pe氣動(dòng)潛錘技術(shù)

1、湖北省地質(zhì)環(huán)境總站工程中心2012培訓(xùn)講課人：羅會(huì)軍郵箱：巖土鉆鑿工程在當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中已占有愈來(lái)愈重要的地位，其應(yīng)用領(lǐng)域已不僅涉及礦產(chǎn)的勘探與開發(fā)，而愈來(lái)愈多地涉及建筑、供水、市政、交通、環(huán)境等方面。而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步改革開放和建設(shè)步伐的加快，這類工程的國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。因此，巖土鉆掘技術(shù)及工藝水平的發(fā)展對(duì)我國(guó)的各類工程建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著愈來(lái)愈重要的影響，空氣潛孔錘鉆進(jìn)以其能夠大幅度提高鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益而視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量鉆探技術(shù)的標(biāo)志之一，受到國(guó)內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝的誕生及發(fā)展是世界鉆探技術(shù)的一

2、次重大革命，它改變了傳統(tǒng)的切削和研磨碎巖方式，使巖石成體積破碎，大大提高了鉆進(jìn)效率和對(duì)堅(jiān)硬及復(fù)雜地層的適應(yīng)性，風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)開始主要始于鉆鑿爆破孔，水井基巖孔，地質(zhì)勘探孔，國(guó)內(nèi)外研究者為了拓展其應(yīng)用范圍，從潛孔錘結(jié)構(gòu)形式、工作性能，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求?？諝鉂摽足@進(jìn)技術(shù)因其如下的一些特點(diǎn)，是它拓展應(yīng)用領(lǐng)域的有利條件：1、鉆進(jìn)效率高，生產(chǎn)實(shí)踐證明，其鉆研進(jìn)效率比波動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)效率高了310倍，效率提高的原因是：?jiǎn)未螞_擊功大，排渣風(fēng)速高，孔底干凈，無(wú)二次破碎；由于無(wú)液柱壓力，在無(wú)地下水的情況下，改善了孔底破條件。 2、潛孔錘的柱齒或球齒硬質(zhì)合金鉆頭，在堅(jiān)硬破碎巖石中伴用，既有利于破巖，又有

3、比金剛石鉆頭壽命高的適應(yīng)性，大大降低了鉆頭成本。3、因鉆具轉(zhuǎn)速低，鉆具對(duì)孔壁的碰撞機(jī)會(huì)較少，而且這種鉆進(jìn)方法是以高頻對(duì)孔底沖擊，減少了對(duì)巖石或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響，從而可提高鉆孔的垂直度，同時(shí)，也可減少孔壁巖石坍塌。4、比起回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，潛孔錘鉆進(jìn)所需的鉆壓和扭矩要小得多。這樣可減輕鉆機(jī)的設(shè)備的質(zhì)量和能力，為大口徑硬巖鉆進(jìn)，邊坡坑滑加固錨桿孔鉆進(jìn)創(chuàng)造了有利的使用條件。5、風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)采用的無(wú)循環(huán)干式作業(yè)，空氣既作為動(dòng)力又作為排渣介質(zhì)，不污染環(huán)境。6、風(fēng)動(dòng)潛孔錘工作時(shí)單次沖擊功在瞬間即可生產(chǎn)極大作用力，因而它可應(yīng)用于軟層沖擊擠密不排土鉆進(jìn)，也可用于非開挖鋪管的夯管技術(shù)。隨著潛孔錘結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，

4、工作性能的優(yōu)化，鉆研進(jìn)工藝的完善以及應(yīng)用時(shí)所顯示出的優(yōu)點(diǎn)，使人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到潛孔錘鉆進(jìn)在復(fù)雜地層、礦產(chǎn)勘探及工程地質(zhì)勘探、錨固工程、灌漿孔、大壩鉆孔中應(yīng)用具有良好前景。自1871年美國(guó)研究制造了一臺(tái)的蒸汽動(dòng)力鑿巖機(jī)以來(lái)，不久之后便將注意力轉(zhuǎn)到空氣作為動(dòng)力的研究上，并于1902年由美國(guó)英格索蘭公司推出了第一臺(tái)便式移動(dòng)空氣壓縮機(jī)，從而導(dǎo)致了氣動(dòng)鑿巖機(jī)的全面發(fā)展?？諝鉂摽族N鉆進(jìn)技術(shù)是上世紀(jì)初開始試驗(yàn)以及5060年代獲生產(chǎn)發(fā)明，并于20世紀(jì)80年代廣為發(fā)展形成的，空氣鉆進(jìn)技術(shù)被視為鉆探技術(shù)的革命，隨著潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)以及鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長(zhǎng)、鉆孔質(zhì)量好的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)潛孔錘結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作性能

5、優(yōu)化，鉆研匹配，鉆頭類型，工藝方法等方面竟相進(jìn)行研究，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求。（一） 國(guó)外的研究現(xiàn)狀1、美國(guó)是空氣潛孔應(yīng)用較早的國(guó)家之一，它從最早的風(fēng)動(dòng)鑿巖開始，不斷進(jìn)行空氣壓縮的改進(jìn)和研究，不斷完善和發(fā)展風(fēng)潛孔錘的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行潛孔機(jī)械的配套，空氣不僅作為碎巖動(dòng)力，排渣及冷卻鉆頭，而且也為鉆機(jī)提供行走、回轉(zhuǎn)等動(dòng)力，使其工藝配套更趨完善和合理，其經(jīng)濟(jì)效益更加突出。風(fēng)動(dòng)潛孔錘的產(chǎn)品越來(lái)越多樣化和系列化，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。最近幾年來(lái)，其在大口徑工程鉆機(jī)施工及潛孔定向鉆進(jìn)以及進(jìn)行非開挖地下管線鋪設(shè)中取得了較大的發(fā)展。2、西德有關(guān)公司，為了有效地提高卵礫石中和堅(jiān)硬巖石的鉆進(jìn)效益，近年來(lái)也將

6、潛孔錘鉆研進(jìn)技術(shù)較廣泛地應(yīng)用于礦山爆破孔、水井、工程和巖石鉆漿中，并取得了較好的效果，特別是潛孔錘取心鉆研進(jìn)技術(shù)及汽舉反循環(huán)工藝得到了較大的發(fā)展。（二） 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)幅員遼闊，地形地貌氣候復(fù)雜多變，有大面積的沙漠戈壁，大面積黃土覆蓋區(qū)，大面積高寒缺水或供水困難地區(qū)，大面積巖溶地區(qū)，并存在冰凍層帶，當(dāng)然還有大量忌用液體循環(huán)介質(zhì)的各種客觀條件等宜于發(fā)展采用多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，以保證鉆探質(zhì)量，提高鉆探速度和降低成本。我國(guó)地質(zhì)部門曾于19571958年在北京和甘肅錫鐵山進(jìn)行過(guò)早期空氣鉆進(jìn)試驗(yàn)。6070年代乃至“六五”期間不少單位陸續(xù)進(jìn)行研究試驗(yàn)生產(chǎn)應(yīng)用，雖未能形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，但對(duì)發(fā)展此技術(shù)

7、的認(rèn)識(shí)都是肯定的，地質(zhì)生產(chǎn)部“七五”科技及攻關(guān)項(xiàng)目之一“多工藝空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的開發(fā)研究”，經(jīng)過(guò)五年攻關(guān)活動(dòng)，項(xiàng)目所設(shè)七項(xiàng)課題和分解進(jìn)行的此項(xiàng)專題，均取得了豐碩成果，包括如下幾下方面：1、空氣潛孔錘鉆進(jìn)器具和工藝除了創(chuàng)造條件，大面積拓廣應(yīng)用常規(guī)潛孔錘鉆進(jìn)處，開發(fā)了反循環(huán)“gq200”型貫通式潛孔錘和配套的“fq200/250”球齒鉆頭，“qg273/210型”跟管鉆進(jìn)鉆具，“qxd165”和“qxs165”型潛孔錘取的鉆具，q150/230、q230/260、q260/300mm潛孔擴(kuò)孔鉆頭，以及井口密封捕塵裝置，并研究總結(jié)了一套空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝，此項(xiàng)成果對(duì)提高我國(guó)水文井鉆探技術(shù)與生產(chǎn)水平

8、效果顯著，后來(lái)又延伸研制成功孔徑95、93mm和8001500mm貫通式潛孔錘。2、設(shè)備研制成功空氣反循環(huán)鉆進(jìn)用“wp”系列雙壁鉆具（114、89、73）三牙輪鉆頭，雙通道水龍頭，主動(dòng)鉆探及巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套空氣反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。3、氣舉反循環(huán)雙壁取樣器具和工藝設(shè)計(jì)研制成功shb系列氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)雙壁鉆桿（114、12、140、168mm），各型鉆頭、氣液分離和巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套取樣判層和鉆進(jìn)工藝。4、空氣鉆進(jìn)用泡沫劑和鉆進(jìn)工藝共研制成功四種泡沫劑（adf1、cdt182、cdt183）和一種清泡劑（dx），其性能達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品水平。5、多功能空氣鉆進(jìn)用鉆機(jī)和

9、各類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為發(fā)展多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)裝備創(chuàng)造了條件。（一）根據(jù)潛孔錘的工作原理及發(fā)展動(dòng)態(tài)，拓展其在復(fù)雜地層（地層松散、鉆進(jìn)困難、孔壁穩(wěn)定性差）鉆進(jìn)時(shí)的跟管及拔管應(yīng)用，同時(shí)提出對(duì)潛孔錘的改進(jìn)措施。（二）根據(jù)空氣潛孔錘在復(fù)雜地層條件下的碎巖優(yōu)勢(shì)，研究其松散布地層及基巖地層中的取心鉆進(jìn)，進(jìn)一步完善鉆具配套，拓展其在復(fù)雜地層在進(jìn)行工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用。（三）風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)行odex工藝，它不僅使用了潛孔錘造孔，同時(shí)解決了套管跟進(jìn)問(wèn)題，避免了鉆孔坍塌和重復(fù)破碎，提高了鉆進(jìn)速度，本文擬探索，在成孔口徑及鉆進(jìn)深度上有所突破，以滿足還在水利、水電、工路、鐵路、工業(yè)及民用等各類災(zāi)害及基礎(chǔ)施工中的不取心鉆進(jìn)。（四

10、）空氣潛孔錘擠密成孔。目前，我國(guó)土層錨桿及樁基孔施中常采用沖洗液正循環(huán)和長(zhǎng)螺旋桿干式作業(yè)鉆進(jìn)方法。用正循環(huán)鉆進(jìn)法因受施工場(chǎng)地，沖洗液排放及污水處理等條件限制，一般很少采用。而長(zhǎng)螺旋干式作業(yè)不僅消耗功率大，而且鉆進(jìn)效率低，成本高，因此一開展?jié)摽族N錐開鉆頭擠密成孔研究具有較為廣泛的應(yīng)用前景。（五）非開挖地下管線施工中潛孔錘鉆進(jìn)，它是一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛，費(fèi)用低的非開挖鋪管施工設(shè)備?？諝鉂摽族N是以壓縮空氣為功力的一種風(fēng)動(dòng)沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過(guò)鉆機(jī)和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，形成對(duì)巖石的脈動(dòng)破碎能力，同時(shí)利用沖擊器排出的壓縮空氣，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻和將破碎后的巖石顆粒排出

11、體外，從而實(shí)現(xiàn)了孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的目的。因此，沖擊器的結(jié)構(gòu)、性能是實(shí)現(xiàn)風(fēng)動(dòng)鉆進(jìn)的重點(diǎn)。1、按沖擊器的配氣方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為有閥和無(wú)閥兩種類型（1）有閥式?jīng)_擊器，這類沖擊器的特點(diǎn)，是由配氣結(jié)構(gòu)的閥片控制的。按排氣方式可分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。旁側(cè)排氣沖擊器使用最早，因其氣缸內(nèi)的氣體由鉆頭兩側(cè)排出，故稱旁側(cè)沖擊器、中心排氣沖擊器是使汽缸內(nèi)的氣體經(jīng)鉆頭的中心孔排出。這種沖擊器的排粉效果好，鉆頭使用壽命長(zhǎng)，鉆進(jìn)效率高，較旁側(cè)沖擊器更適用于潛孔鉆進(jìn)的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。（2）無(wú)閥沖擊器，這種沖擊器沒(méi)有閥，控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配氣系統(tǒng)是布置在汽缸壁上，當(dāng)活塞運(yùn)

12、動(dòng)時(shí)自動(dòng)配氣。由于這類沖擊器不用閥片配氣，所以稱為無(wú)閥式?jīng)_擊器。這類沖擊器的工作壓力比有閥式要低，在相同工作壓力下產(chǎn)生的沖擊功要大一些。2、按沖擊器的額定工作壓力，可以分為低風(fēng)壓沖擊器和中高風(fēng)壓沖擊器。低風(fēng)壓沖擊器，一般是指其額定工作壓力在0.50.7mpa，如宜化一英格索蘭礦山工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的cir系列，無(wú)錫探礦機(jī)械產(chǎn)生產(chǎn)的wc及dj系列，嘉興冶金機(jī)械廠生產(chǎn)的廠系列沖擊器。中高風(fēng)壓沖擊器，是指工作壓力在0.7mpa以上沖擊器，如宜化英格索蘭礦山工程有限公司生產(chǎn)的dh和dhd高風(fēng)壓系列，無(wú)錫探礦機(jī)械產(chǎn)生的cj2、gq、cj系列沖擊器，嘉興冶金機(jī)械廠生產(chǎn)的jw和jg系列沖擊器。一般將工作壓

13、力在0.71.2mpa的沖擊器叫作中風(fēng)壓沖擊器，工作壓力在1.2mpa以上的沖擊器叫作高風(fēng)壓沖擊器。按沖擊的鉆進(jìn)口徑可分為小口徑?jīng)_擊器和大口徑?jīng)_擊器，孔口徑在200mm以下的沖擊器為小口徑?jīng)_擊器，如cir90、cir110、cir150、cir170、j80、j80b、j100、j100b、j150等系列沖擊器，成孔口徑大于200mm的沖擊器叫做大口徑?jīng)_擊器如dh、dhd、cjz、jw200、j200b、j250、fgc15等系列沖擊器。按潛孔錘錘的中心通孔形成分為普通潛孔錘和貫通式潛孔錘。如fgc15o 為貫通式潛孔錘，其余為普通式潛孔錘。貫通式潛孔錘的研制成功，為進(jìn)行大口徑硬巖、砂卵石層鉆

14、進(jìn)，以及進(jìn)行反循環(huán)連續(xù)取樣及繩索取的鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)，降低了設(shè)備（壓縮機(jī)風(fēng)量及風(fēng)量）配套要求，提高了鉆進(jìn)深度。沖擊器是一個(gè)能產(chǎn)生沖擊作用的氣功裝置，其基本結(jié)構(gòu)一般由配氣機(jī)構(gòu)，內(nèi)外缸、活塞幾部分組成。其基本結(jié)構(gòu)見下圖。1 上接頭上接頭2 密封圈密封圈3 逆止閥逆止閥4 彈簧彈簧5 配氣座配氣座6 閥墊7 內(nèi)缸8 活塞9 外缸10 緩沖圈11 半圓卡12 膠圈13 外管14 花鍵套通過(guò)不斷改變進(jìn)排氣方向，就可實(shí)現(xiàn)活塞在氣缸內(nèi)的不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而也能不斷反復(fù)沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的最簡(jiǎn)單原理和過(guò)程。造成控制反復(fù)改變進(jìn)排壓縮空氣方向的機(jī)構(gòu)叫配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是沖擊器

15、的核心部分，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入前氣室時(shí)推動(dòng)活塞上行，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入后氣室時(shí)推動(dòng)活塞下行。活塞是沖擊器的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它依靠活塞運(yùn)動(dòng)將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為沖擊的機(jī)械能，一般是以沖擊動(dòng)態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運(yùn)動(dòng)速度。下面就以右圖闡述沖擊器的基本工作原理。壓縮空氣經(jīng)左側(cè)進(jìn)氣缸進(jìn)入內(nèi)缸和外缸間的環(huán)槽，由內(nèi)缸的徑向進(jìn)氣孔進(jìn)入前氣室（圖中位置），推動(dòng)活塞上行（回程），后氣室內(nèi)氣體由于容積變小而排氣，經(jīng)活塞上端內(nèi)孔與上接頭下部芯管之間環(huán)狀間隙排到襯套的下環(huán)槽，此時(shí)前氣室處于進(jìn)氣行程，后氣室處于排氣行程。當(dāng)活塞中部環(huán)面接觸內(nèi)缸下端內(nèi)孔后，既關(guān)閉了前氣室的進(jìn)氣通道，前氣室處于封閉狀態(tài)，室內(nèi)壓縮氣

16、體開始膨脹作動(dòng)，繼續(xù)推動(dòng)活塞上行，此為膨脹過(guò)程。當(dāng)活塞上端內(nèi)孔與芯管密封面接觸而關(guān)閉排氣環(huán)槽后，后氣室內(nèi)氣體處于壓縮狀態(tài)，進(jìn)入壓縮行程?；钊^續(xù)上行，當(dāng)?shù)锥嗣嬖竭^(guò)襯套上徑向排氣孔后，前氣室開始排氣，經(jīng)襯套內(nèi)孔直接排到下部環(huán)槽，此時(shí)前氣室為排氣行程。當(dāng)活塞上環(huán)面越過(guò)內(nèi)缸環(huán)槽后，壓氣開始進(jìn)入后氣室，后氣室處于進(jìn)氣行程，活塞作減速運(yùn)動(dòng)，直至速度為零而停止運(yùn)動(dòng)，即完成了活塞的回程運(yùn)動(dòng)?；钊麤_程時(shí)前后氣室經(jīng)歷的過(guò)程相反，前氣室依次經(jīng)歷排氣行程，壓縮行程和進(jìn)氣行程，后氣室依次經(jīng)歷進(jìn)氣行程、膨脹行程和排氣行程。經(jīng)潛孔錘作功后的廢氣內(nèi)襯套下環(huán)槽經(jīng)外缸徑向孔排至外缸與外套管之間的環(huán)狀通道，再經(jīng)上接頭右側(cè)排氣孔及

17、專門排氣管排出外，壓氣在孔內(nèi)形成完全的封閉循環(huán)?？諝鉂摽族N鉆進(jìn)技術(shù)不同于普通的切削與研磨原理。它是將壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣的能量通過(guò)空氣潛孔錘這個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)需要破碎的巖石產(chǎn)生高頻的沖擊能量，當(dāng)這個(gè)能量（沖擊功）達(dá)到巖石的臨界破碎功時(shí)，便產(chǎn)生體積破碎，同時(shí)工作后的氣體在一定的風(fēng)速條件下將巖石顆粒排出孔外以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的目的。潛孔鉆鉆進(jìn)的操作技術(shù)雖然簡(jiǎn)單，但是沒(méi)有科學(xué)和熟練的操作，不可能取得理想的鉆進(jìn)效果，有時(shí)還可能發(fā)生麻煩。因此，合理的選用鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)如鉆壓、風(fēng)壓、風(fēng)量和轉(zhuǎn)速是取得理想鉆進(jìn)效果的基本條件。一、鉆壓空氣潛孔錘鉆進(jìn)的基本工作過(guò)程，是在靜壓力（鉆壓）、沖擊力和回轉(zhuǎn)力三種力作用下不碎巖的

18、。其鉆壓的主要作用是為保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以便有效地傳遞來(lái)自沖擊器的沖擊功。鉆壓過(guò)小，難以克服沖擊器的工作時(shí)的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞，鉆壓過(guò)大，將會(huì)增大回轉(zhuǎn)阻力和使鉆頭早期磨損。對(duì)于潛孔錘全面鉆進(jìn)，一般認(rèn)為單位直徑的壓力值在3090kg/cm，而對(duì)于潛孔錘取心鉆進(jìn)，壓力推薦值可查資料較少，據(jù)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)對(duì)空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的壓力推薦值，在軟至中硬巖層為78199n/2，據(jù)成都水文隊(duì)試驗(yàn)資料通過(guò)鉆壓計(jì)算，在軟至中硬巖層一般多為2.944.9kn，即單位面積上的鉆壓為4168n/2。但筆者認(rèn)為，鉆壓的合理選擇應(yīng)考慮到鉆進(jìn)方式（裸孔或偏心跟管、全面鉆

19、進(jìn)或取心鉆進(jìn)），設(shè)備性能、鉆具匹配（鉆具鉆量），以及所選用的沖擊器的性能（如低風(fēng)壓還是中高壓，因工作壓力的不同而背壓不同）進(jìn)行綜合考慮，既要達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果，還要最大限度地減少鉆具及鉆頭的磨損。二、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速的高低主要和沖擊器的沖擊頻率，規(guī)格大小以及鉆巖的物理機(jī)械性質(zhì)有關(guān)。一般轉(zhuǎn)速選用每分鐘20轉(zhuǎn)左右為好，轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)造成鉆頭的嚴(yán)懲磨損和鉆進(jìn)效率的降低，由于氣功潛孔錘進(jìn)是以沖擊碎巖的，回轉(zhuǎn)速度為改變鉆頭合金的沖擊破巖位置，避免重復(fù)破碎，因此，合理的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證在最優(yōu)的沖擊間隔范圍之內(nèi)。最優(yōu)沖擊間隔的確定，多采用兩次沖擊間隔的轉(zhuǎn)角表示，轉(zhuǎn)速與沖擊頻率和最優(yōu)轉(zhuǎn)角的關(guān)系式如下：a=n 260/f （度）

20、 式中：a - 最優(yōu)轉(zhuǎn)角（度） n - 鉆具轉(zhuǎn)速 （r / min） f -沖擊頻率 （次/min）美國(guó)水井學(xué)會(huì)（nwwa）康伯爾認(rèn)為在硬巖中兩次沖擊之間的最優(yōu)轉(zhuǎn)角為11，因而主張鉆機(jī)立軸轉(zhuǎn)速在1830r/min。而在多年的施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各種地層及潛孔錘鉆進(jìn)的不同鉆進(jìn)試驗(yàn)應(yīng)用，認(rèn)為鉆速選擇在2050轉(zhuǎn)/分是比較合理的，對(duì)于硬巖層選用低轉(zhuǎn)速，對(duì)于軟巖層選用較高轉(zhuǎn)速。三、空氣壓力潛孔沖擊器的沖擊頻率和沖擊功都與空氣壓力有關(guān)，空氣壓力是決定沖擊功的重要因素，因而也是影響機(jī)械鉆速的主要參數(shù)，從國(guó)內(nèi)外大量資料證料，機(jī)械鉆速的提高和空氣壓力的提高是成正比關(guān)系。例如：空氣壓力從0.6mpa提高至1.03

21、mpa時(shí)，鉆進(jìn)速度可提高一倍?？諝鈮毫Τ凉M足潛孔錘工作壓力外，還應(yīng)克服管道壓力損失，孔內(nèi)壓力降、潛孔錘壓降外，尚須在有水情況下克服水柱壓力，才能正常工作。p=q2pmp錘p水式中：p -空氣壓力 mpa q2-每米干孔的壓力降（一般為0.0015mpa/m） l-鉆桿柱長(zhǎng)度（m） pm-管道壓力損失（pm=0.10.3mpa） p錘-潛孔錘壓力降 mpa p水-鉆孔內(nèi)水柱壓力從上式可以看出在無(wú)水條件下，鉆時(shí)深度增加，空壓壓力越大，鉆進(jìn)深度越大。四、空氣量空氣鉆進(jìn)中空氣清耗量是根據(jù)氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)（耗氣量）及為清除孔內(nèi)巖屑的最低上返速度而確定。根據(jù)文獻(xiàn)資料推薦，為保持清除和攜帶孔底巖屑的

22、鉆孔環(huán)隙，上返速度，取心鉆進(jìn)成，上返速度v=1015m/s，全面鉆進(jìn)時(shí)v=2025m/s，為滿足上述要求對(duì)空氣量的計(jì)算，一般采用下式：q=47.1k1k2(d2d2)v式中：q-鉆進(jìn)時(shí)所需空氣量m3/mink1-孔深損耗系數(shù)，孔深100200m以內(nèi)取1.01.1k2-孔內(nèi)涌水時(shí)，風(fēng)量增加系數(shù)，其值與涌水量有關(guān)，中等和入涌水量成k2=1.5d-鉆孔直徑（m）d-鉆桿外徑v-環(huán)狀間隙氣流上返速度總之，鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇應(yīng)考慮到巖石的機(jī)械特性，沖擊器的性能，鉆孔深度，孔內(nèi)水柱壓力，鉆孔口徑等諸多因素，在取得最佳的鉆速同時(shí)，避免更多的動(dòng)力及成本消耗。上一章就空氣潛孔的類型、工作原理及鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)已有綜

23、述，我們知道空氣潛孔潛是實(shí)現(xiàn)空氣鉆進(jìn)的核心部分，而沖擊器的核心是活塞這個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，由它產(chǎn)生高頻的振動(dòng)及沖擊作用直接傳遞給鉆頭而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)目的。因此，就如何根據(jù)潛孔錘的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理來(lái)改變力的傳遞方向，以實(shí)現(xiàn)其在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)分步跟管護(hù)孔，及拔出導(dǎo)管是本章的研究重點(diǎn)。在常規(guī)鉆操作工作中，跟管與拔管都是靠吊鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，特別是在水平孔鉆中孔施工中會(huì)增加大量的人力消耗，而卻效率極低，甚至無(wú)法進(jìn)行工作，達(dá)不到設(shè)計(jì)目的。年年，在成都市順城街地下通道管棚施工及三角處交流中心深基坑支護(hù)成孔，錨桿施工中遭遇此困難，因地層皆為第四系列卵石層且地下水皆已疏干，護(hù)孔極為困難，雖當(dāng)時(shí)已有

24、偏心跟管工藝應(yīng)用，但因該工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不十分成熟，且鉆進(jìn)深度遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)時(shí)深度的要求，給施工帶來(lái)較大困難，為此，在通過(guò)如何就就根據(jù)沖擊器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，成功實(shí)現(xiàn)了空氣潛孔錘在跟拔管施中的應(yīng)用，解決了施工難題，并創(chuàng)造了較好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，為在復(fù)雜地層中進(jìn)行水平孔鉆進(jìn)提供了有利的技術(shù)支撐，使空氣潛孔鉆進(jìn)工藝在非開挖鋪設(shè)管線，隧道管棚施工，邊坡錨桿及錨索施工以及鉆探埋卡鉆的事故處理上得到了更為廣泛的應(yīng)用，拓展了空氣潛孔錘的應(yīng)用領(lǐng)域。筆者于年首次在成都市順城城街過(guò)街通道管棚施工中應(yīng)用，解決了在水平施工中跟拔管困難以來(lái)，后多次在進(jìn)行非開挖鋪設(shè)管線，深基坑錨固支護(hù)，邊坡錨索，錨桿

25、施工中得到進(jìn)一步應(yīng)用，并使之與偏心跟管潛孔錘鉆進(jìn)工藝相結(jié)合，使該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用?？諝鉂摽族N跟管的基本原理是將沖擊器活塞產(chǎn)生的高頻振動(dòng)及沖擊力直接作用到導(dǎo)管上，將導(dǎo)管跟入孔內(nèi)，其具體過(guò)程如下：空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入沖擊器，使活塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而對(duì)打桿產(chǎn)生高頻的振動(dòng)沖擊作用，打桿再將沖擊頻率及沖擊力傳遞到導(dǎo)管，使導(dǎo)致管在高頻振動(dòng)及沖擊作用下跟入地層而達(dá)到護(hù)孔的目的。二、跟管實(shí)現(xiàn)機(jī)具1、下缸接頭，原沖擊器下缸接頭是實(shí)現(xiàn)傳遞回轉(zhuǎn)和扭短作用的，而跟管是在不回轉(zhuǎn)下進(jìn)行的，因此，需對(duì)下缸接頭進(jìn)行改進(jìn)。、打桿：打桿及作用相當(dāng)于鉆頭，沖擊器活塞直接其上，其與巖心管接頭連接，接頭又與導(dǎo)管相

26、接，因此打桿直接將沖擊功傳遞至導(dǎo)管。、巖心管接頭：巖心管接頭其作用是將打桿及套管連接在一起，同時(shí)為了讓沖擊器工作后的氣體排出，通常在接頭上鉆口徑mm的排氣孔，以降低導(dǎo)管內(nèi)的氣體背壓。在復(fù)雜比層中進(jìn)行垂直或水平孔施工中往往進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)完畢或發(fā)生孔內(nèi)事故，經(jīng)常遇到起拔導(dǎo)管的問(wèn)題。常規(guī)方法為使用吊錘和千斤頂進(jìn)行強(qiáng)力起拔，但往往失敗和將導(dǎo)管拔斷，后采用潛孔錘法，利用其高頻振動(dòng)進(jìn)行松動(dòng)和解卡，再施以一定的起拔索引力，可將導(dǎo)管輕松拔出。一、拔管原理將沖擊器下缸接頭重新進(jìn)行改進(jìn)加工成一打墊，沖擊器活塞直接作用于打墊上，打墊將沖擊作用傳遞給外缸，再通過(guò)外缸與沖擊器上接頭及導(dǎo)管的連接傳遞至導(dǎo)管上，導(dǎo)管在

27、高頻的沖擊及振動(dòng)作用下拔出孔外，沖擊器工作后的氣體從打墊的中心孔排出。二、主要實(shí)現(xiàn)器具1、打墊：其作用相當(dāng)于鉆頭，直接承接沖擊作用。、連接三通：其作用為連接沖擊器與導(dǎo)管，同時(shí)將氣送入沖擊器。沖擊器跟管拔管技術(shù)，有人曾多次在米的孔內(nèi)應(yīng)用，幾乎全都應(yīng)用成功，如在施工中確有困難時(shí)，可加大沖擊中的性能，施加較大的牽引力。但值得注意的是沖擊器工作時(shí)的高頻振動(dòng)，易破壞絲扣，因此在工作過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)將已松動(dòng)的絲扣旋緊，另外在拔管時(shí)，外缸受力后容易產(chǎn)生斷裂，可向廠家提出改善材質(zhì)及增大厚度的要求來(lái)解決此問(wèn)題?？諝忏@進(jìn)以其能大幅度鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益而被視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量

28、鉆探技術(shù)水平的標(biāo)志之一，受到國(guó)內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。國(guó)外經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，進(jìn)入年代，空氣鉆進(jìn)技術(shù)日益完善，形成了以含氣低密度介質(zhì)，多種循環(huán)方式、多種碎巖方法的多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于石油、煤油、固體礦產(chǎn)、水文水井、工程地質(zhì)勘察，工程施工等領(lǐng)域，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。作為多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)配套重要內(nèi)容的空氣沖擊回轉(zhuǎn)（潛孔錘）取芯鉆進(jìn)技術(shù)的試驗(yàn)研究，其主要意義在于適應(yīng)堅(jiān)硬及復(fù)雜地層、干旱缺水、供水困難、以及忌用液體循環(huán)介質(zhì)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)勘探，固體礦產(chǎn)勘查，為獲得地層的實(shí)物巖心資料，滿足地質(zhì)質(zhì)量及工程技術(shù)要求，提高鉆進(jìn)效率，而充分利用空氣鉆進(jìn)的主要技術(shù)裝置和器具，配置

29、適應(yīng)的取心鉆頭及鉆具即可有效工作。4.1.1 國(guó)內(nèi)外對(duì)空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀值得指出的是，在應(yīng)用空氣潛孔錘不取心鉆進(jìn)大幅度提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)，為滿足部分孔段巖心采取要求的取心式?jīng)_擊回轉(zhuǎn)已經(jīng)提出。多年來(lái)，通過(guò)不同途徑的試驗(yàn)研究獲得了較大的進(jìn)展，堅(jiān)硬巖石及復(fù)雜地層取心鉆進(jìn)取得成功，貫通式潛孔錘連續(xù)取四樣及繩索取心技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。取心技術(shù)在各種領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。4.1.2 國(guó)外基本情況1、原蘇聯(lián)出版的“巖心鉆探學(xué)”，關(guān)于空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的鉆具結(jié)構(gòu)，由氣動(dòng)沖擊器+巖心管+氣動(dòng)沖擊鉆組成，在ixx級(jí)巖石中鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速達(dá)成2.52m/h，巖心采取率為7580%。2、西德空氣潛孔錘主要應(yīng)

30、用于第四系卵石層和淺孔中，并且應(yīng)用潛孔錘取心鉆進(jìn)已取鉆進(jìn)展，其鉆頭型式為原壁園筒，底唇面鑲嵌球齒或片齒合金。3、美國(guó)剛開展了取心鉆進(jìn)技術(shù)在石油、礦山等其它領(lǐng)域的潛孔錘取心應(yīng)用研究，其工藝也由單位的正循環(huán)發(fā)展到反循環(huán)低密度循環(huán)介質(zhì)領(lǐng)域，在空氣鉆進(jìn)深度上有著更大的發(fā)展?？諝鉂摽族N鉆進(jìn)的主要設(shè)備與機(jī)具配套是：鉆機(jī)、空壓機(jī)、氣動(dòng)沖擊器、鉆具等，以及附屬設(shè)備。對(duì)主要設(shè)備機(jī)具的基本技術(shù)要求：一、鉆機(jī)：常規(guī)油壓鉆機(jī)及水文水井鉆機(jī)。動(dòng)力頭鉆機(jī)基本適用。應(yīng)重視鉆機(jī)具有相匹配的低轉(zhuǎn)速性能（一般2040r/min），具有較好的加壓、減壓機(jī)構(gòu)，給進(jìn)行程大、機(jī)動(dòng)性能好，履帶式液動(dòng)力頭工程及錨固鉆機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用。二、空壓機(jī)

31、：作為氣動(dòng)沖擊器的動(dòng)力源，又是吹洗井底巖屑，冷卻鉆頭的洗井介質(zhì)。因其風(fēng)壓既要滿足沖擊器的工作需要，又要能排出巖屑，所以在選用空氣壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)根據(jù)沖擊器的工作性能，鉆孔口徑深度等因素進(jìn)行綜合考慮。三、氣動(dòng)沖擊器：國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品型號(hào)繁多，要根據(jù)鉆孔口徑、深度以及鉆進(jìn)工藝方法合理選擇，基本類型為低壓、中壓潛孔沖擊器。一、鉆具組合的整體結(jié)構(gòu)潛孔錘取心鉆具的組合，是以潛孔沖擊器通過(guò)自行研制的花鍵軸套式聯(lián)動(dòng)器與取心鉆具連接成可拆卸的整體，再與鉆桿柱、主動(dòng)鉆桿、液壓動(dòng)力頭連接。下入孔內(nèi)，通過(guò)空壓機(jī)供給具有一定壓力的壓縮空氣，在鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)作用下，實(shí)現(xiàn)潛孔錘鉆具的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。二、鉆具類型（一）取心單管鉆具1、鉆具結(jié)

32、構(gòu)如下：動(dòng)力頭鉆桿柱潛孔沖擊器自行研制的花鍵軸套式聯(lián)動(dòng)器特殊巖心管接頭上擴(kuò)孔器厚壁巖心管下擴(kuò)孔器取心卡簧及鉆頭（柱齒或片齒）2、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，操作簡(jiǎn)單，厚壁巖心管強(qiáng)度高，采用8mm大螺紋，增大了螺紋的耐沖擊強(qiáng)度，易于拆卸。3、適用范圍：在完整、比較完整的均質(zhì)或非均質(zhì)，中硬、硬巖層取心鉆進(jìn)及空氣潛孔錘不取心鉆進(jìn)中可配合分段取心。（二）取心單動(dòng)雙管鉆具1、鉆具結(jié)構(gòu)見圖：2、對(duì)單動(dòng)雙管取心鉆具結(jié)構(gòu)要求 單動(dòng)裝置性能良好、靈活可靠、保證內(nèi)容不轉(zhuǎn)動(dòng)。 具有足夠的內(nèi)通風(fēng)斷面，確保壓縮空氣暢通，風(fēng)阻小。 風(fēng)外管同軸度好，卡簧與卡簧配合適度，采心功能可靠。三、擴(kuò)孔器：擴(kuò)孔器的作用是修整孔壁，保持孔

33、徑符合規(guī)定要求，保持孔內(nèi)鉆具，在沖擊回轉(zhuǎn)作用的穩(wěn)定性，防止鉆頭早期磨損，延長(zhǎng)鉆頭伴用壽命。采用肋骨性結(jié)構(gòu)，選用d240以上厚壁無(wú)縫鋼管，兩端本劑與巖心管扣型相同的螺紋，管外園周均布6條肋骨片（最好為螺旋形），并在肋骨片上鑲焊5513硬質(zhì)合金塊，其外徑較鉆頭外徑大0.51.0mm。四、花鍵軸套式聯(lián)動(dòng)器采用何種機(jī)構(gòu)將潛孔沖擊器的沖擊功及鉆機(jī)回轉(zhuǎn)力短傳遞到孔內(nèi)取心鉆具及鉆頭上，是實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)的關(guān)鍵部分。通常潛孔沖擊器與鉆頭的連接多采用花鍵賀柱銷式。結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但其徑向間隙過(guò)大，同心度差，不能適應(yīng)較長(zhǎng)取心鉆具的連接強(qiáng)度和預(yù)防鉆孔彎曲的要求。為將潛孔沖擊器之沖擊力及鉆具回轉(zhuǎn)扭矩有效地傳遞到巖管

34、，通過(guò)多種方案比較，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出花鍵軸套式聯(lián)動(dòng)器裝置，花鍵軸寺通過(guò)特殊變徑接頭與沖擊器外擄下接頭相連，花鍵軸下端采用頂錐式“梯形螺旋紋”與巖心管接頭相連，上端直接接受沖擊器活塞垂直傳遞沖擊力，成功地解決了沖擊器與取心鉆具連接及沖擊回轉(zhuǎn)力的傳遞。五、空氣潛孔錘取心鉆頭為了實(shí)現(xiàn)取心鉆進(jìn)，應(yīng)根據(jù)空氣鉆進(jìn)的基本特點(diǎn)，巖石的機(jī)械物理特性進(jìn)行設(shè)計(jì)鉆頭，以取得最佳的應(yīng)用效果，取心鉆頭分為單管與雙管兩種，其結(jié)構(gòu)見圖。（一） 結(jié)構(gòu)1、鉆頭體：當(dāng)沖擊回轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭體承受著沖擊、回轉(zhuǎn)扭矩，軸向靜載荷，處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，為適應(yīng)氣功沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的技術(shù)要求，鉆頭體材質(zhì)應(yīng)具有高的抗擠壓、抗彎曲、抗扭強(qiáng)度，本次試驗(yàn)選用ff

35、710釬頭專用鋼，這是一種低炭板狀馬氏體鋼，空冷硬度可達(dá)hrc4045，機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好，耐磨，抗沖擊性能好，經(jīng)鍛制按鉆頭冠部設(shè)計(jì)加工成型，為適應(yīng)各種地層的需要，可將鉆頭體進(jìn)行調(diào)質(zhì)和表面滲氮外照，以進(jìn)一步提高鉆頭體的強(qiáng)度和耐磨性以提高鉆頭的使用壽命。2、鉆頭體連接螺紋，應(yīng)具有連接強(qiáng)度高，易拆卸的特點(diǎn)，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)螺距8mm特殊梯性和母螺紋連接型式，鉆頭內(nèi)車削錐度3的卡簧座。3、鉆頭體通風(fēng)排粉槽。通過(guò)計(jì)算在鉆頭底唇及內(nèi)外側(cè)面銑磨通風(fēng)排粉弧形通道1020mm四組。4、硬質(zhì)合金柱齒鉆頭選用211221801r34錐形齒或q1201804r63，1218mm球形齒，片齒鉆頭選用qk2722220

36、252型271622mm，在硬巖一般選用球形齒，在較軟巖先用錐形齒或片齒以提高巖心強(qiáng)度。5、合金排列：合金的排列形式應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，巖石的機(jī)械特性（體積破碎功）以及所選用的沖擊器類型綜合考慮。單管柱齒均以冠部?jī)?nèi)外斜鑲式（35），內(nèi)外出刃1.52.5mm，底出刃5mm，130/110鉆頭冠部合金分為四組計(jì)12粒（內(nèi)刃4粒，外刃8粒），單管片齒采取直鑲式均布六片內(nèi)外出刃1.52.5mm，底刃58mm。6、固齒方式：采取冷壓、熱壓或高頻焊接方式，當(dāng)進(jìn)行硬巖鉆進(jìn)時(shí)采取冷壓，以免掉齒式合金碎裂。（二） 鉆頭適用范圍潛孔錘單管取心鉆頭（柱齒及片齒）主要適用于較完整的中硬、硬、中等研磨性、脆性的可鉆性48

37、給均質(zhì)或非均質(zhì)的砂巖、石灰?guī)r以及火成巖類地層，亦可用于可鉆性35級(jí)砂巖、粉砂巖層，不適應(yīng)軟的塑性泥質(zhì)巖類地層。潛孔錘雙管取心鉆頭，主要適用于較完整較破碎的中硬硬、中等研磨性、具脆性的可鉆性48級(jí)均質(zhì)或非均質(zhì)的砂巖、灰?guī)r及成巖以及第四系砂卵石層鉆進(jìn)，亦可用于可鉆性35級(jí)砂巖、粉砂巖層。六、取芯卡簧卡簧與卡簧座配套使用，專門用以卡取巖心，是潛孔錘取的鉆具，不可少的重要易損零件。1、結(jié)構(gòu)圖。2、特點(diǎn)：卡簧應(yīng)根據(jù)巖石特點(diǎn)，注意卡簧內(nèi)徑與鉆頭內(nèi)徑的精密配合，一般卡簧自由內(nèi)徑較鉆頭內(nèi)徑小0.30.5mm，單簧卡簧應(yīng)重視巖心與卡簧有效通風(fēng)斷面的合理設(shè)計(jì)，以減少風(fēng)阻及巖心堵塞?？諝鉂摽族N鉆進(jìn)的地質(zhì)條件，通常適

38、用于可鉆研性510級(jí)的中硬堅(jiān)硬巖石才能充分體現(xiàn)出其技術(shù)優(yōu)越性，然而為拓展其應(yīng)用領(lǐng)域及與常規(guī)地質(zhì)鉆探設(shè)備的配套使用，分別在四川盆地以沉積巖為主的泥質(zhì)，鈣質(zhì)膠結(jié)的泥巖、砂巖、粉砂巖為主的一套“紅色地層”，和含水半富的厚層砂卵礫石層以及成都周邊的花崗巖、片麻巖、石灰?guī)r等硬碎性地層進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，其主要工作對(duì)象不僅包括以月攻地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)勘探、水井鉆探、工程地質(zhì)勘察，而且包括地質(zhì)災(zāi)害治理、水利水電基礎(chǔ)施工、邊坡支護(hù)與錨固超前預(yù)支護(hù)管棚施工等鉆探為目的的鉆探工作。雖然試驗(yàn)的地層不是很全面，但其有一定的代表性，不過(guò)作為技術(shù)方法配套以及潛孔錘鉆進(jìn)獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍可以進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。1、工程簡(jiǎn)況成

39、都市順城街人防地下通道工程，位處蜀都大道鬧市區(qū)，從地面以下7.5m穿越長(zhǎng)度為55.093m，建成后凈寬4.3m，凈高3.6m平戰(zhàn)結(jié)合的人防地下通道。經(jīng)專家會(huì)議論證，由鐵道部科學(xué)研究院西南分院根據(jù)國(guó)際上先進(jìn)的“新奧法隧道修建法”原理，決定采用“松散圍巖淺埋暗挖”新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)新技術(shù)方案的關(guān)鍵，是在隧硐開挖前，以一定擴(kuò)散角沿隧硐頂部輪廓打水平孔，并在成孔后下入鋼管，注漿加固，形成管棚超前預(yù)支護(hù)，然后開挖，襯砌支護(hù)。1992年12月，我公司承擔(dān)了這項(xiàng)工期緊、質(zhì)量要求高、技術(shù)難度大、高風(fēng)險(xiǎn)的“長(zhǎng)條件相同，該大廈地面37層，地下三層，基坑開挖15m，采用人工挖孔樁及錨桿護(hù)壁，錨桿距地表7.2米，孔深1

40、5m，設(shè)計(jì)抗拔力50t。2、長(zhǎng)管棚超前預(yù)支護(hù)護(hù)施工技術(shù)“長(zhǎng)管棚超前預(yù)支護(hù)”施工技術(shù)，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外在軟弱圍巖體中隧道施工的一種高效、安全的先進(jìn)技術(shù)，歐、美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)、國(guó)家尚在發(fā)展完善中。我國(guó)鐵道80年代以來(lái)，已在若干線路隧道穿越斷層、破碎巖體中應(yīng)用，管棚長(zhǎng)度在1518m，設(shè)備及鉆進(jìn)取心、跟管工藝已列入“八?五”期間研究解決的技術(shù)難題。地礦部機(jī)電所研制的“土星881、890”型全液壓多功能鉆機(jī)，在北京西單地鐵車站以亞粘土、砂礫土為主的第四紀(jì)地層，采用水平蔽旋鉆進(jìn)工藝，進(jìn)尺5萬(wàn)米，被國(guó)際隧道與地下工程學(xué)術(shù)會(huì)議肯定，并認(rèn)為達(dá)到國(guó)際水平。但是，在松散的中密砂卵石層進(jìn)行管棚水平跟管鉆進(jìn)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功的

41、工程實(shí)例。通過(guò)兩個(gè)階段施工，累計(jì)完成水平孔38個(gè)，進(jìn)尺661m，平均鉆井跟管深度17.3m，最深者31.34m。從而突破了在疏干、中密砂卵礫石層水平鉆孔的鉆進(jìn)及跟管技術(shù)難關(guān)，安全地穿越了蜀都大道地地面以下埋設(shè)的十余條水、電、通訊管線，特別是污水管和電力管道的基底距通道僅0.55m，而未受損失。地面交通正常進(jìn)行，保證了工期，工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。4月下旬已經(jīng)貫通的地下通道，有力地證實(shí)“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”確保了掘進(jìn)的安全及工程進(jìn)度。1993年9月國(guó)際電視節(jié)目及國(guó)際熊貓節(jié)在成都開幕之際，人防地下人行通道正式投入運(yùn)行，迄今已安全運(yùn)行12年，從而肯定了“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”在松散砂卵礫石淺

42、埋暗挖工程實(shí)踐中獲得成功，受到鐵科院、市人防指揮部的高度評(píng)價(jià)與贊揚(yáng)，認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。在交通、水利、市政、地鐵建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害治理中擴(kuò)大鉆探服務(wù)領(lǐng)域，為開拓多工藝空氣鉆探，提供了一種新的施工技術(shù)，具有廣闊的市場(chǎng)及發(fā)展前景。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，“管棚超前預(yù)支護(hù)水平鉆孔”的施工技術(shù)，自94年以來(lái)，已先后在寶成鐵路復(fù)線建設(shè)青江3號(hào)隧道；松散巖類輻射井供水工程等不同服務(wù)領(lǐng)域，擴(kuò)大應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)一步完善和發(fā)展了多工藝空氣鉆探技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)僅上述3項(xiàng)工程，完成鉆孔120個(gè)，鉆探進(jìn)尺2205m，平均孔深18.4m，深者達(dá)33.4m，獲得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。3、管棚水平鉆孔在砂卵

43、礫石層施工技術(shù)的難點(diǎn)是鉆進(jìn)、護(hù)壁及跟管。為突破技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)多方案論證，并為施工實(shí)踐，立足現(xiàn)有技術(shù)裝備條件，充分發(fā)揮空氣鉆進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，直接應(yīng)用“空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)”，是突破卵石鉆進(jìn)的有效方法，采取地面潛孔沖擊器分級(jí)水平跟管技術(shù)是十分有效措施。由此形成的“小徑超前取心鉆進(jìn)，潛孔沖擊器水平跟管”的鉆進(jìn)跟管綜合工藝技術(shù)，突破了技術(shù)難關(guān)，拓寬了空氣鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。3.1鉆孔結(jié)構(gòu)測(cè)量放線、安設(shè)6塑料管定位。為預(yù)防鉆孔彎曲，首先應(yīng)下好孔口導(dǎo)向管，采用“小徑超前鉆進(jìn)，分級(jí)跟進(jìn)鋼管“的技術(shù)方法。一般開孔150mm，跟入146mm定向?qū)Ч?3m，換徑跟進(jìn)127mm注漿鋼管68m，108mm注漿管跟進(jìn)至設(shè)

44、計(jì)深度。3.2鉆進(jìn)工藝技術(shù)3.2.1空氣潛孔錘單管取心鉆進(jìn)法，適用于超徑卵礫石密集孔段。（1）鉆頭型式：選擇礦山釬頭合金，10mm15mm及7mm10mm楔形齒；128mm球形齒；16mm12mm8mm片形齒，分別采用氣焊或高頻焊接法，成為同徑潛孔錘取鉆頭。（2）鉆具組合：分單管取心鉆具及單動(dòng)雙管取心鉆具。本項(xiàng)目工程僅用單管鉆具，并針對(duì)超徑卵石的破碎難題，回次長(zhǎng)度小，鉆具結(jié)構(gòu)作了較大簡(jiǎn)化。（3）技術(shù)參數(shù)a、軸向壓力：為保證鉆頭齒刃能與巖石緊密接觸，克服沖擊器的反彈力，為有效地傳遞來(lái)自沖擊器的沖擊力，一般在45kn。b、轉(zhuǎn)速：一般在5070r/min。c、空氣壓力與空氣量：為滿足潛孔沖擊器的正常

45、工作，提供較大沖擊功，氣壓一般淺孔為0.450.6mpa?？諝饬恳员ＷC清除和攜帶孔底巖屑的鉆孔環(huán)隙上返速度確定。水平鉆也受巖性及鉆孔條件限制，鉆具結(jié)構(gòu)在巖主管接著上增設(shè)分氣孔，以減少氣流的沖擊攜砂能力，實(shí)際空氣量以滿足潛孔沖擊器正常工作為原則。（4）操作要點(diǎn)a、根據(jù)注漿鋼管直徑，選擇j-80b或j-100b潛孔沖擊器及其相匹配的聯(lián)動(dòng)器，連接取心鉆具，下入孔內(nèi)進(jìn)行空氣沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)。b、淺孔段有時(shí)利用常規(guī)合金取心鉆具，在孔口地表主動(dòng)鉆桿以下連接潛孔沖擊器，通過(guò)鉆桿傳遞沖擊功。c、鉆進(jìn)中以適當(dāng)壓力克服沖擊器工作的反弱力，有效地傳遞沖功，低轉(zhuǎn)速保證鉆頭的合理轉(zhuǎn)角，通過(guò)cs-kqxd型聯(lián)動(dòng)器傳遞回轉(zhuǎn)

46、扭矩，從而實(shí)現(xiàn)在沖擊回轉(zhuǎn)中破碎巖石。（5）鉆進(jìn)效果：據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)資料，在密集或超徑卵石層段鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速達(dá)2.36m/h，高者達(dá)4.24m/h，較普通合金鉆頭機(jī)械鉆速平均提高59.5%以上，平均臺(tái)效467m，并可高達(dá)600m，較普通合金鉆進(jìn)平均提高89.1%以上。5.2.2無(wú)循環(huán)液?jiǎn)喂芷胀ê辖疸@進(jìn)法，適用于粒徑較小的砂卵礫石層孔段。（1）鉆頭型式：選擇8mm16mm八角及5mm5mm13mm方形合金，呈品字形，密集式排列的取心鉆頭。（2）鉆具組合：常規(guī)型。（3）技術(shù)參數(shù)：鉆壓2.9-4.9kn；轉(zhuǎn)速5070r/min。（4）操作要點(diǎn)：a、選擇較注漿鋼管小一級(jí)合金鉆頭，采用無(wú)循環(huán)液干鉆法，超前

47、鉆進(jìn)0.51.0m，提出鉆具，進(jìn)行地表跟管；b、鉆進(jìn)效果：據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)表資料，砂卵石層中平均機(jī)械鉆速1.48m/h，平均臺(tái)效247。3.3跟管工藝技術(shù)3.3.1管棚注漿鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定選用127mm，108mm地質(zhì)鋼管，采用地質(zhì)套管接箍連接方式，鋼管長(zhǎng)度一般為1.01.5m，鋼管表面按設(shè)計(jì)排列鉆10mm出漿孔。套管靴采用同徑厚壁7mm管，底端成45內(nèi)嗽叭型，并經(jīng)熱處理。錨桿施工鋼管除不鉆注漿孔外，其它要求同上。5.3.2潛孔沖擊跟管器具（1）潛孔沖擊器：j-150b、j-100b。（2）組合沖擊連接器：按不同型號(hào)的沖擊器及鋼管直徑配套。（3）潛孔沖擊跟管鉆具組合：主動(dòng)鉆桿沖擊器組合沖擊連接器鋼管

48、接頭注漿鋼管。3.3.3技術(shù)參數(shù)（1）以滿足潛孔沖擊品正常工作，有效地傳遞沖擊為目的。通?？諌簷C(jī)的氣壓在0.400.60mpa，空氣量為810m3/min。由此產(chǎn)生的單次沖擊功，j-150b型為330j，j-100b型為150j。3.3.4操作要點(diǎn)（1）當(dāng)小徑鉆進(jìn)后，連接注漿鋼管，安裝具有分流孔的鋼管接頭及沖擊連接器和潛孔沖擊器。當(dāng)啟動(dòng)空壓機(jī)，通過(guò)閘門操作，氣體驅(qū)動(dòng)沖擊器運(yùn)動(dòng)，而將沖擊功傳遞給注漿鋼管，實(shí)現(xiàn)水平跟管鉆進(jìn)。廢氯通過(guò)分流孔逸出，而不排除孔內(nèi)巖屑。（2）為保證注漿鋼管跟管方向偏斜符合設(shè)計(jì)要求，防止沖擊器及主動(dòng)鉆桿的水平策略作用引起跟管偏斜，應(yīng)在孔口地表沖擊器與主動(dòng)鉆桿段安裝活動(dòng)中心導(dǎo)

49、正架。（3）必須采取先小徑超前鉆進(jìn)，后地表跟管方法。（4）潛孔沖擊跟管，切忌盲目跟管，保持均速，跟管困難時(shí)可扭磨鋼管，必要時(shí)采用小徑掏心鉆進(jìn)后跟管。3.3.5通過(guò)38個(gè)管棚鉆孔資料，累計(jì)跟管127mm、108mm長(zhǎng)度966m，平均單孔跟管鉆進(jìn)濃度達(dá)17.37m，跟管深度大于20m的鉆孔9個(gè)，19個(gè)孔108mm管跟進(jìn)達(dá)31.31m。錨桿施工鉆孔62個(gè)，累計(jì)跟進(jìn)123mm管（導(dǎo)正）250m，108mm導(dǎo)管930m，全部孔深均達(dá)到設(shè)計(jì)15m。3.4拔管工藝要求3.4.1在鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)發(fā)生孔內(nèi)事故或鉆孔彎曲及錨桿鉆孔完成下入錨筋及注漿管后，往往需要起拔導(dǎo)管，因此，起拔導(dǎo)管是我們?cè)谑┕ぶ幸媾R的施工難題。

50、常規(guī)的拔管方法如吊錘或千斤頂法在垂直孔中雖然有效，但經(jīng)常將導(dǎo)管拔斷，造成重大的孔內(nèi)事故，特別是在水平孔或斜孔施工中，施工為困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率極低，為此，在此兩項(xiàng)工程中我閃通過(guò)對(duì)潛孔錘的工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，將潛孔錘進(jìn)行改進(jìn)，利用潛孔錘的工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，將潛孔錘進(jìn)行改進(jìn)，利用潛孔錘的高頻振動(dòng)沖擊原理進(jìn)行導(dǎo)管起拔，取得了十分明顯的效果，通過(guò)合理地拔管配套工藝，將1530米的孔內(nèi)導(dǎo)管全部拔出。該工藝技術(shù)在不增加其它機(jī)具設(shè)備的同時(shí)，大大降低了施工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了施工成本。因此，空氣潛孔錘拔管技術(shù)將在需要起拔管導(dǎo)管的鉆探施工及處理埋卡鉆事故中具有廣泛的應(yīng)用前景。5.4.2潛

51、孔錘拔管器具（1）潛孔沖擊器：j-150b、j-100b。（2）組合沖擊連接器：按不同的型號(hào)沖擊器及鋼管直徑配套。（3）拔管器具組合（由內(nèi)至外）：導(dǎo)管導(dǎo)管接頭組合式連接器改進(jìn)后的沖擊器。5.4.3操作要求（1）拔管器具連接好后，先控制風(fēng)壓和風(fēng)量，利用沖擊器的高頻振動(dòng)，松動(dòng)導(dǎo)管后再正常起拔。（2）當(dāng)管接松動(dòng)后，拔管速度較慢時(shí)可適當(dāng)對(duì)組合器具利用鉆機(jī)立軸施工加一定的牽引力，提高拔管速度。（3）因?qū)Ч芸估瓘?qiáng)度較低，切忌盲目強(qiáng)力起拔管，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管直徑及鉆孔深度合理選擇沖擊器。（4）導(dǎo)管拔出一定長(zhǎng)度后應(yīng)對(duì)拔管器具進(jìn)行導(dǎo)正和支撐，以保證順利拔管和避免導(dǎo)管折斷，邊起拔邊拆卸導(dǎo)管。6、認(rèn)識(shí)6.1立足于現(xiàn)有技術(shù)

52、裝備，采用“空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)”和“潛孔錘水平跟拔管技術(shù)”，突破在中密砂卵石層水平鉆孔鉆進(jìn)及跟拔管技術(shù)難管，進(jìn)一步拓寬了空氣鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，該套技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單，施工效率高、成本低的特點(diǎn)，可以得到廣泛的應(yīng)用和推廣。6.2該鉆進(jìn)工藝因鉆進(jìn)和跟管分開進(jìn)行，鉆進(jìn)時(shí)間短，跟管及其它輔助工作時(shí)間長(zhǎng)，效率提高有限，施工中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)施工組織管理，完善設(shè)備機(jī)具的配套，提高四尺進(jìn)尺長(zhǎng)度及單位跟管深度等措施功能提高生產(chǎn)效率。6.3、該工藝因采取小徑超前取心鉆進(jìn)，在漂卵石地層中應(yīng)慎重選用，當(dāng)鉆遇大卵石時(shí)可能導(dǎo)管無(wú)法跟進(jìn)。6.4、潛孔錘跟拔管技術(shù)可根據(jù)不同的鉆進(jìn)口徑，鉆進(jìn)深度選擇相應(yīng)的潛孔錘及其配套機(jī)具，合

53、理的鉆孔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的鉆探口徑及深度要求。6.5、該工藝方法可在地下管錢鋪設(shè)，覆蓋成較厚的錨索施工及邊坡支護(hù)等工程中發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì)，并將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。空氣潛孔錘在泥巖、砂巖、粉砂巖等較軟巖地層中的取心鉆進(jìn)試驗(yàn)采用特制花鍵軸套式聯(lián)動(dòng)器及鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先進(jìn)、適用，效果好。我國(guó)改革開放以來(lái)，巖土鉆掘工程的發(fā)展尤為迅速，幾乎已觸及工程施工領(lǐng)域的各個(gè)角落，如礦山井巷，隨著山同室支護(hù)，巖土邊坡加固，地質(zhì)災(zāi)害治理，壩址基礎(chǔ)加固，深基坑支護(hù)，結(jié)構(gòu)抗池與抗傾，圍堰防滲等，可以預(yù)料巖土鉆掘技術(shù)將以獨(dú)特的效應(yīng)、簡(jiǎn)單的工藝、廣泛的用途、經(jīng)濟(jì)的造價(jià)，在工程領(lǐng)域中顯示出旺盛的生命力。同時(shí)，隨著工程建設(shè)的發(fā)展，對(duì)巖

54、土鉆掘技術(shù)也提出了愈來(lái)愈高的要求，特別是在漂卵礫石、人工拋填土石及邊坡大塊石土等復(fù)雜地層中進(jìn)行有效鉆進(jìn)和護(hù)孔是我們不得不面臨的困難之一。odex工法（跟管鉆進(jìn)）的誕生在發(fā)揮潛孔錘鉆進(jìn)硬管的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，解決了護(hù)孔這一重大難題，進(jìn)一步拓展了空氣潛孔的應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)了鉆探技術(shù)在工程領(lǐng)域的又一次突飛猛進(jìn)。它的誕生，提高了鉆進(jìn)效率，降低了施工成本。odex工法又叫同步跟管鉆進(jìn)方法，它是在潛孔錘碎巖鉆進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)鉆具和導(dǎo)管的特殊構(gòu)成或雙動(dòng)力頭的另一動(dòng)力頭同步跟進(jìn)導(dǎo)管進(jìn)行護(hù)孔，鉆進(jìn)多少，導(dǎo)管跟進(jìn)多少。該工法因鉆進(jìn)和跟管同步進(jìn)行，因此不存在鉆孔跨蹋和重復(fù)破碎問(wèn)題，是在復(fù)雜地層進(jìn)行鉆進(jìn)的一種有效方法之一。1、在碎巖方法是采用潛孔錘鉆進(jìn)，因卵礫石層的巖石一般都較堅(jiān)硬，如果采用其它鉆進(jìn)方法，都不能取得比潛孔鉆效率更高的效果，基于堅(jiān)硬巖石的物理性質(zhì)，以沖擊破碎為最好。2、在卵礫石等復(fù)雜地層中鉆進(jìn)不考慮如何護(hù)孔是不行的，采用邊鉆