浆；确定搅拌新泥浆的责任人，一般定为当班班长，确保新泥浆搅拌均匀，以保证其质量。

　　（3）检查内管。钻探人员必须细致检查内管，尤其是轴承的使用状态，其次要及时清扫掉钻屑，保障内管的使用性能。

　　（4）关注细节。在工作中，坚持安全第一的原则，明确每一位人员的职责，班长负责日常工作的顺利进行，机长负责技术管理工作，班组成员也要分工明确，做到每一个小的流程都有专门的执行者和监督者。比如，给钢绳做记号都要明确到具体的个人。

　　（5）做好记录。对工作现场的各项参数数值，突况、处理办法、处理结果等，都要写入工作日志，详细记录，这样做，可以如实反映钻机工作状态，方便现场处理问题，方便总结工作经验。

　　现代化建设对钻探工程的要求越来越高，面对日益增多的工作量，面对日渐增长的质量标准，作为钻探工作人员，只有以基础理论为指导，灵活运用钻探技术，不断积累工作经验，才能做好本职工作，才能更好地为我国的钻探事业做出应有的贡献。

　　钻孔灌注桩技术，因其对各种土层的适应性强、无挤土效应、无震害、无噪音、承载力高等优点，在工程中得到了广泛应用。钻孔灌注桩对于一般粘性土、填土、淤泥质土及砂土等，穿越方便，成孔效果较好，而对于碎石粘土则不宜采用。本文就钻孔灌注桩穿越碎石粘土层的工程实例进行分析，对穿越该类土的设计施工提出一些看法，从而为同类土层中设计钻孔灌注桩时桩端土层的选取提供参考。科技论文。

　　某建筑工程，四层框架结构，建筑物总高度为17.2m，跨度9m，楼面设备荷载最大为14kN/m2.设计最大单柱荷载为3600kN.该工程地处系旧城改造老宅基地，山脚坡积型地层。

　　根据工程地质勘察报告，土层分布及特征如下：①杂填土，厚3.9～4.8m；②粉质粘土，饱和，软塑，厚0.4～0.9m；③淤泥质粘土，饱和，流塑，厚0.3～6.3；④粘土，可塑～硬可塑，厚1.6～5.1m；⑤淤泥质粉质粘土，厚0～4.0m；⑥-1含砾粉质粘土，硬可塑，厚0～7.5m；⑥-2含碎石粘土，可塑～硬可塑，厚2.7～5.4m；⑦全风化泥岩，可塑，厚4.2～7.2m，⑧-1全风化炭质泥岩，饱和，可塑，厚1.6～2.2m；⑧-2强风化炭质泥岩，厚大于6.2m，未穿。根据建筑物荷载及土层分布情况，地质勘察报告建议，采用钻孔灌注桩设计，以⑧-2层为桩端持力层，桩端进入持力层深度不小于0.5m，平均桩长28m，单桩承载力标准值以1000钻孔灌注柱为例取2570kN.

　　工程施工采用10型正循环钻孔灌注桩，在钻进至17.5m深处，遇到⑥-2层土，钻机上台，无法钻入。⑥-2层土为含碎石粘土，碎石含量占5%～20%，粒径一般2～5cm，少量大于10cm.根据有关钻孔灌注桩施工经验，正循环施工工艺对于粒径不大于15cm的碎石，一般均可在泥浆中上漂排出，钻头也不至被卡死。但从冲抓清孔取出土样分析，⑥-2层土样中，碎石为坚硬的硅质岩，最大粒径40cm，冲抓4斗土中能取出10cm以上的碎石12块，小于10cm的碎石也较多，碎石强度极高，钻机无法将其磨碎上漂，钻头被卡住无法钻入。地质报告描述土层正确，但对砾碎石含量及粒径的分析偏差较大。科技论文。为取得详细资料，采用＃2钻机继续试桩，在钻至17.8m处（即⑥-2层面）时，钻杆卡死，无法钻入，经建设单位同意，停机处理。

　　根据以上情况，地质勘察、设计及施工各方进行了认真的分析探讨，归纳起来，主要有以下几点：

　　第一种方法：在钻至⑥-2层顶面时，改用人工挖孔进入一定深度，以该层为桩端持力层。桩下部扩底，以增加单桩承载力。该方案工期增加不多，但人工挖孔深度较大，且部分桩的直径将由600改为800.该深度单桩承载力下降较大。经计算，以1000桩为例，单桩承载力仅为原设计值的48%，需修改设计，将单柱单桩改为多桩承台。科技论文。且其下为软弱下卧层，厚度较大，而本层局部厚度较小，小于4倍桩径，作持力层不够理想。

　　第二种方法：机械钻孔与人工挖孔相结合，钻孔至⑥-2层土后，改用人工挖孔穿透此层，清孔后再打钻孔灌注桩。该方案施工组织上难度较大，工期将增加一个月，费用增加25万。

　　第三种方法：以⑥-2层土作为桩端持力层，改用沉管灌注桩。该方案经设计验算，⑥-2层土单桩承载力较低，改用426沉管灌注桩后，单桩承载力仅为300～470kN，需将原单柱单桩改为承台群桩，桩的总数将增加7倍左右，平面布桩系数较大，更改设计需要一定的时间，打桩工期因桩的数量增加不可缩短，投资额将增加37万元左右。同时，该工程地处老城区，四周均为民居，沉管灌注桩的噪音对周围居民影响很大，势必会影响工程的顺利进行，而且对沉管灌注桩来说，局部场地上的⑥-1层含砾粉质粘土沉桩较困难。

　　第四种方法：保持原设计不变，改进施工工艺。如采用进口的S500反循环钻机，其钻杆孔径大，吸出块石方便，钻透该层有把握，工期较快。但费用增加很大，需增加投资25万元，且目前难以组织到该机型进场。因此采用SPJ300型正循环钻机，加大钻进力度，穿透此层，但工期及费用将有所增加。

　　对所面临的难题，进行分析后认为，采用SPJ300型正循环钻孔工艺，钻透该层把握较大。上述几种方案中，综合各种因素考虑，方案四比较可行。原设计桩型不变，采用SPJ300型正循环钻机替代原10型钻机，加大钻杆力度，并改进钻头，采用筒体钻，增加钻头摩阻力，钻松土体，套取较大石块。根据桩径，结合采用大小直径钻头，用钻、磨、挤等方法钻进土层，将直径较大无法漂出的石块挤入桩侧土中。钻机数量由2台改为4台同时开工。经试桩，成功钻透了该土层。钻孔进尺较慢，⑥-2层土中钻进速度为50～80cm/h，一般单桩成孔时间为2～3天左右，但施工比较顺利。最后实际工期比原计划增加了20天左右，增加施工机械及人工费用约18万元。顺利完成了整个桩基工程施工。桩基施工完毕后，对其中部分桩进行了高应变动测，其余所有桩进行了低应变动测。结果表明，单桩承载力与设计要求值符合较好，桩身质量完好，达到了设计要求 .

　　根据上述工程实践，在钻孔灌注桩的设计及施工中，除了一般的认识经验外，下面几个方面问题应引起重视。

　　3.1加强地质勘察报告的深度与准确度。对于含碎石粘性土的土层，由于勘探工艺的特点，要判明碎石含量及其粒径不可能十分准确。这会直接影响钻孔灌注桩的设计及施工工艺的采用，因此还要加强对同地区土质情况的调研，结合实际勘探情况，提交准确的报告，供设计与施工决策。

　　3.2设计时应充分考虑到碎石含量对承载力的影响。由于桩底沉渣问题制约着单桩承载力和桩身质量的稳定性，对碎石含量较多、粒径较大的土层，正循环钻孔工艺排渣能力较差，沉渣小于5cm的设计要求较难满足，特别当孔底沉渣的粒径较大，一般正循环泥浆清孔难于将其携带上来。在设计钻孔灌注桩时，必须适当考虑施工因素的影响。因此针对该类土层，单桩承载力设计值应适当减小。

　　在煤田地质和水文地质工程勘探中，水文地质工程孔是集采岩石力学样和探明目的层含水量为一体的综合性钻孔。为了探明目的层含水量必须将目的层以上地层承压水止住而获取目的层含水量及分布规律的准确资料，其止水工艺是暂时性的。而水文水井的止水工艺采用托盘或其它方法进行的止水工艺是永久性的。众所周知，这一工艺是在先导孔成井的基础上根据设计需要进行扩孔，使得托盘依靠台阶利用套管自重压缩止水材料而达到止水目的，如果延用这种方法在水文地质工程孔施工，因扩孔使得施工周期延长、成本加大、甚至还可能导致套管事故。

　　同径止水因扩孔级数少有缩短施工周期、提高钻探效率而得以推广，早期机械式同径止水是通过机械传动使得安装在套管上的止水器上下收缩来压缩止水材料达到止水目的，这种方法机要求械加工精度高、繁锁且成本偏高。而使用膨胀橡胶进行同径止水能克服上述弊端，而且工艺简单，止水效果达到了设计要求。以下用我队在水文地质工程孔施工实例来加以论证：

　　渭北煤田韩城矿区地层由老到为奥陶系、石炭系、二叠、三叠系、新近系、第四系。

　　《兴隆煤矿水文地质补充勘探项目》是为了探明11#煤层受下部奥陶系灰岩水的危害程度，其目的层为峰峰组和马家沟组三段+马家沟组二段含水层。抽水层段埋藏深度偏大平均为650－700m，给钻探施工和抽水试验带来一定难度，尤其是止水工作难度极高，为了解决这个施工难题，进行了一系列设计论证。

　　3、使用Φ152mm钻头扩孔钻进至峰峰组顶部。下入Φ127mm止水套管隔离煤系地层。

　　5、抽水试验结束后起拨Φ127mm止水套管，使用Φ133mm钻头取芯钻进至马家沟组二段底部。

　　7、下入风管、测管，用W－10/60空压机按规范进行峰峰组和马家沟组三段+马家沟组二段混合抽水试验。

　　本区奥灰水具有近370m标高的静水位，静水位埋藏深度达350m,本次抽水试验采用W—10/60型空压机，同心式安装，用Φ50mm钻杆做风管，Φ15mm钢管做测管，套管做出水管，所需最小出水管孔径为Φ127mm。

　　采用PZ－400型遇水膨胀橡胶止水带，其主要技术指标为：硬度（绍尔A）/度：45；拉伸强度≥MPa;扯断伸长率≥350%；体积膨胀倍率400%；厚度1cm,宽度10cm,长条形非等厚结构。遇水初始膨胀时间为8小时，24－48小时达到最佳膨胀效果

　　止水层位为灰白色厚层状白云岩，致密完整，孔径Φ152mm，井径测井该段岩层孔径为Φ158mm，下入Φ127mm套管，距套管底部0.50m每隔100mm连续焊接Φ10mm的钢筋肋条共8根，钢筋肋条内缠一层宽10mm的膨胀橡胶止水带，止水带与孔径的间隙为5.50mm，外部用铁丝扎紧，下入后，经24小时膨胀橡胶达到最佳效果，经套管外注水2小时，管内水位仅上升0.08m,说明止水效果良好。

　　按正常水文孔异径止水的设计，需变换3次孔径，第1次为松散层，钻进孔径为Φ273mm，下入表层Φ250mm隔离套管；第2次为峰峰组一段界面，钻井孔径为Φ225mm，下入Φ190mm止水套管；第3次为上马家沟组第二段顶界面，钻进孔径为Φ152mm或Φ165mm，下入Φ127mm止水套管至，孔径为Φ91mm。

　　我们采用同径止水工艺使钻探孔径缩小，本次设计孔径如下：上部松散层采用Φ225mm孔径，下入Φ190mm表套，松散层以下至上马家沟组二段采用Φ152mm孔径，在峰峰组一段界面处采用同径止水，下入Φ127mm套管止水，待第1层段抽水试验结束后起拔套管，Φ91mm钻进至终孔，再下入Φ127mm套管隔离煤系地层和峰峰组顶部，进行第2层段抽水试验。

　　以兴隆煤矿X－7号钻孔为例，用TSJ－2000型钻机完成钻探施工。终孔深度825.37m，止水位置823m，静止水位460m，止水工艺完成后，经套管外注水2小时，止水效果合格，开始下风管和测管，由于工人操作失误使混合器下到825m，开始风泵抽水时泵压蹩110－120MP（正常泵压为60－70MP），10分钟后从Φ127mm止水套管外冒水、气，抽水试验失败。

　　旋挖钻成孔施工技术是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，其是利用膨润土静态无循环泥浆护壁，直接旋挖钻斗取土，待岩土挖松后直接提钻带出孔外，并可将粒径较大的卵砾岩块等直接带出孔外。当前，随着桥梁建设的发展，桥梁基础桩基数量越来越多、桩径越来越大，施工技术难度也逐步加大，而旋挖钻施工技术因其具有成孔效率高、质量好、速度快、环保无噪音、钻机移位灵活方便、桩孔对位方便准确等优点，越来越受到施工单位的欢迎。

　　旋挖钻机成孔施工法，又称钻斗施工法，其是在钻杆柱下端连接一个可闭合开启的钻斗，钻斗底部及侧边有带耙齿的切削刀具，借助钻具自重和钻机加压力，使钻具钻齿切入地层中，动力头带动钻杆旋转，在回转力矩作用下钻头同时回转，旋转切削挖掘土层，并将切削挖掘下来的土渣纳入钻斗内。待斗内装到相当数量后，由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土。这样循环往复，不断地取土、卸土，直钻至设计深度，最终形成桩孔。

　　1. 钻头将破碎的岩土直接从孔内取出，成孔施工速度快（与转盘钻机相比，其速度是它的）5-10倍。

　　2.由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需静压泥浆护壁，且孔壁泥皮薄，有利增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力，孔底沉渣少，易于清孔，故成桩质量好。

　　3.可采用干挖或回收泥浆，使用泥浆较少，约为正反循环钻进工艺所需泥浆的1/20～1/10，因而环境污染较小，且节省了造浆和排污费用，降低了施工成本。

　　5.可实现多工艺钻进，特别适用于土层、砂层、胶结较松散，粒径小于10mm的卵砾石层，不适宜粒径大于10mm的卵砾石层，也不适宜施工嵌入岩石的桩。

　　2.1施工前，应先平整场地，软弱地基要压实，并做好场地排水，防止桩机倾斜位移。

　　2.2桩机就位前，应进行测量放线，即用两根互相垂直的直线相交于桩点，定出十字控制点，以确定桩位。测好的桩位必须复测，误差控制在5mm以内。

　　1.护筒埋设由人工与旋挖机配合完成，利用旋挖钻机进行开孔，人工配合埋设护筒。

　　2.护筒采用钢护筒，长度4m 以内采用厚4～6 mm的钢板制作，长度大于4m 的采用厚 6～8 mm钢板制作；护筒埋置较深时，采用多节护筒连接使用，连接形式采用焊接。焊接时保证接头圆顺，同时满足刚度、强度及防漏的要求。

　　3.一般情况下要求护筒厚度不低于8mm，当桩径大于1.5m时要求护筒厚度 10mm～16mm为宜；护筒长度以3m～6m为佳。

　　4.对于深厚杂填土的土层采用壁厚为10mm的长钢护筒穿越，由旋挖钻机将钢护筒压入土层中，护筒底埋置于稳定土层中至少0.5m；护筒顶面高出地面20 cm，内径大于钻头直径100mm，上部开设2个溢浆孔。

　　5.护筒的埋设应准确，护筒中心与桩位中心应一致，偏差不得大于5cm，倾斜度偏差不大于1％。

　　1.在旋挖钻机成孔过程中，采用静态泥浆护壁钻进工艺；泥浆的配制根据土层情况与其他泥浆护壁钻孔灌注桩相同。在配制过程中，泥浆比重：岩石不大于1.2，砂黏土不大于1.3，坚硬大漂石、卵石夹粗砂不宜大于1.4；粘度：一般地层16-22，松散易坍地层19-28；含砂率：新制泥浆不大于4%；胶体率：不小于96%；PH值：8-10。

　　2.一般，应根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软地层时，可适当加 速；当软地层变为硬地层时，应减速慢进；对硬塑层采用快转速钻进；砂层则采用慢转慢速钻进；钻进过程中应随时清除积土和地面散落土。

　　3.应严格控制钻斗的提升速度在0.75～0.85m/s，含砂土、软土的桩提升速度应小于0.75 m/s，钻斗提升速度过快，容易塌孔。

　　4.在钻进的过程中，随着旋挖钻进孔深的增加及泥浆损失，应及时向孔内注入泥浆，保持对孔壁的静液压力，泥浆一般应高出护筒底口lm以上。

　　5.成孔允许偏差：孔径：不小于设计孔径D；孔深：小于设计孔深，并进入设计土层；孔位中心≤100mm；孔深：倾斜度≤1%；沉渣厚度≤20cm。

　　旋挖至设计标高后，用简式钻头在原处继续旋转数圈进行掏渣清孔。清孔速度不宜过快，并保持孔内泥浆的水头高度。下入钢筋笼后，再测孔底沉渣厚度是否超标，如超标则用吊机吊起钢筋笼，旋挖钻机进行二次清孔，直至泥浆各项指标、孔底沉渣等符合设计及规范、验标的要求为止，严禁采用加深孔底深度的方法来代替清孔。一般，清孔的质量应符合以下要求：泥浆相对密度：1.06-1.10g/cm3；含砂率＜2%；粘度18-20s；胶体率＞98%；pH值：8-10；沉渣厚度≤20cm。

　　2.钢筋笼骨架外侧设置控制混凝土保护层厚度的垫块，竖向间距为2m，径向圆周不少于4处。

　　3.钢筋笼的吊装采用三点起吊，保持笼轴线重合；入孔时须保持垂直状态，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃动和强行冲击下放；在吊装时，先将下节笼挂在孔口，随即吊起第二节进行焊接，逐节焊接下放，各节笼焊前须对上下节主筋位置进行校正，使上下节保持垂直。

　　4.如节段较多时，可在现场先水平焊接两节，一起起吊，减少成孔后在孔口钢筋笼的焊接时间。

　　钢筋笼安装完毕后，尽快下放导管浇灌混凝土。一般，混凝土应具有良好的和易性，其坍落度控制在180～220mm；首批灌注水下混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要，导管底端应距孔底30-50cm；混凝土应连续灌注，中途停顿时间不大于30min；导管埋置深度控制在2～6m；灌注的桩顶标高比设计高出0.8～1.0m。同时，在浇筑过程中要做好泥浆的回收，泥浆可循环利用，做到减少损失，保护环境。

　　综上所述，旋挖钻机成孔工艺是一种较新的施工技术，具有成孔效率高、质量好、速度快、环保无噪音、钻机移位灵活方便、桩孔对位方便准确等优点，近年来在我国许多大型基础设施建设工程的施工中得到了广泛应用。