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　　随着我国经济的快速发展，采矿工程项目数量和规模也不断扩大。矿山环境问题一直是采矿工程的难点，尤其遇到特殊的地质现象（如岩溶地貌），这将给采矿作业带来很大的困难。

　　为了有效地维护矿山环境，保护矿山水资源，通常采用帷幕注浆的方式对矿山进行治水。通过高强水泥等物质填充到岩体岩溶裂隙中，形成止水帷幕，从而隔断矿山内外的水循环。

　　本文针对矿山环境问题和帷幕注浆的方法，论述了帷幕注浆工艺的定义和施工流程，并针对矿山环境特殊地层问题，提出了施工工艺的要点和注意事项。本文最后以河北邢台中关铁矿为例，论述了岩溶采空区帷幕注浆的处理方式，并对注浆效果进行了评价。

　　帷幕注浆是通过高强度水泥混合物将岩体岩溶裂隙进行填充，进而切断矿体内外的水循环的人工活动。帷幕注浆的工作原理是：通过在掌子面上进行钻孔，再利用高强度水泥浆液或混合浆液通过高压注浆泵向钻孔内进行灌注，通过向孔内给压使浆液填充到岩体的岩溶裂隙中，待浆液凝固后就形成了止水帷幕，从而为采矿工程提供了良好的施工基础。

　　首先，应对矿山地质环境进行详细勘察，并获取当地的地质和水文数据；其次，招标专业设计人员对帷幕注浆的施工图纸进行设计，再严格按照采矿标准进行审核；最后，对施工材料进行调查和选取，尤其水泥一定要符合高强度和高标准的要求。

　　（1） 放线作业。利用全站仪和GPS技术对现场进行准确测量，允许孔位的偏差在0.5m以内，并对测量数据进行反复核对，确保数据的准确和有效性。（2） 钻孔技术和工艺选择。选取较大直径的钻具进行钻进，尽可能的揭露更多的裂隙。（3）钻进过程中要控制好钻机的转速和压力表压力保证钻孔的垂直度。

　　（1） 注浆参数控制。对于复杂的地质状况，应严格按照三序次注浆法进行注浆；在注浆方式上，一般采用自上而下边钻进边注浆的方式，注浆长度控制在30～50m内。对于采矿地质复杂的地段，注浆压力通常采用逐级升压法，同时要控制好注浆时间和注浆浓度的调整。（2） 做好浆液配置工作。为做好浆液的配置工作，对原材料的选择应该严格控制，如水泥、粉煤灰、尾矿砂、水玻璃等都需要按照标准进行采购，再按照设计方案对浆液进行配置。配置过程中要保证一次搅拌和二次搅拌的均匀性和稳定性，并进行除渣工作，最后确保安全输送。（3） 验收。注浆完成后要对钻孔的注浆效果进行检验。

　　中关铁矿位于河北省邢台沙河市白塔镇中关村附近，南距邯郸市53km，北距邢台市30km，铁矿南北长2km，东西宽0.8km，矿体平均厚38m，埋深300～800m，总储量9345万吨。

　　中关铁矿的地层条件复杂，并且存在岩溶地貌和采空区，施工难度很大，技术要求高，因此通过帷幕注浆方式进行注浆，其中帷幕长度3397m，共设计270个注浆孔、20个观测孔、34个检查孔、36个加密孔，共360个钻孔构成，总进尺深度为201906延米。

　　本次钻探采用XY-4、XY-5、XY-44型号钻机，通过泥浆护壁和正循环回转钻进，为了保障钻孔质量，在现场勘查的基础上采用50m距离测一次孔斜，孔斜率不超过6‰，及时纠正孔的偏度。另外，通过灌浆试验设计最适宜的孔距，既要保证孔液彼此衔接，又要避免孔的重叠过多，达到效益最大化。

　　在进行压水试验之前，需要利用水泵对孔内孔壁和岩粉进行冲洗，在确保回水澄清后，进行压水试验以便了解岩层之间的渗漏情况。若孔出现漏水，则需要连续冲洗20min。并对各岩层的吸水量进行记录。试验中采用单点法压水，水压力采用1.5～2MPa，每隔2min进行一次流量和压力值的记录，在水压力稳定后，若连续三次流量读数最大差值小于平均流量的10%，或者最大差值小于1L/min，那么即可停止试验，最后根据试验结果合理配置起始浆液水灰比。

　　由于中关铁矿地质的复杂性，本次灌注采用分段灌注，自上而下和自下而上相结合的方法进行施工，灌注钻杆采用42mm钻杆进行注浆，下面将对具体施工过程中需要注意的工艺进行分析。

　　止浆塞安放位置应在较完整的地层，并且需要距离待注浆段2～3m，这样有利于各个孔的重复注浆，进一步保障注浆质量，施工中避免将止浆塞安装在灌浆顶板下部，出现地段严重灌漏的现象。

　　当灌浆压力不变时，注浆段越长，作用于钻孔某点的灌浆压力越小，从而灌浆半径也变小，帷幕墙的范围将受到影响。根据2005年中关铁矿对注浆段长的试验结果，注浆段长应控制在30m左右，根据透水性的强和弱，相应缩短和延长注浆段长。

　　注浆压力的大小与很多因素有关，如孔深、岩性、地下水埋深等。由于中关铁矿孔深较大，岩性不一，岩溶地貌普遍存在，因此压力控制采用双控式，即在泵头部位安装带隔浆缓冲器的防震压力表；在回浆管上安装压力计。

　　本次灌浆压力为水头压力的2倍左右。根据前期工作的勘察资料，设计了各个注浆段的注浆压力表如表1所示。

　　封孔采用有压封孔，将止浆塞安放在距离孔口的5.0～10.0m处。封孔所需的注浆液需要单独配置，本次采用0.5：1的纯水泥浆液。封孔注浆过程中，保持地表压力1.5MPa不变，当流量小于30L/min时，停止注浆，封孔结束，最后进行填平工作。

　　首先，通过洗孔、压水试验对大溶洞和大裂隙进行清洗；其次，配置高浓度浆液，若仍采用高压注浆，会造成浆液扩散半径变大，造成浆液浪费，因此针对大溶洞和大裂隙的注浆，应该降低压力；最后由于溶洞和裂隙较大，需要时间凝固，因此需要采取间歇注浆的方法，当注浆时间超过8h后，应当停止一定时间，待浆液凝固一段时间后再次注浆。

　　旋挖钻机最早出现于西方国家工程施工中，目前在我国被广泛应用与桥梁桩基工程施工中，旋挖钻机以其装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活和施工、移动速度快、效率高等优势，适用于我国大部分地区的土壤地质条件，再配合不同的钻具，被广泛应用与桥梁、市政建设、高层建筑等钻孔灌注桩工程中。旋挖钻机相对于其他钻机的明显工艺优势有：广泛的适用性、良好的环保性和能够提高灌注桩的承载力[1]。旋挖钻机虽然在成孔工艺中适应于大部分地层，但由于其在我国应用较晚，因此在工艺上还存在很多缺陷，常见的问题为塌孔和埋钻[2]。旋挖钻机在较厚的砂层中施工成孔受到一定的限制，尤其在地下水埋藏较浅的砂层中则更困难[3]。西安高新技术产业开发区某居民安置楼施工场地采用旋挖钻机在厚砂层浅埋地下水地层中，采用新施工成孔工艺取得了成功。

　　西安高新技术产业开发区某居民安置楼项目为30多栋28～32层高层，场地地形平坦，根据本项目勘察钻孔揭露描述，本项目场地地层主要为第四系松散堆积物，由上至下主要为：①全新统素填土，厚0.3～1.8米；②上更新统黄土状土，厚6～8米不等；③中更新统冲洪积中、粗砂层，厚10～12米；④中更新统粉质粘土夹砂层，厚18～20米；⑤下更新统粗砂层夹粉质粘土层，厚26～30米。地下水位埋深8.0米，水位年变化幅度为1～2米。地基基础埋置深度为-6.5米，基坑开挖后地基持力层大部分坐落在中砂层上。设计钻孔灌注桩桩长为35米，桩径600mm，钻孔开孔后1.5米即遇地下水。

　　西北黄土地区钻孔灌注桩成孔施工机械主要有旋挖钻机、正反循环钻机、冲击钻机，大口径桩会采用人工挖孔成孔。各种施工成孔方案均有其优劣及适用条件，根据不同的地层以及桩基的设计选择最合适的成孔设备是施工单位保证优质完成施工工作的关键。本项目由于地层原因成孔机械可选择的有反循环钻机和旋挖钻机两种。两种施工机械均有其优劣势，本项目施工单位考虑到施工成本、工期和自身有足够台旋挖钻机可进行施工等问题，所以综合考虑后施工方案确定为旋挖钻机进行成孔施工。采用旋挖钻机施工过程中由于基底地层地下水位埋藏较浅且砂层较厚的原因，塌孔现象比较严重，进尺困难，钻机成孔成功率较低。项目经理及钻机组人员采用优质泥浆进行护壁，效果不明显。

　　本项目桩基施工试桩过程中采用旋挖钻机进行成孔，为了节省施工成本，提高成孔速度，尽可能发挥旋挖钻机的施工工艺优势，因此，钻进过程中旋挖钻机采用4米护筒，并配合高强度的泥浆进行护壁，但钻进过程中塌孔现象仍然严重，进尺困难。施工单位技术人员通过施工现场的观察，结合实际理论对本项目塌孔问题原因分析如下：

　　钻进过程中为了节省施工成本并提高成孔速度，采用4米护筒，而钻机开孔后孔内砂层厚10～12米，因此4米护筒不能满足护壁长度要求，4米以下地层在钻进过程中还是会形成漏斗状塌陷。

　　由于钻杆在钻进过程中存在上下晃动致使钻孔中地下水波动幅度较大，且钻进过程造成钻孔中砂层松散化，孔内水在波动过程中不断冲撞孔壁，来回冲刷，造成孔侧砂层的坍塌。

　　由于旋挖钻机成孔工艺的特点，在钻孔中采用高强度泥浆的护壁效果并不理想，对该项目厚砂层的护壁力度不够，因此造成塌孔。

　　针对此工程项目旋挖钻机成孔塌孔问题，相关领导及技术人员组织会议，为了工程桩施工中塌孔问题的解决，相关人员在现场进行各种试验，最终得出了一种既经济又高效的施工解决方案。

　　由于基坑开挖过程中，开挖出了大量的上部黄土状土，将干燥的黄土状土作为护壁材料进行再利用，具体成孔过程叙述如下，钻机在开孔钻进时，利用已配备的4米护筒按原来的施工方案进行围护，在钻进到4米深度时，利用小型挖机将原先堆置孔边的干燥黄土状土填入钻孔内，旋挖钻机在钻进过程中利用钻杆及钻兜的侧压力作用将填入孔内的黄土状土混合钻孔内的地下水压至孔壁形成比较厚的一层泥皮，按照此方法，边钻进边填土并施加侧压力以便泥皮连续形成，此方案有效地防止了塌孔现象的发生，且成孔速度较快，场地也干净整洁。具体工艺流程如下：

　　如此，在护筒以下钻孔孔壁上形成一层较厚的泥皮，有效地控制了塌孔的发展，且在钻进过程中孔内已有地下水对孔壁的冲刷作用也有效的减小了，防止了砂层向孔内坍塌。

　　（3）钻进过程中有效的利用了开挖土，节省了买高强度泥浆材料的费用，且护壁效果远高于泥浆；

　　（4）施工现场不需要挖泥浆坑和排放泥浆，既保持了现场的干燥整洁，且节省了场地空间，为罐车运输及施工人员活动提供了方便；

　　旋挖钻机的新施工工艺在很大程度上节省了施工成本，且有效的利用了旋挖钻机施工的各种优势，使施工工期缩短，场地也在最大程度上保持了干燥整洁。此种施工方法今后对于类似的工程场地具有很好的借鉴作用。

　　[2] 周建军，蒲来春.浅谈旋挖灌注桩成孔常见问题的分析及对策[J].山西建筑，2010，36（23）：110-111.

　　所谓的欠平衡钻井技术是指在钻井的过程中使地层的压力高于钻井液流体的压力，从而使地层的流体能够进入井眼，达到有效控制循环到地面的地层流体目的的一种钻井技术。它的特点主要有如下两方面：

　　（1）钻井的设备配套以及钻井流程。为了满足钻井的负压要求，相较于常规的钻井设备而言，欠平衡钻井工艺的设备增加了一套集液气分离器、平衡循环罐、欠平衡节流管汇、欠平衡振动筛以及旋转防喷器等于一体的可用于体外循环的设备，这套设备还额外安装了点火装置与防回火装置等，实现了欠平衡钻井技术的设备配套，欠平衡钻井工艺各设备的配套连接以及钻井流程如图1所示。

　　图1中，虚线框内属于常规的钻井液循环流程部分，在钻井中如果遇到气层，钻井液也就会进入到欠平衡的循环流程中，并利用气液分离器分离出钻井液中的气体，在气体经过点火管线时，将其放空并燃烧，从而保证了钻井液性能的稳定性，达到井场安全环保的目的。

　　（2）气相与液相欠平衡钻井工艺的特点。气相欠平衡钻井工艺在地层的压力系数低于1.05的地层中比较适用，可分为气体钻井、雾化钻井、充气钻井液钻井以及泡沫钻井液钻井。液相欠平衡钻井则在地层系数高于1.05的地层中适用，它在欠平衡钻井工艺中主要使用密度较低的钻井液。

　　欠平衡钻井工艺对录井的影响主要分为对录井设备的影响和对录井技术与方法的影响两方面。由于欠平衡工艺钻井设备完善了配套改进，必然导致录井设备在安装条件与数量等方面都将发生变化，且对录井设备的性能有更高的要求，为了能在欠平衡工艺下完成录井工作，录井设备也需要增加新设备，改进原有设备的配套技术与方法，提高录井设备的性能。且在欠平衡工艺的使用下，原有的配套录井技术（岩屑录井、气测录井、地层压力录井以及钻井液录井等）已不能满足录井的作业要求，需要探索出适用于欠平衡钻井工艺的配套录井技术，例如在使用液相欠平衡钻井工艺（泡沫钻井液钻井）的条件下，如何使用配套录井技术进行岩屑的分析与评价等。此外，在欠平衡钻井的条件下，配套录井技术缺乏相关的理论支持。由于钻井的工艺产生了变化，导致钻井的循环系统相应变化，在气体监测与岩屑采集等多方面都缺少理论的支撑，从而导致地层信息（如井深情况）的反应缺乏线 欠平衡钻井的配套录井技术

　　在分析欠平衡钻井工艺的特点及其对录井作业产生的影响的基础上，对欠平衡钻井工艺条件下的配套录井技术进行探讨，对录井的配套设备以及配套技术进行改进与完善，从而保证现场录井作业安全进行。

　　在欠平衡钻井工艺下，录井设备的配套主要从录井传感器以及气体检测装置的配套，安全防护设备的完善，气体流量计的安装以及其他软硬件的改善等方面进行配套设备的完善。在常规的录井配置的传感器的基础上，在欠平衡振动筛上加设一支H2S传感器，在欠平衡泥浆罐上加设一套钻井液性能的传感器。在欠平衡钻井条件下的录井气体检测采用将气体取样装置安装在液气分离器后面的排气管线上，对从钻井液中分离出来的气体进行取样分析；或采用双套脱气器，从而保证实时连续监测钻井状态外与体内循环转换的地层气体。录井的安全防护设备应增设声光报警系统、消防器材与防爆装置等，并按要求改进与完善仪器房中的各种电路、电源。为监测密闭的钻井过程中从液气分离器中脱离出来的钻井液气体的流量变化情况，应在液气分离器后面的燃烧管线上安装气体流量计。在录井设备配套完成后，还要设计气路切换装置、信号切换开关等，并在软件的信号采集、存储以及输出方面作相应改善，从而实现录井的实时监测与快速切换信号。

　　（1）压力监测技术。在欠平衡钻井的过程中，Sigma指数法与Dc指数法是录井地层压力检测的主要方法，但这两种方法的缺陷在于不能直接检测钻井的欠压值。因此完善压力监测技术，采用井口压力监测法与井底流压法监测法直接检测钻井的欠压值。例如井口压力监测法则是通过检测套管压力进而检测井口的压力变化，实现井口欠压值的变化情况检测。

　　（2）气体监测评价技术。在进行密闭钻井的情况下，若油气显示情况良好，而录井是对流体内部的原油的残余气或是原油的伴生气进行采集分析，这时就容易造成色谱柱的污染，从而使气测解释的难度增大；若油气显示情况较差，很可能漏掉油气层。如果出现这类状况，就可以定时取样分析排气管线中的气体，对比从气体流量计中输出的色谱曲线与流量曲线的变化情况进行解释，在地层评价时，对比定时取样的分析数据与随钻气体分析数据，将两者数据较大的一方作为实际地层气体数据。

　　（3）结合多种的录井技术评价地层。如分析录井岩屑时可采用定量荧光技术，确定岩屑中的油气性质与含量，消除对岩屑的污染；采用水分析技术检测分析地层流体在出入口钻井液中离子的含量，从而确定油水界面以及地层的含水状况；采用热解色谱技术以及地化录井技术等识别、评价以及解释地层。

　　随着欠平衡钻井技术的广泛应用，给常规的录井的配套设备与录井技术都提出了新的挑战，因此，为适应欠平衡钻井条件下录井的需求，需要改进和完善原有的录井工艺与技术。录井需要适时加强新设备技术的开发，例如加强具有双色谱分析系统仪器的开发，才能适应新的录井环境及要求。

　　随着我国国民经济建设事业的飞速发展，大规模的工业及民用建筑拔地而起。虽然不同领域的工程有着不同的工程规范，但是对地基的承载力和建筑物的沉降变形同样有着要求，因而提供准确无误的地质勘察资料作为设计依据是非常重要的。为了能够准确的确定岩土的物理力学指标及岩土特性，保证钻探质量就成为了关键。工程勘察主要是查明浅层地质情况，但是由于土层的性质变化较大，所以适合不同地层条件的钻探工艺是保证工程质量的决定因素。以下笔者主要根据不同土层从几个方面来讨论钻探工艺的选取。

　　钻探设备主要包括动力装置、钻机、泵、钻塔、拧卸工具等。钻探设备的选取主要的目标就是能够满足各种钻探工艺的要求，目前勘察领域主要是应用汽车钻作为主要的勘察设备，主要是因为汽车钻的工作效率较高。但由于场地原因也会采用台式钻机作为主要勘察设备，但是无论是选择哪种钻探设备对于工程质量没有太大影响，主要影响的是工程进度问题。因此，在工民建及电力设施的岩土工程勘察中，钻探设备的选择与钻探工艺的选取无关。

　　然而在岩土工程勘察中对勘察质量有直接影响的是钻进方法的选择及钻探工具的选择。目前在岩土工程勘查中主要应用的钻进方法为重锤冲击钻进、螺旋钻进和冲击回转钻进；主要的钻探工具为钻杆、钻头、岩芯管。以下主要针对不同的土层浅谈一下钻进方法的选择和各种钻探工具的选择。

　　首先应定期检查钻杆保证钻杆的轴线%；其次笔者建议在钻机应该配备两套钻杆，其中一套为直径42mm的钻杆 ，主要应用于软层、较硬土层的钻进及原位测试；另一套为直径50mm的钻杆，主要应用于硬层钻进，可以预防的钻杆折断和脱落。

　　在目前岩土工程勘查中主要用的钻头类型为螺旋钻具和硬质合金取心钻具。钻具的选取主要由钻进方法所决定。螺旋钻具应用于螺旋钻进，硬质合金取心钻具应用于硬质合金钻进。

　　常用的螺旋钻主要分为长螺旋钻、短螺旋钻、环状螺旋钻、振动螺旋钻、套管螺旋钻和麻花钻。以下针对不同地层浅谈一下钻进方法及钻具的选取。

　　①软弱粘性土层及可塑偏软粘性土层：地下水位以上由于该土层强度较低，可采用重锤冲击钻进、螺旋钻进，最好选择长螺旋钻；如在地下水位以下，如孔深较浅建议采用套管螺旋钻，如孔深较深则需采用冲击回转钻进。

　　由于长螺旋钻不需要循环液而且在软弱粘性土层中钻进效率高，而且取出的岩芯虽受扰动破坏，但仍可看到地层的天然结构状态，不影响对地层结构和状态的描述，也不影响判断土层的厚度和埋深。

　　如采用冲击回转钻进，则应调配好泥浆比例，满足护壁要求的前提下尽量减小水泵流量，避免由于水流较大将该土层冲散后混入泥浆，必要时需采用干孔卡取法取得岩芯。即在回次终了时，停止送水，干钻进尺一小段（实际工程中进尺有时可达到1米），利用未排除的岩粉来挤塞住岩芯，再通过回转将其扭断提出。或者采用双动双管取心钻具。为保证岩芯采取率，防止提钻过程中岩芯脱落，使用活动分水投球钻具，可以使干钻取芯获得更好效果。

　　②可塑偏硬、硬塑及坚硬粘性土层：该层应采用冲击回转钻进，且钻具应选择小肋骨钻头，肋骨宜大于岩芯管1～1.4cm。肋骨钻头对粘性土的切削作用强，且对土层的扰动小，对土层的厚度和埋深的判断几乎没有影响，能保证土体的分层及原状样的提取的质量。

　　然而在实际的岩土勘察过程中，为提高效率多数采用螺旋钻，由于该地层强度较高，实际上螺旋钻已经失去了它本身高效率的优点。因为长螺旋钻在实际钻进该层土的过程中，应注意螺旋距的选择，则在粘性较小的土层中，螺旋距应小些；在粘性较大的土层中，螺旋距可适当大些。但由于钻具与土体的接触面积大，在粘性较大时，因注意钻进速度及进尺，以防埋钻或者钻杆折断。该钻具对该土层扰动大，故在进尺及土的状态方面应特别注意。

　　因此本人建议在硬质粘性土层中尽量采用冲击回转钻进，采用小肋骨钻头岩芯管取样。

　　③砂层：砂层在钻探过程中主要考虑地下水的影响。在地下水位以上的砂层也要考虑砂土的粒径及砂土中的粘粒含量，粘粒含量较大的粉细砂可采用螺旋钻进，如果孔深较深，可以在后期更换小直径螺旋钻。

　　在地下水位以上的中粗砂、砾砂及在地下水位以下的砂土钻探一般采用品字形硬质合金钻头。钻头外径较岩芯管稍大，能很好的约束岩芯管，使其回转稳定保障岩芯的原始结构。但是为防止孔壁坍塌，需用泥浆护壁，泥浆的稠度视砂粒粒径的大小决定。如泥浆护壁不能满足要求时，需用套管跟进钻探，以防止孔壁坍塌造成埋钻、废孔的事故。

　　④卵（碎）石层：该层主要应考虑其中充填物及地下水位。在地下水位以上且以粘性土充填为主的，粘性土含量较大的卵（碎 ）石层 ，因其粘结力较强 ，粘土粒自由表面张力大，钻进中孔壁坍塌程度较小，可直接在裸孔的情况下钻进，钻具选用单管岩芯管或加厚螺旋钻；在地下水位以下的卵（碎）石层，因受地下水影响，孔壁极易坍塌，采用泥浆护壁或根据需要选择套管护壁跟管钻进。如碰到大于管径的卵石或碎石，可以用角锥或一字钻头等击碎，后跟管钻进。如遇直径很大的孤石，可以在其上钻孔，后继续钻进。

　　根据钻头在卵石中运行特点，设计选用适岩钻头，关键是钻头技术参数：其一，硬合金大八角斜镶方式，增加硬质合金的抗磨性，提高了切削刀的抗崩断性能；其二，钻头底出刀较小，在卵石层钻进中，钻头长期处于崩和磨的状态，防止合金崩刀和断刀；最后，割二个三角形水口，保证冲洗液的冷却和携带作用。

　　①软弱粘性土层及可塑偏软粘性土层：螺旋钻钻具整个叶片长度一般控制在1m左右，直径略小于改换螺旋钻具的钻孔直径；每回次进尺在0.5～1.0m范围内，因为螺旋钻本身有厚度，且取出的土样同时也受到扰动，螺旋钻进尺1.0米，实际取出的土样长度大于1.0m，至于长度增加的数值应以螺旋钻的参数及土层的塑性指标有关，土质越软其长度增加值越小，应以实际情况加以区分，以便正确地确定层位的变关键词：岩土工程勘察 钻探工艺 选取化及其状态分析；本类土层钻进过程中钻具的钻速应限制在90转/分～100转/分范围内，孔内的水在慢转速钻进慢提升的情况下可以起到作用，减少上钻阻力。如果钻具转速高，提钻上升速度快，那么地下水会起到不良作用，致使叶片上的土样脱落，从而达不到预期目的；如提钻出现困难时，要利用油缸缓慢提升钻具，避免采用边回转边提升的方法。在钻具提出后由于土层较软，容易缩径，因此在下次钻具所取土样中注意区分刮落部分及正确计算好取样长度。

　　②可塑偏硬、硬塑及坚硬粘性土层：硬粘性土层优选采用回转钻进，具体操作时，首先应慢速钻进，以便钻头切入土层中（当遇到坚硬土层钻头吃不进土层时可适当加压），切入土层后可采用中速档钻进，中速档钻进不仅快，而且在回次进尺时，钻具提升阻力小。钻具提升时要控制速度，保证孔底不形成真空。为防止卡钻，每钻进0.3～0.5m。如卡钻且不可用转升的方法处理，因为粘性土有一定的抗拉强度，为减少提升阻力，必须先拧断岩芯。

　　采用冲击回转钻进时要注意水泵流量的控制，当钻进可塑偏硬的粘性土时建议水泵流量为低速，当钻进坚硬及硬塑粘性土时建议水流开中速。进行岩芯采取时可采用干孔卡取法取得岩芯。为保证岩芯采取率，防止提钻过程中岩芯脱落，使用活动分水投球钻具，可以使干钻取芯获得更好效果。

　　a.粉细砂夹粘性土，此地层钻进时，钻进压力不易太大，不允许上下活动，钻速应采取低钻速，泵量调至似流之势方可钻进，每回次终了前，应先以清泥浆洗孔，待清泥浆将孔内悬浮粉细砂带入泥浆池后方可停泵，以确保不会发生沉砂卡钻，停泵后干钻0.3～ 0.5m，以保证不脱落岩芯。

　　b.中粗砂、砾砂 ，本地层可采用灌浆无泵反循环钻进，以低转速为宜，钻进过程中不断浮动钻具，上提要慢，下放要快，形成孔底反循环，提钻前为保证取心率和卡芯效果，每回次终了前，应先以清泥浆洗孔，待清泥浆将孔内悬浮中粗砂、砾砂带入泥浆池后方可停泵，以确保不会发生沉砂卡钻，应停泵干钻0.2～0.3m，不再浮动钻具进行干钻（干烧）卡芯。

　　④卵（碎）石层 ：此地层的钻探工艺与地层的密实度、含水率、有无粘性土充填等有很大关系，不同的组合理论应采用不同的钻探工艺。常 用 的 钻 孔 压 力 应 掌 握 在200kg～300kg。

　　a.松散卵 （碎 ）石层 ，粘性土含量低 ，此类地层采用植物胶护壁效果较差，采用跟管钻进是目前最有效的方法，每次跟管长度以3～6m为宜，钻速为30转/分～60转/分，如进尺连续顺利，最好不要变更钻进参数。也可采用投粘土球的方法，此方法要点是钻一段，用粘土球捣实，再钻进，不要盲目追求进尺，以防坍、垮造成孔内事故。

　　b.稍密～中密卵 （碎）石层，当含水率小且有粘性土充填，可采用回转跟管钻进，钻速为20转/分～40转/分，钻进过程中钻具回转较平稳可适当提高钻进参数，如压力表跳动幅度大，应立即提钻，以防损坏钻头合金和钻机设备。

　　c密实卵 （碎 ）石层 ，当含水率小且有粘性土充填，该地层适用合金干钻，钻进开始其参数应选低值，随进尺增加而逐渐增加。在钻进过程中要适当上下窜动钻具，以防钻头被烧死或堵死。

　　由于地质环境和成因条件的千差万别，所以它们对钻探工艺所表现的适宜性也总是有所不同，因而在钻探工艺上很难采用某一数据作为标准。本文是笔者在近几年勘察过程中的实际经验总结的一些钻进工艺和钻具的选取方法，希望这些经验对类似的岩土工程钻探具有一定的借鉴意义。但由于区域地质构造不同，地层也各具特点，因此在钻探过程中，应分析所遇地层的特点，从而制定出最经济最合理的钻探方案。

　　四川省煤矿瓦斯灾害严重,基础条件差,分布范围广,现有生产和建设煤矿1400多处,其中高瓦斯矿、煤与瓦斯突出矿井占36%以上。截至2011年底,四川省已有近400多个矿井建立有地面固定瓦斯抽采系统。由于四川很多小煤矿的煤层的透气性低,煤层赋存条件差,煤层厚度多数在2m以下,开采1.3m以下薄煤层的占70%,且厚度小于0.8m的极薄煤层约占40%等客观原因,造成多数矿井的瓦斯抽采效果不理想,且方法多样无法正确选择。针对四川多对典型小煤矿进行了瓦斯基础参数考察及抽采工艺研究,现场进行了瓦斯抽采工艺的优化和调试,综合研究了小煤矿低透气性煤层瓦斯抽采工艺的选择,通过技术突破,工艺改正,提高了矿井瓦斯抽采与利用率,对四川小煤矿瓦斯抽采工艺的选择和瓦斯抽采系统的建设具有重要参考意义,同时也为研究四川煤矿的瓦斯抽采技术提供了基础。

　　瓦斯抽采方法概况起来分为三类:开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采。结合四川煤矿的煤层赋存条件、开采情况等实际,重点介绍以下三大类型的抽采方法。

　　穿层钻孔抽采法是指利用煤层底板或顶板巷道、石门或者专用底板抽采瓦斯巷道布置钻场,向煤层或破坏裂隙带实施穿层钻孔。这种抽采法适用于开采有突出危险的单一中厚煤层的突出矿井或开采煤层群的矿井,或者煤层瓦斯含量高,采掘过程中瓦斯涌出量大的高瓦斯矿井。主要介绍常用的4种不同技术。

　　对于开采保护层的突出矿井,必须设置专用抽采瓦斯巷道,抽采被保护层的卸压瓦斯,且专用抽瓦斯巷道不能因开采保护层而破坏。在被保护层底板抽采瓦斯巷道中,通常每隔15m～30m设置一个钻场,钻场规格一般为3m×2m,抽瓦斯巷道与被抽煤层的垂直距离不得小于10m,钻孔终孔点以穿透煤层且超过煤层顶板0.5m为准,终孔点间距一般取15m。

　　高瓦斯矿井,通常以开采层回风巷作为专用抽采瓦斯巷道,每隔20m～35m布置一个钻场,每个钻场施工3个～5个顶板穿层钻孔,钻孔必须进入采空区裂隙带内,裂隙带的高度一般为采高的20～30倍。

　　对于无保护层、单一中厚煤层开采的突出矿井,我们通常在煤层底板巷道中每隔15m～30m设置一个钻场,钻场规格一般为3(长)m×2（深）m,抽采巷道与被抽煤层的垂直距离不得小于10m,钻孔终孔点以穿透煤层且超过煤层顶板0.5m为准,终孔点间距一般取10m。

　　突出矿井,石门揭煤前,必须在石门周边5m～12m范围内布置钻孔,钻孔深度以穿透煤层且超过煤层顶板或底板0.5m为准,钻孔终孔间距为5m～8m,钻孔封孔后采用高负压抽采,抽采时间一般不低于3个月,且抽采达标,方可采取安全防护措施揭煤。

　　顺层钻孔抽采法是指在回采巷道进入煤层后,沿煤层布置顺层钻孔抽采瓦斯。可以在回采工作面巷道掘进期间实施钻孔,抽采钻孔一般在垂直于工作面上、下顺槽布置,钻孔位置首选在下顺槽,钻孔倾角略大于煤层倾角,终孔终孔点必须穿越上顺槽外侧10m～20m,钻孔间距一般为3m～5m。

　　当邻近层、工作面浮煤丢失等,向采空区涌出瓦斯,造成回采工作面上隅角瓦斯超限,可采用采空区抽采法。如果回采工作面上隅角顶板完整,且无瓦斯尾巷时,可以在上隅角每隔30m～50m布置抽采管道。为防止顶板冒落损坏筛孔管,必须在安设筛孔管处架设木垛。需要注意的是:如果开采易于自然煤层的矿井,在抽采采空区瓦斯时,要因地制宜确定抽采负压,一般不大于8kPa,并加强瓦斯管道内一氧化碳的检查分析,预防采空区煤层自然发火的产生。

　　(1）根据初步试验,开采极薄煤层的小煤矿,矿井的绝对瓦斯涌出量在10～14m3/min,采用顺煤层钻孔抽采,效果并不理想,且钻孔报废率高。

　　(2）针对小煤矿极薄煤层的瓦斯抽采,宜施工顶(底)板钻孔抽采煤系地层卸压瓦斯,钻孔成功率高;同时辅以采空区埋管抽采,可以较好地解决回采工作面回风隅角处瓦斯超限的问题,实现全矿井瓦斯抽采率和抽采浓度的双达标。

　　(3）通过跟踪试验矿井瓦斯抽采系统的建设,研究抽采工艺的优化选择,为小煤矿极薄煤层的瓦斯抽采建设提供了参考。在后续各矿井瓦斯抽采系统的建设中,参考本技术,均达到了良好的抽采效果,提高了矿井的安全水平,并通过瓦斯发电取得了较好的经济效益。

　　[2] 中国矿业学院瓦斯组,煤和瓦斯突出的防治(第一版)[M].煤炭工业出版社出版,1979,3.

　　[3] 于不凡,等.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册(修订版)(第1版)[M].煤炭工业出版社出版,2005,11.

　　煤矿用液压钻机是我国综采工作面及普采工作面的主要钻井设备，已成为我国现代化矿井安全防爆、瓦斯抽排的主要钻孔设备，它广泛使用于煤矿矿井的恶劣环境条件下，在多种侵蚀性极强的液体、气体、粉尘的环境中高负荷运转。一直以来，钻机涂装多采用刷涂或露天喷涂，涂装工艺水平落后，生产环境恶劣，缺乏有效管理，涂装质量无法得到保证，成为钻机外观装饰与防护的薄弱环节。

　　随着煤矿钻机市场的蓬勃发展，产品市场竞争的不断加大，机械性能不再是产品推广与展示的唯一标准。对煤矿用全液压钻机的外观质量和防护性能提出了更高的要求。良好的涂装使产品获得光滑、均匀、饱满的涂层，提高产品的防护性能，延长钻机的使用寿命，展示出产品的靓丽外观。适应市场的需要，提高产品的市场竞争力。

　　1.1 加工过程控制 煤矿用液压钻机的零部件的加工过程控制不严易产生如下不利因素，如：①使用锈蚀的板材和型材，却未加处理。②铸造零件外观粗糙，且存在铸造缺陷。③在焊接过程中会产生粗糙、宽窄、凹凸焊缝，工件表面有较多飞溅与焊渣未清理干净。④加工过程中残留的切削油、乳化液等未清洗干净，甚至因过度存放而油尘混合，成为较难清理的污垢。⑤飞边、毛刺清除不够彻底。⑥喷涂前表面清洁不够，喷涂后表面防护不够。

　　另外，现在较多企业在机械加工生产方面选择外包或者外协的方式，外协厂家实力层次不齐，对产品的外观处理和底漆前的表面处理都不够重视，这也影响着进一步涂装工作。

　　1.2 涂装生产线建设与使用 煤矿用液压钻机生产企业涂装生产线水平参差不齐，总体都不高。一些较为知名的企业在对涂装生产线投入相对较多，而一些小企业出于成本的考虑，投入很少甚至没有。另有部分企业建成了专门的涂装生产线，然而设备档次不高，主要参数控制不严，使用率较低，涂装效果不尽如人意。还有一些以空气喷涂为主的企业，为了提高生产效率，喷漆室开门作业；更有为减少资金投入，在空地上或者车间内直接喷涂作业，将需要涂装的工件在车间内吊装就位之后，就开始清理和喷漆等工序，喷涂完成后运出车间。整个车间就成为一个大的喷漆区，没有独立的打磨室、喷漆室和烘干室。打磨清理产生的粉尘，喷涂产生的漆雾、溶剂废气都没有治理，使得生产区的工作条件变得恶劣，对员工身体造成极大伤害。这些因素都使得涂装质量无法得到保证，同时还造成严重的环境污染。

　　1.3 涂装工艺与管理 煤矿用全液压钻机因其特殊的使用环境与制造工艺侧重点不同，产品的外观涂装一直不受重视。外观涂装定位不高，涂装操作人员水平较低，对于产品涂装的相应工艺研发、基础设施建设、设备投入和人才引进、管理培训等都相当匮乏与欠缺。另外，全液压钻机作为粗放型设备，企业缩减其投入成本，限制了它的进步与发展，是其外观质量一直远不如其它机械产品的根本原因之一。

　　通过对国内煤矿用液压钻机生产企业的调研发现，大多数企业都是以“多品种小批量”生产形式为主，在涂装技术、涂装设备等方面都差不多，真正的差别在于涂装工艺与生产管理，多数企业存在着凑合、迁就、消极的管理态度。对现场的生产运行、工艺实施、涂装质量管理、质量追踪以及涂装现场清洁管理等没有严格的控制，缺乏阶段性控制与终极目标管理。

　　加强对煤矿用液压钻机涂装质量的控制与管理，首先应提高煤矿用钻机生产企业对于钻机涂装质量的重视，摒弃那些旧有的、落后的涂装生产观念，从意识和行动上得以提高，改变现有涂装的落后状况。通过对工艺体系、质量分级、原材料控制、人员培训等多方面实施有效地控制与管理。使得煤矿用液压钻机的外观涂装质量上一个新的台阶。

　　2.1 工艺体系建设 涂装工艺是涂装实施的依据，是正确施工的指导性文件，是得到稳定、优质涂层的关键。只有工艺体系的健全和完善才能保证涂装质量的稳定。目前，我国煤矿用液压钻机生产企业正处于从作坊式生产向工业化生产过渡之际，加强涂装工艺体系建设显得尤为重要。

　　一个完善的工艺体系应包括企业标准、各级程序文件和管理操作文件等。如：《涂装工艺作业卡》、《涂装标准作业指导书》、《涂装检查基准书》、《涂装设备操作规程》、《涂装车间清扫计划》等。

　　另外，煤矿用全液压钻机结构复杂，有较多的零部件和大型结构件需要外协加工，其涂装的前处理、底漆以及中涂等工艺操作可能会由外协厂家负责。而外协厂家有专职涂装技术员和涂装设备的少之又少。因此，必须加强对外协厂家涂装质量的控制，制定相应的管理制度，签订相关的技术协议和验收标准。包括：制定管理作业文件，文件应规定须采用的前处理方法、处理标准、涂料类型以及相应的涂层技术指标等，并给予技术指导与监督，以确保外协加工零部件的涂装质量合格。

　　2.2 质量分级管理 客户在购买钻机时希望整个设备有较好的外观质量。然而，对于整台钻机来说，外露的部分应该亮丽美观，非外露部分应该防腐防锈，不同的部位实现不同的功能。因此，针对不同部位、不同功能，实施不一样的涂装管理办法，也就是质量的分级管理。对经常接触和观察的地方，自然是外观越靓越好，而对于工作装置部分不易接触与观察到的地方，美观便不再显得重要，而防腐与抗氧化才是这些部位的涂装重点。在满足涂装质量要求的前提下，对液压钻机的不同部位与不同功能提出不同的涂装等级和要求。

　　分级管理还有如下优点：①可以有针对性地改善和提高整机的外观质量，兼顾整机外观与防护，同时做到整机有里有面。②降低涂装成本。将外观涂装部位分类分级，对不同的零部件给予不同的涂装质量要求。对外露零件，涂装质量要求提高，则人工、材料的消耗相对较多。非外露零部件及其部位，以防护为主，则消耗减少。对分级管理必须说明的是，对于工件的防腐、防锈性能的涂装质量指标，所有零部件都必须给予相同标准。

　　2.3 原材料管理 保证涂装原材料的高品质是获得优质涂层的基本条件，严格控制涂料、溶剂、清洗液等原材料的品质，是前提也是保障。

　　库房管理人员应对入库的涂装原材料做好入库登记，并认真检查产品外观，不得有破损等缺陷，对照产品名称、化学成分、生产厂家，保证供货产品与本企业要求一致。同时对材料的有效期时间作好记录，登记照册，按照原材料先进先出的原则，并对过保质期产品应及时清理，不得流入使用。检验人员应定期或不定期地对涂装原材料质量进行检查，同时做好检验记录。

　　除了上述基本控制以外，企业涂装原材料的施工性能指标要进行全面的检测、控制。企业自己不具备检测能力也无投入计划的，可委托有资质的第三方检测。同时，企业自身应对原材料的采购提出技术要求，并在原材料采购技术协议中明确规定。各性能检测由供货商提供，并保证其时效性。

　　选用新材料时，须采取严格的控制程序。主要包括：供应商资格审查、原材料品质确认、样车试验、小批量试装、批量供货等5个过程，试验周期一般要经过6-10个月。

　　对供货商的考察主要包括：企业规模、技术水平、供货能力等方面，以及企业相关资质证明，例如：质量体系认证（ISO9001认证、QS9000认证或者ISO14001认证等）、企业材料试验中心资质（如国家级实验室）等。上述工作必须做到扎实、充分，应先要求对方提供上述资质证明材料，备案，然后进行有针对性的实地考察。另外，还要充分利用供应商的各种资源。例如：使用其专业仪器检验自己的涂装设备、漆膜性能等；还可以派相关的技术人员、检验人员、操作工人到其培训部门培训、学习。

　　2.4 人员培训 常言道：“三分漆，七分工”，以手工喷涂为主的煤矿用钻机涂装质量绝大部分取决于操作工人的技能水平。因此，企业加强对操作工人的专业知识培训，提高工人喷涂操作技能，增强责任意识意义重大。

　　2.4.1 培训内容 涂装操作看起来很简单，但要涂装出质量较高的产品，却并非一件容易的事情。例如：平常的手工喷涂，喷枪离工件的距离或远或近，喷枪移动的速度或快或慢，喷出来的效果是不一样的，如果没有一定的理论知识和实际操作经验是很难把握的。当然，涂装培训的内容不仅仅只有这些，还应该包括较为系统的基础知识培训和操作技能培训。就煤矿用液压钻机涂装现状而言，相关理论培训应包括以下几个方面：

　　①涂料基础知识。涂料的组成、作用；不同涂料的性能特点、应用，衡量涂料性能的各项参数及其意义、与涂装施工的关系等。②前处理知识。前处理对涂装质量的影响，清洗与磷化工艺的参数及其意义，以及控制方法等。③喷涂理论。喷涂时涂料黏度、喷涂距离、喷涂速度、喷幅大小等一系列参数的意义及其对喷涂质量的影响，如何选择合适的参数等。④喷涂环境。喷涂环境的温度、湿度对喷涂的影响与原理，如何改善喷涂环境等。⑤其他。漆膜的干燥原理、温度、时间控制等。腐蚀与防护的相关理论知识。

　　理论培训是为了让操作者知道为什么该这样操作。仅仅这样还不够，还必须进行操作培训，如：涂料的调配、喷枪的使用、设备的操作等，因为不同设备、涂料、喷枪在使用上会存在较大的差异。

　　2.4.2 培训对象 涂装培训对象应该包括三方面人员，操作工人、检验人员、管理人员。煤矿用全液压钻机的喷涂大多数都是手工喷涂，操作者的技能水平决定了涂装质量的优劣，因此，必须加强操作人员技能与责任意识的培训。与涂装操作人员相比，目前涂装质量检查人员和管理人员的涂装知识更为欠缺，而且不少企业并没有专门的涂装质量检查人员，应开展必要的培训，使检查人员和管理人员掌握涂料与涂装的基础知识，理解涂装质量的各项技术指标，检验人员还应掌握相应的检测手段和检测仪器设备的使用方法。

　　2.4.3 培训模式 涂装工人的培训有师傅带徒弟、服务培训、专业培训、入校学习等主要模式。不同培训模式侧重点与效果有所区别。应据自身情况采取不同的培训模式。

　　①师傅带徒弟。徒弟跟师傅学习，大多数企业采取这样的方式。这种培训方式主要是动手能力的培训，徒弟往往缺乏理论知识，当遇见新的质量问题时无法自己解决。就目前而言，煤矿用液压钻机涂装水平普遍不高，师傅自身水平不高，师傅带徒弟很难取得长足进步。

　　②服务培训。由涂料生产企业对涂料的使用和涂装设备生产企业对涂装设备的使用，组织对单位相关人员进行培训。这种售后服务培训方式，存在的问题是，不同企业生产的涂料、涂装设备都有各自的特点和不同的使用方法，培训有针对性，缺乏系统性，如果更换或使用新的涂料或涂装设备，则需要重新培训。

　　③专业培训。企业委托专业培训机构进行培训。这种培训也称之为短期速成培训。与前两种方式相比，这种培训更为系统、全面、有理论性。

　　④入校学习。在正规职业技术学校进行2-3年的学习（含1年实习）。从职业技术学校毕业的学生能系统掌握涂装的相关理论知识，且有一定的操作能力。进入企业后能成为一名优秀的技术工人，不仅能进行施工操作，还能独立处理一些工艺或质量问题。

　　在一些企业考虑到设备投入成本过大，设备运行成本过高，而实际使用利用率较低，同时在涂装人员配备和涂装场地建设等方面面临实际困难的情况下，企业可以选择专业化协作涂装的方式来完成产品的涂装。生产企业只负责提出涂装要求、监督和品检，工件的涂装由专业化的涂装配套企业完成。

　　专业化协作涂装是指一些为机械加工配套的企业利用其涂装设备与工艺的优势，进行专门的涂装生产。煤矿用液压钻机生产企业将其所有涂装生产外包给专业的涂装工程企业。这种方式可以避免批量小而造成的设备利用率低、运行成本高的问题。这种专业化使得工件涂装集中在少数企业，涂装工程企业的在涂装设备和员工操作技能上的专业优势，有利于保证和提高煤矿用液压钻机涂装质量。同时，可以加快先进、高效、节能的涂装生产技术在煤矿用钻机上应用。

　　涂装质量不仅影响着顾客的第一印象和选择意向，同时也展示了企业的形象和实力。要提高煤矿用液压钻机的涂装质量，首先应转变观念，提高对外观质量的重视，并引进先进的涂装材料、涂装设备、工艺技术等，应用到实际的涂装生产中，只有重视了才会有提高，只有投入了才会有收获。

　　另外，煤矿用液压钻机涂装基本上都是依靠工人手工操作，尽管容易受到人为因素的影响，造成涂装质量不稳定。但是，人是具有可塑性的，加强技能培训，引进和培养涂装专业技术人员，提高管理水平，充分发挥人的积极因素，开拓思维，也能大大提升煤矿用液压钻机的涂装质量。

　　[1]张瑞，王春英，李军.涂装技术在工程机械中的应用现状与趋势[J].电镀与涂饰，2007，26（8）：29-32.

　　[2]王春英，张瑞，梁成岭.如何提高工程机械涂装质量[J].工程机械，2010，41：62-65.

　　[3]张阳，程凤宏.工程机械涂装品质管理[J].工程机械，2007，38：40-45.

　　华创国际广场工程地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级。主塔楼采用人工挖孔灌注桩为端承桩，持力层为中风化泥质粉砂岩，桩端极限端阻力为 qpk=6900Kpa，设计直径为2.5米（18根）和2.4米（20根），桩底绝对标高低于5.750米，有效桩长约为7.400米~12.55米。桩基设计采用人工挖孔灌注桩。人工挖孔桩具有施工工艺简单、施工方便、单桩承载力高等优点；但其井下施工条件差、环境恶劣、劳动强度大、施工周期长同时安全难以保证。为确保工期并减少安全隐患,本工程决定采取其它工程桩施工法进行施工。经过对现行工程桩施工方法的对比，发现冲击钻成孔和旋挖成孔符合本工程要求。冲击钻成孔工艺成熟且成桩质量可靠，由于本桩基基本处于中风化粉砂岩中，基岩强度高，冲击成孔速度非常缓慢，故无法满足工期要求，且施工成本高。旋挖成孔桩的优点是能一次成孔，成孔速度快，孔壁不易产生泥皮，孔壁上会生产明显的螺旋线，这两点可有效地增加桩基摩擦力，提高桩基承载力且安全系数高。根据对冲击钻成孔和旋挖钻机成孔施工特点的比选。结合对工期、施工成本、环保等综合考虑，决定采用旋挖钻机作为本工程的桩基施工机具。本文主要研究2.5米大直径工程桩的旋挖成孔施工技术在中风化泥质粉砂岩地质条件下的应用。

　　本工程持力层为中风化粉砂岩（属软岩），钻孔直径每增加 10 cm，扭矩增加约 15 kN·m~ 20 kN·m，本工程桩基φ2.5 m，所需扭矩约375kN·m~ 500kN·m。目前国内旋挖钻机功率最大的为三一重工生产的SR460 型钻机，输出扭矩最大可达470 kN·m，考虑到安全储备系数，实际输出功率须按 80%考虑，经计算，扭矩最大约 380 kN·m，能满足施工要求，但造价昂贵，施工成本极高，国内极少使用。

　　目前湖南省输出扭矩最大的为恒天九五生产的JVR280D旋挖钻机，最大输出扭矩为280 kN·m，最大钻孔深度85米，最大钻孔直径为2.5米，如果继续采用旋挖钻机施工，必须把桩基钻孔所需扭矩控制在实际输出扭矩范围内。

　　钻孔时扭矩的计算可按美国休斯顿公司莫伦公式（1）计算（其中为工作扭矩，为接地比压，为开挖直径，是地质常数，此处=3.2）。

　　得出其工作扭矩为432 kN·m，超出JVR280D的最大输出扭矩。若要满足旋挖机的最大输出扭矩可根据莫伦公式进行逆向计算。设工作扭矩。

　　根据上述计算结果，考虑分两次开挖，来解决输出扭矩不足的问题。即先用小直径钻头引孔，再用2.5米直径钻头开挖剩余部分。首先进行理论计算分析其可能性。经上述计算已得出在最大输出扭矩下旋挖直径可为2米，设剩余部分扭矩为，2.5米直径开挖扭矩为 ，2米直径开挖扭矩为，则，即，小于JVR280D的最大输出扭矩。上述证明在旋挖钻机输出扭矩不足的情况下采用分级开挖的成孔技术能开挖大直径工程桩。实际施工中为了保证安全施工，工作扭矩设定为输出扭矩的80%即224 kN·m，通过计算得出此时一级开挖直径可取1.8m，二级开挖扭矩，小于最大输出扭矩，满足施工要求。

　　由上述理论支撑，本项目正式采用分级旋挖技术进行施工，分级旋挖示意图如下：

　　2）第 2 级开挖（扩孔）：开挖 φ2.5m，所需扭矩应考虑中心 φ1.8 m 泥浆阻力所产生的扭矩，约 200 kN·m~240 kN·m。

　　桩位检查，对设计单位提供的坐标基点、水准基点及其测量资料进行检查、核对。采用全站仪定出各钻孔桩的中心位置，钻机就位前由技术员复查桩位，准确无误后方可就位对中。

　　1）一级小直径（φ1.8 m）成孔。按方案，先采用小直径（φ1.8 m）双底双门截齿旋挖钻头挖孔，因本桩基桩体基本处于中风化粉砂岩中承载力能达施工要求，所以一次挖至孔底标高。

　　2）二级全桩直径（φ2.5 m）旋挖成孔。待一级小直径（φ1.8 m）旋挖到底后，应及时更换上 φ2.5 m 的双底双门截齿旋挖钻头，进行二级旋挖扩孔。

　　3）每次钻进深度以不超过 0.5 m 为宜。钻进中应随时通过钻机本身的三向垂直控制系统，反复检查成孔的垂直度，以确保成孔质量，若发现偏位和倾斜应及时进行处理。

　　4）在中风化粉砂岩中钻孔时，钻进速度宜控制在 2 m/h~ 2.5 m/h。

　　6） 在特别坚硬的中风化粉砂岩中进行施工，宜采用双底双门截齿旋挖钻头和镶有钨钴硬质合金单锥截齿型嵌岩短螺旋钻头配合使用。

　　7)二级开挖成孔后，应进行清底并进行成孔检测。桩孔质量标准为：孔径偏差+50 mm；垂直度偏差≤0.5%。

　　近年来，随着旋挖钻机在桩基施工中的普遍使用，旋挖成孔技术的应用面越来越广泛。在本工程中，通过理论分析产生分级旋挖成孔的想法，再通过计算证实分级旋挖的可能性，并在实际生产中采取分级旋挖成孔施工工艺圆满完成主塔楼桩基的施工。分级旋挖施工工艺适用于土质较硬场地进行施工，如强风化、中风化岩层等，大直径工程桩分级旋挖成孔施工工艺在未来的工程施工中展现了更好的应用前景。

　　下向抽采钻孔由于在施工过程中会出现因岩粉不能及时排出孔外，易造成堵孔、埋钻、钻孔内有积水等情况，影响抽采效果，确保孔内畅通显得尤为重要。

　　（1）为了保证下向钻孔内的岩粉能够及时排出孔外，不致因岩粉堵塞钻孔影响瓦斯抽采效果，防止埋钻事故的发生。故对原钻孔施工工艺进行改进，将原先的冲洗液由清水改为泥浆，运用此施工工艺后，在原只能施工50～80米的基础上，一次成功施工了8个下向钻孔，钻孔孔深在112-178m，取得了良好的效果。在采用上述钻孔施工工艺后，有效地解决了下向孔施工过程中的难题，为下向孔的成功施工积累了宝贵经验。

　　（2）成果的关键技术和创新点，解决关键问题的作用和程度，存在的问题和缺陷等

　　1）将原先正常钻进的冲洗液由清水改为泥浆后，一方面泥浆能及时地携带岩粉，将岩粉排出孔外，另一方面泥浆能及时的护住钻孔壁，防止出现跨孔。

　　2）在钻孔施工前先按比例配制好泥浆，选用往复型泥浆泵将泥浆送入孔内，通过泥浆来携带岩粉进行钻进。

　　3）若泥浆粘度太高，泥浆的流动性差，泵压大、排量低，影响进尺速度。若泥浆粘度过低，携带岩粉、悬浮岩粉和保护孔壁能力差，会造成孔底不干净，孔内不安全，钻进有裂隙地层时容易产生漏失。经试验钻孔冲洗液中泥浆的比重大致在1.05～1.3为易。

　　（1）采用“两堵一封”封孔工艺，解决了由于围岩裂隙漏气，造成瓦斯抽采浓度不高，抽采率下降，大大降低了抽采效果的难题，满足矿井抽采达标要求。

　　（2）鉴于封孔段长达20～30m，若在前端缠绕麻袋时就倒入聚氨酯，因聚氨酯来劲时间有限，孔口方向接管、封堵时间基本来不及，为此采用专门制作的封孔气动罐，对里段注聚氨酯（如下图），即在下封孔管时，前端先包扎麻袋片，下至预封段，封孔管下到位后采用气动封孔装置经注聚氨酯4分小管向里端麻袋片位注入混合后的聚氨酯。

　　（1）在抽采过程中由于下向钻孔孔内积水多，有时还有岩层含水，在下向孔较深且俯角较大的情况下，只靠抽采负压作为动力无法排除下向孔内积水，从而影响瓦斯抽采效果，为更好的确保矿井安全生产，提高瓦斯抽采量，根据现场实际情况采取并应用了下向抽采孔排水技术，使用下向抽采孔排水技术后，解决了下向孔内积水无法排除问题，大大提高了瓦斯抽采浓度和抽采效果，抽采浓度能提高到1.5～2.0倍。

　　（2）具体作法：首先对下向孔内4分压风管优化布置，原管路下在封孔管与钻孔之间，容易出现煤（岩）粉堵塞管路、巷道来压垮孔损坏管路等问题影响正常使用，现通过自制的连接装置，将压风管下在封孔管内，有效地保护管路正常工作；然后对压风排水系统进行优化，1）在压风管路上安装电磁阀实行电控排风；2）每个下管钻孔安装手动快阀便于人工检查、控制；3）钻孔合茬抽采实行气水渣分离；4）电子自动放水器前加装滤渣箱保护电器使用寿命。

　　（3）工作原理：排水装置里端连接4分排水管下至抽采管中，距孔底0.3米处，排水装置外端用软管连接压风管路，管路中间加入电磁阀，设定每一小时打开一次，供风五分钟，利用压风及负压形成排水通道，将下向孔内的积水排入气水分离管路，瓦斯通过排气管路进入抽采支管，水渣由引水管路流入滤渣箱，然后进入电子控制自动放水器或可控机械式高负压自动放水器中。

　　（4）该项技术操作简便、回收率高、节省人力、可根据水量设定排水时间等优点。

　　通过改进下向钻孔施工工艺及瓦斯抽采期间实施自动排水技术，解决了钻孔施工排渣难、易垮孔、埋钻、孔内积水等问题，提高了瓦斯抽采效果。

　　[1]俞启香，程远平，蒋承林，等.高瓦斯特厚煤层煤与卸压瓦斯共采原理及实践[J].中国矿业大学学报，2004（2）.

　　影响桥梁施工的因素颇多，气象、环境、水文、地质、工程造价、人员、设备及工期等都有一定影响，不同的条件下会选择不同的施工工艺，只有将以上这些因素进行综合比较权衡，才能做出正确的决定，根据现有条件确定最适宜的施工方法。在一定的人员和技术的基础上，基于特定的气象、环境、水文及地质等自然条件，水文及地质条件成为决定施工工艺的最关键因素。

　　水上沉井施工的工艺比较单一，这里主要谈桥梁水上钻孔灌注桩基础施工时的可选择工艺。

　　当基础墩位于山区河流岸边浅滩区时，一般可考虑采用筑岛（即土围堰）的方式进行施工，即在墩位周围采用弃土或弃石等填筑岛屿，岛屿顶面露出水面使之形成施工操作界面，通过在人工岛上下放钢护筒钻孔、浇注混凝土成桩，然后大开挖筑岛至承台底，安装承台模板，最后排水进行承台干施工。

　　通常指的钢围堰均为无底形式的钢围堰，有底的钢围堰在工程上一般称为钢吊箱（也称钢套箱）。钢围堰在桥梁基础施工中的主要作用是挡水，即给承台施工制造无水的干环境，并兼做承台的外模板。

　　钢围堰通常有两种主要的形式：一是双壁钢围堰，二是单壁钢围堰。 双壁钢围堰在水上可自浮、分块分节接高，通过往夹壁内注水可下沉，抽水可上浮，适用于深水基础施工。钻孔桩双壁钢围堰按工艺顺序分为两种类型：即先下围堰后钻孔成桩方案和先钻孔成桩后下围堰方案。

　　大多数情况下，双壁钢围堰均采用先下围堰后钻孔成桩方案进行施工。 在强涌潮水域的低桩承台，一般采用先钻孔成桩后下围堰方案，因为强涌下钢围堰迎水阻力很大，定位船和导向船无法稳固先下的围堰，解决的办法是先成桩，依靠强度极大的桩基来稳固围堰。

　　对于单壁钢围堰，通常也有两种常见的形式：一是钢板桩围堰，二是由模板拼接成的普通单壁钢围堰。因为是单壁结构，承压能力较双壁钢围堰低，适用于水深不太深、水压不太大的情况下使用。对于钢板桩围堰，一般采取先下围堰后成桩的施工方式，适用于深厚砂层的地质条件下使用，对于模板拼接成的普通单壁钢围堰，一般采取先成桩后下围堰的施工方式，主要应用于山区河流施工。

　　对于深水高桩承台，施工中通常用钢吊箱（也称钢套箱），钢吊箱实质上是一种带有底板的双壁钢围堰。单壁钢围堰因自身刚度较小，通常不会做成吊箱的形式。

　　钢吊箱施工前，一般先搭设钻孔平台进行钻孔灌注桩施工，钢吊箱底板一般吊在钢护筒侧壁或者钻孔平台上承受封底混凝土重力，故常称吊箱，钢吊箱底板开得有孔，开孔套过钢护筒，故也有人称其为钢套箱。

　　浅水基础一般都使用桩基础，浅水基础一般在以下两种情况下出现：一是小河（沟）的桥梁基础，二是大河岸边浅滩区的桥梁基础。

　　位于山区小河（沟）的桥梁浅水基础，小河一般水浅，流速一般不大，当基础位于河中央时，施工中一般采用“钢栈桥+钻孔平台+单壁钢围堰”的形式进行施工，具体做法如下：

　　先搭设通往墩位处的钢栈桥及钻孔平台，钢栈桥和钻孔平台一般需连接成整体增大自身刚性，然后通过钻孔平台下钢护筒钻孔，成桩后拔出承台区钻孔平台钢管桩，再下单壁钢围堰并封底施工，围堰抽水后进行承台干施工。

　　位于山区岸边浅滩区的浅水基础，因水深较浅，施工中通常采用筑岛围堰的方式进行施工，筑岛围堰省掉了大量钢结构，施工中也无需大量机械设备，经济省，速度快，是岸边浅滩区最经济合理的围堰形式。

　　对于冲积平原地区的岸边浅水基础施工，一般采取钢板桩围堰而不采用筑岛围堰。因平原地区缺乏土石材料，若采用筑岛围堰，只能采用砂层进行筑岛，承台施工大开挖时，砂层透水严重，极易坍塌造成安全事故，打入钢板桩进行支护，既避免了坍塌事故，又能防水，是深厚砂层地质条件下浅水基础最理想的支护方式。

　　深水基础施工工艺一般较复杂，不同的水文、地质、工期条件下采用的工艺均有较大差别，本节所说的方案选择仅为一般情况下的方案选择。

　　一般来讲，超深水高桩承台施工原则上应选择有底的双壁钢吊箱方案，低桩承台施工可选择无底的双壁钢围堰方案。

　　另外，大高差岩面地质情况下，尽量避免使用钢围堰，因为是隐蔽工程，设计的围堰异形刃脚跟河床实际地形完全吻合非常困难，若吻合不好，将导致围堰刃脚封堵困难。

　　承台底距离河床太近的高桩承台，可选择钢围堰而不选择钢吊箱，主要原因是两个：一是钢吊箱底板拆除困难，二是钢吊箱增加钢材太多成本增大。 在大流速、浅覆盖层，搭设钻孔施工平台有巨大困难的情况下，如工期充裕，可以考虑钢围堰施工方案，此种情况下钢围堰方案风险小。

　　在深水、大流速、深厚覆盖层条件下，因钢管桩自身柔度大、悬臂长，可能会折断，可以考虑采用刚度极大的钢护筒代替钢管桩直接作为承重结构搭设钻孔施工平台。

　　先下围堰后成桩方案是钢围堰最常用的形式，其优点是：省钢材，技术成熟风险小。双壁钢围堰一般适用于低桩承台，因围堰刃脚需要入泥，在高度上比双壁钢吊箱高，但因为无底板，且在先下围堰后成桩方案中，钢围堰因为省掉了钢管桩钻孔平台，钢材总量上比“钻孔平台+钢吊箱”方案反而要节省一些。此外，钢围堰施工的风险较钢吊箱小。

　　缺点：无法平行作业，总成本高。双壁钢围堰下放前，一般需要抛设复杂而强大的锚缆系统用于围堰定位，抛设锚缆需要花费较多时间。因河床不平，封底混凝土厚度往往增加较多，此外，围堰在设计和制作阶段不能进行钻孔施工，使总工期有所延后，造至其它成本增加。

　　先成桩后下围堰方案较钢吊箱方案并无太多优势，一般在以下两种情况下使用：一是低桩承台下无法选择有底板的钢吊箱；二是虽然是高桩承台，但在水文条件极其复杂的情况下，围堰先下无法稳固，必须依靠成桩后的钢护筒来稳固围堰，如强涌潮水域便是如此。

　　优点：加快进度、节省工期，节省封底混凝土方量。钢吊箱的设计及制作和钻孔施工能够同步进行，不需要抛设强大的锚系，施工中所需船舶较少。因先成桩，虑到桩身钢护筒与封底混凝土之间的摩阻力（一般按 150KPa 考虑），

　　封底混凝土厚度可明显减少。钢吊箱底板可以在钻孔结束前散拼，钻孔结束后钢吊箱已经入水自浮接高了，因此钻孔结束不久即可进行封底混凝土施工，如此的工艺，不但能极大的加快施工进度，而且总体施工成本较钢围堰方案反而经济。此外，钢吊箱方案降低了复杂异形刃脚条件下钢围堰着岩的难度。

　　缺点：钢吊箱有底板，需和钻孔平台配合使用，因此需要增加多余的钢材，因为钻孔施工与钢吊箱施工两条线并行作业，在空间上存在立体交叉，因而钢吊箱方案施工组织难度较大，立体交叉作业存在一定的安全隐患。

　　一般水深条件下（水深小于 10m），无论高桩承台还是低桩承台，均可选择单壁钢围堰进行施工，因为水深较浅，水压力较小，选择双壁结构物显然浪费钢材，使用单壁钢围堰已经能够满足施工要求。

　　对于冲积平原地区的一般深水施工，可选择单壁的钢板桩围堰进行施工，因为冲积平原地质一般为深厚砂层，打入钢板桩比较容易，钢板桩围堰一般采取先下围堰后成桩的施工模式。

　　对于山区河流的一般深水施工，无法打入钢板桩，一般采用由模板拼接成的普通单壁钢围堰，普通单壁钢围堰一般采取先成桩后下围堰的方式进行施工 。

　　本文主要研究在不同水文地质条件下的桥梁基础施工工艺选择问题，一般原则如下：

　　（1）近岸浅水基础应采取筑岛围堰施工，一般深水条件下宜选择单壁钢围堰方案，软弱地基时可选择钢板桩围堰方案。

　　（2）深水基础施工时，一般情况下，低桩承台应选择钢围堰工艺，高桩承台施工时，在搭设钻孔平台可行的情况下，宜选择钢吊箱工艺，否则选择钢围堰工艺。

　　（3）承台底接近河床的高桩承台，因钢吊箱采用钢材较多，经济成本大，且底板不能拆除，宜采取钢围堰施工。

　　（4）对于强涌潮水域的低桩承台，因涌潮压力太大，钢围堰不容易定位，宜采用先成桩后下围堰的施工工艺，成桩后可用钢护筒进行围堰定位。

　　（5）一般情况下，钢吊箱工艺较钢围堰工艺节省经济，且进度快，因此，在钢吊箱工艺可行的前提下，应尽量选择钢吊箱施工。

　　（6）在深厚覆盖层的情况下的大型基础施工，可以考虑直接采用钢护筒作为承力结构，承受钻机等施工荷载，这样可节省大量钢管桩。

　　[1]中华人民共和国交通部.JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社,2000

　　[2]中华人民共和国建设部.GB50020-2002 混凝土结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2002

　　[3]范启宏.超长钻孔桩施工质量控制[J].黑龙江科技信息,2010(13)