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偏心鉆跟管鉆進法在邊坡預應力錨索成孔施工中的應用

文檔作者：侯振1 徐宇光2 江澤侯3 文檔來源： 1．云南建投第一水利水電建設有限公司 2．昆明通泰置業(yè)有限公司 3．云南建投基礎設施有限公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月18日
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2017年3月上
第46卷第5期
施工技術
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 129
DOI：10．7672／s舀s2017050129
偏心鉆跟管鉆進法在邊坡預應力錨索成孔
施工中的應用
侯振1，徐宇光2，江澤侯3
(1．云南建投第一水利水電建設有限公司，云南昆明650217；2．昆明通泰置業(yè)有限公司，云南昆明650501；
3．云南建投基礎設施有限公司，云南昆明650217)
[摘要]以普洱市孟連縣東密水庫工程導流泄洪輸水隧洞出口邊坡預應力錨索成孔施工為實例，詳細介紹了偏心
鉆跟管鉆進施工方法，系統(tǒng)總結了該方法的施工設備、操作要點及注意事項，并對實施過程中存在的不足提出了一
些改進建議。該方法可有效解決邊坡卸荷裂隙帶在施工中難以成孔的技術難題，提高了鉆進效率，成孑L后錨索裝
入順暢，操作簡單，設備配套要求低。
[關鍵詞]隧道工程；邊坡；預應力錨索；成孔；偏心鉆；施工技術
[中圖分類號]TV554 [文獻標識碼]A [文章編號]1002—8498(2017)05—0129_04
Application of Eccentric Drill with Pipe—following Drilling Method
in Drilling Construction of Prestressed
Anchor Cable in Slope
Hou Zhenl，Xu Yuguan92，Jiang Zehou3
(1．Yunnan No．1 Water Resources and Hydropower Construction Co．，Ltd．，Kunming，Yunnan 6502 17，China；
2．Kunming Tongtai Real Estate Co．，Ltd．，Kunming，Yunnan 650501，China；3，Yunnan Construction
Investment Infrastructure Co．，Ltd．，Kunming，Yunnan 6502 17，China)
Abstract：Based on drilling construction of prestressed anchor cable in the slope at the exit of diversion—
spillway water conveyance tunnel of Dongmi Reservoir in Menglian county of Pu’er City，this paper
introduces eccentric drill with pipe—following drilling method including construction equipment，operation
points and points for attention，puts forward some improvement suggestions in construction．This method
can solve the technical problem of unloading fractured zone drilling in slope，improve drilling efficiency，
smoothly install anchor cable，the operation method is simple，the requirement of equipment matching
iS lOW．
Key words：tunnels；slope；prestressed anchor cable；drilling；eccentric drill；construction
1工程概況
東密水庫是一座以壩區(qū)城鄉(xiāng)生活和農(nóng)業(yè)灌溉
供水為主，兼顧縣城工業(yè)供水的中型水庫，總庫容
為2 293．13萬m3，位于云南省普洱市孟連縣。工程
主要建筑物有導流泄洪輸水隧洞、大壩、溢洪道和
渠道。導流泄洪輸水隧洞出口邊坡原始地形較陡，
發(fā)育有2個坍塌體，開挖完成后揭露的邊坡基第三、
四級坡面土石混合體，局部擾動后有小規(guī)模坍塌、
掉塊；第二級坡面為層狀反傾結構巖土混合邊坡，
[作者簡介]侯振，工程師，E-mail：401603101@qq．corn
[收稿日期]2016—11-04；[修訂日期]2016-12—16
坡面大部分為灰、紫灰色泥巖、泥質粉砂巖、粉細砂
巖互層，節(jié)理裂隙較為發(fā)育；同時設計文件推測該
邊坡深層存在卸荷裂隙帶。
導流泄洪輸水隧洞出口邊坡為曲面形巖土混
合高邊坡，邊坡最大高度為41m，最大長度為108m，
共分為4級。邊坡布置情況如圖1所示。其中，第
四級(1 11I．000m高程以上)、第三級(1 096．000～
1 111．000m高程)、第一級(1 066．000～1 081．000m
高程)邊坡采取錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土封閉的
綜合支護形式；第二級(1 081．000～1 096．000m高
程)邊坡采用預應力錨索+鋼筋混凝土網(wǎng)格梁+噴
萬方數(shù)據(jù)
130
圖1 出口邊坡平面布置
Fig．1 Plan layout of the exit slope
射混凝土封閉的綜合支護形式，錨孑L孑L徑150ram，錨
索為7西815．2鋼絞線，設計錨固力F=1 000kN，錨固
段長8m，張拉段長17m，總長25m，共21組；錨索施工
完畢后以錨索位置為節(jié)點澆筑50cm×50cm鋼筋混
凝土網(wǎng)格梁，坡面掛西6．5ram@150mm鋼筋網(wǎng)，噴
120mm厚C20混凝土。
2施工中存在的問題及解決方法
2．1 預應力錨索施工中存在的問題
2014年4月23日，第二級邊坡的開挖和坡面
封閉噴射混凝土施工完畢，開始轉入預應力錨索施
工。因邊坡為巖土混合邊坡，濕式鉆孔極易導致孔
口土體軟化坍塌，故采用干式裸眼成孔法進行鉆
孔，按照設計圖紙要求，鉆孑L孑L徑為150ram，施工順
序為先施工上排后施工下排，上排由下游往上游側
逐個進行，下排由上游往下游側逐個進行(即
MS20---}MSl8-÷?一MS4_÷MS2．MSl_MS3_斗?_
MSl9---，MS21)。
2．1．1裸眼成孔法
采用河北宣化YQl00B型潛孔鉆機(風動)進
行成孑L施工，2014年4月25日開孔，至2014年4月
30日才完成MS20孔施工，施工過程中，MS20孔出
現(xiàn)鉆進困難，時有卡鉆情況發(fā)生，后采取“輕壓慢
鉆”、反復掃孔并加強給壓力風進行吹孔排渣，才得
以鉆進至設計孔深。日平均鉆進進尺為5m／d，遠遠
滿足不了工程進度要求。
MS20孔施工完成后，轉移設備至MSl8孔繼續(xù)
采用裸眼成孑L法進行成孔施工，當鉆進至7．8m孑L
深時，出現(xiàn)孔口不返渣及返風明顯減小情況，隨后
出現(xiàn)卡鉆事故，經(jīng)綜合分析后，認為鉆孔已至該卸
荷裂隙帶，采用裸眼成孑L法無法有效穿過該卸荷裂
第46卷
隙帶，即使鉆進穿過，鉆進過程中產(chǎn)生的巖屑也無
法順利排出孔外，極易在該部位造成堵孔事故，需
采取有效措施(固結灌漿固壁或跟套管護壁)處理
后才能正常鉆進施工。
2．1．2固結灌漿成孔法
對MSl8孑L退鉆后，對該孔采用固結灌漿進行
固壁施工，灌漿施工參數(shù)為：純壓式全孔一次灌漿
方式，壓力0．2～0．3MPa，純水泥漿水灰比1：(0．4～
0．5)。在實際灌漿過程中，又出現(xiàn)灌漿初期孔口壓
力表無壓力顯示，待至0．2MPa時水泥耗量已至
2．3t，水泥耗量極大。
綜合分析認為：邊坡體結構松散，內部架空現(xiàn)
象嚴重，邊坡在7～8m深位置存在卸荷裂隙帶，且
卸荷裂隙帶較大，內部空隙較多，固結灌漿成孔時
間較長，且漿液流失損耗極大，采用固結灌漿法成
孑L極不經(jīng)濟。
2．2解決方法的提出
原采用的裸眼成孔法及固結灌漿成孑L法在該
邊坡預應力錨索成孔施工中從技術和經(jīng)濟的角度
判斷已不可行，故需調整采用跟管鉆進成孔法。該
法采用偏心鉆具進行造孔，采用鋼套管進行護壁，
防止塌孔事故的發(fā)生；同時通過套管限制，減少壓
力風的損失，使鉆孔產(chǎn)生的巖屑沿套管內壁順暢排
出至孔口，防止卡鉆事故發(fā)生；待鉆進至完整基巖
后，充分吹孔后排渣洗孔后退出鉆具和鉆桿，待裝
入錨索后采用拔管器拔出套管。
3偏心鉆跟管鉆進法施工原理及工藝流程
3．1工作原理
偏心鉆跟管鉆進法主要器具由偏心鉆具、沖擊
器、套管、管靴、偏心跟管鉆機組成。鉆具采用
萬方數(shù)據(jù)
侯振等：偏心鉆跟管鉆進法在邊坡預應力錨索成孑L施工中的應用13l
ODEX偏心鉆具，主要由3部分組成，即穩(wěn)桿器、偏
心輪和中心鉆頭，如圖2所示。
圖2偏心鉆具結構示意
Fig．2 Eccentric drill
心輪
嘉竇
偏心鉆在正常鉆進時，通過沖擊器的振動沖擊
作用，帶動偏心鉆具進行鉆孔，鉆進時由于摩擦力
及離心力的作用，偏心輪朝外偏出從而達到擴大孔
徑的目的，再通過穩(wěn)桿器的沖擊帶動套管跟進，鉆
孑L產(chǎn)生的巖粉通過穩(wěn)桿器上的鍵槽吹出孔內。
跟管鉆進過程中，邊加鉆桿和套管，根據(jù)需要
可一次跟管到位，或先跟管鉆進至需要深度后，再
用常規(guī)釬頭鉆進至設計深度，最后采用高壓風徹底
沖掃鉆孔。鉆孑L結束后，通過反轉使偏心輪收攏提
出套管，將鉆頭、沖擊器、鉆桿提升至孑L外，套管留
在孔內護壁而成孔。
3．2工藝流程
施工準備一孔位放樣一鉆機就位及組裝一開
孔及導向段鉆進(直釬鉆頭)一更換偏心跟管鉆
具一跟管鉆進至需要孔深一更換鉆具(直釬鉆
頭)一鉆進至設計要求孔深(終孔)一吹孔一拆卸鉆
桿一錨索安裝一起拔套管一孔位轉移。
3．3設備選擇及施工參數(shù)
1)鉆機采用宣化MGDl65型全液壓錨固鉆
機，基本技術參數(shù)如下：鉆進深度80～100m，鉆孔孔
徑130—220ram，輸出轉速0—160r／min，0～60r／
min，額定輸出扭矩3 500kN·m，給定行程1 800mm，
起拔力45kN，給進力30kN，動力功率30kW，常用鉆
桿咖89mm×2m，鉆孔變幅角0。～360。。
2)鉆具采用科邁&amp;amp;邁林鉆探ODEXl65～190
跟管鉆具，同心偏心鉆頭。
3)套管咖168mm(t=10ram)地質鋼管，固定
節(jié)長2．0m，調整節(jié)長1．0m，連接絲扣為梯形口，公
母扣直接連接。
4)管靴外徑168mm，前端壁厚15mm，后端壁
厚10mm。
5)鉆桿常用鉆桿咖89mm，節(jié)長2．0，
1．5，1．0m。
6)風壓0．6—0．7MPa，采用紅五環(huán)12m3／rain
固定式電動螺桿式空壓機供風。
7)沖擊器CIRl50，CIRll0。
8)拔管器ZSB．60液壓拔管機。
3．4施工方法
3．4．1施工準備
按照錨索孔位控制進行作業(yè)腳手架平臺搭設，
鋪設實木跳板并固定，腳手架搭設過程中邊坡接觸
橫桿按照錨孔間距進行合理布置，接觸位置布置于
相鄰2個錨孔之間，以利于鉆孔施工，減少施工
干擾。
3．4．2孔位放樣
根據(jù)施工圖紙孔位坐標，采用全站儀在邊坡坡
面處測放出錨索孔位，并用紅色油漆進行標記。
3．4．3鉆機就位及組裝
根據(jù)測量放樣的錨索孔位，將錨固鉆機采用人
工吊移至孔位處已鋪的跳板平臺上，調整鉆機鉆臂
架的水平位置、高度、方位角和傾角，使鉆桿和套管
夾具對準孔位，調整方位和傾角符合設計要求，安
設鉆具，連接風管。
3．4．4開孔及導向段鉆進
將第l節(jié)鉆桿置于鉆臂架上，使用CIRl50沖擊器
帶咖180mm直釬鉆頭，前端對準邊坡錨索孔位，后端與
鉆機動力頭連接，開動鉆機，裸眼成孔法鉆進1．5—
2．0m后退鉆，為跟管鉆進提供定位和導向作用。
3．4．5跟管鉆進
完成開孔及導向段鉆進后，首先把咖168mm管
靴安裝在6168mm套管頂端，采用反絲公母絲扣接
頭把第1節(jié)跟管和管靴連接好，人工安裝進孔口；然
后在鉆臂架上更換鉆具，連接鉆桿，人工裝入
6168mm套管，后端與錨固鉆機動力頭連接；最后開
啟鉆機并供風進行鉆進，開鉆前先用偏心鉆頭伸出
套管靴，達到一定程度時，張開偏心鉆頭，采用液壓
回轉和沖擊雙作用鉆進。
當?shù)?節(jié)鉆桿和套管鉆到位后，將套管與動力
頭旋松脫開，然后再次旋松鉆桿與動力頭脫開，增
加第2節(jié)鉆桿和套管，以后依次逐節(jié)增加鉆桿和套
管，實時記錄鉆進過程的相關數(shù)據(jù)及孔口返出的巖
屑情況，并對鉆臂架的水平位置，高度、方位角和傾
角進行修正。
3．4．6直釬鉆頭終孔
當孔口返回巖屑為完整均勻穩(wěn)定的細顆粒狀
及粉末，且沖擊器響聲清脆時，基本可以判斷鉆進
至完整基巖位置，此時不需要繼續(xù)跟管鉆進，可以
退鉆更換為CIRl50沖擊器帶西180mm直釬鉆頭進
行鉆進和終孑L。
3．4．7吹孑L和拆卸鉆桿
鉆至設計孔深，滿足終孔條件后，用壓力風進
行充分吹孔，吹孑L過程中不給壓適當旋轉鉆桿，以
利于孔內巖屑排除，吹孑L完畢后將鉆桿逐節(jié)退出。
萬方數(shù)據(jù)
132 施工技術第46卷
3．4．8錨索安裝
將制作完成并經(jīng)驗收合格的錨索人工裝入已
完成造孔的錨孔內。
3．4．9起拔套管
用ZSB一60液壓拔管機將套管逐節(jié)拔出，之后進
行錨固段注漿、錨墩澆筑、張拉、封錨。
3．4．10孔位轉移
將鉆機及鉆孑L輔助設備搬移至下一錨孔繼續(xù)
進行施工。
3．5操作要點及注意事項
1)鉆機、鉆具、套管在施工前要反復檢查設備
和器件的完好情況，勤查鉆桿、套管、管靴的外觀情
況，發(fā)現(xiàn)有裂紋和其他異常應更換，以防造成鉆桿、
套管和管靴斷裂無法鉆進的情況發(fā)生。
2)成孔過程中，通過裂隙帶時應輕壓、慢鉆、反
復吹掃，緩慢通過。發(fā)現(xiàn)有突進和卡鉆現(xiàn)象一定查
明原因，排除故障后才能繼續(xù)進行施工。
3)鉆進過程中，應以低轉速、低給進、反復進行
排渣清孔。每鉆進0．3～0．5m應以強風吹孔排粉1
次，以保持孑L內清潔，避免堵孔、卡鉆事故發(fā)生，吹
孑L時中心鉆具上提距離應嚴加控制，禁止在鉆進過
程中向上起拔中心鉆具或來回倒管。
4)鉆進過程中應注意鉆速以及孑L口返回巖屑
等介質和沖擊器響聲等情況，待鉆至基巖部分后，
更換為直釬鉆頭進行鉆進，不再進行跟管鉆進。成
孔完成退出鉆具和鉆桿時，動作一定要緩慢，以防
操作力度過大，損壞鉆頭和鉆頭脫落。
5)終孔后應使用壓縮空氣進行吹孔，并不給壓
適當旋轉鉆桿，保證孑L內集渣的排出及孔深尺寸。
6)鉆進結束或需要更換中心鉆具時，先將孔底
殘渣吹排干凈，脫開中心鉆具的回轉動力，停止回
轉，緩慢提升中心鉆具至偏心鉆頭后背與套管靴前
端接觸為止，用管鉗夾持鉆桿，做反時針方向回轉，
同時緩慢試提中心鉆具，當中心鉆具可順利提升
時，表面偏心鉆頭已順利收攏，這時可按照常規(guī)方
法提升中心鉆具，直至全部提出中一t2,鉆具。
7)退鉆時，當偏心鉆頭回轉部分被巖屑卡住而
不能收攏偏一t2,鉆頭時，應重新對鉆孑L進行清洗，并
使沖擊器做短時間工作，然后再進行試提，如此多
次反復，直至提出中心鉆具。
8)為解決管靴和套管絲扣斷裂、磨損、破裂問
題，一般采用壁厚為10mm的地質鋼管，跟管壁厚
10mm，管靴前端壁厚方可達到15mm，才能起到擋
截偏心鉆頭底部從而帶動套管跟進。
9)起拔套管時，液壓千斤頂要慢，用力均勻，防
止套管從絲扣處斷裂。
4結果評價
孟連縣東密水庫導流泄洪輸水隧洞出口邊坡
預應力錨索施工從2014年5月13日開始采用偏心
鉆跟管鉆進法進行施工，2014年5月25 Et完成成
孑L施工及裝錨作業(yè)，除MS20外，共計完成20孔的
施工，鉆進總進尺為516m(其中MSl3，MSl5在設計
孔深的基礎上各增加了8m)，平均進尺43m／d，相比
于此前的裸眼成孔法，明顯提高了施工效率，有效
解決了錨索成孑L存在的問題，為在大量雨水到來前
完成邊坡支護奠定了有利的基礎。
5 結語
1)偏心鉆跟管鉆進法在東密水庫導流泄洪輸
水隧洞出口邊坡預應力錨索成孔施工中的成功應
用，有效解決了邊坡卸荷裂隙帶在施工中難以成孑L
的技術難題，提高了鉆進效率，成孔后錨索裝入順
暢，操作簡單，設備配套要求低，是復雜地層成孔施
工的理想方法。
2)通過對偏心鉆跟管鉆進施工技術的現(xiàn)場應
用，記錄、整理、總結了一套較為完整的跟管施工操
作技術要點和注意事項，積累了復雜地質條件下偏
心鉆跟管鉆進成孑L施工的一些經(jīng)驗，為該技術在其
他類似工程中的推廣和應用起到借鑒和參考作用。
3)偏心鉆跟管鉆進法在實際使用時也還存在
一些尚待提升和改進的地方，如：①套管與管靴之
間的連接方式現(xiàn)目前采用絲扣連接，因絲扣強度和
其在鉆進過程中持續(xù)受沖擊器的作用，絲扣損壞、
連接失效的情況時有發(fā)生，連接強度還有待進一步
研究改進；②跟進套管時由于塌孔的碎渣或巖粉進
入套管外，造成套管跟進時阻力過大，在套管的應
力集中部位因持續(xù)的脈沖拉應力作用，應力集中部
位極易發(fā)生斷裂，鉆具的排渣方式有待進一步改
進，建議在孔口套管尾部增加1個套管的推進裝置，
通過增加推進力來減小拉力值和管靴處的受力，改
變套管跟進時的應力分布，減少孔內事故的發(fā)生，
提高鉆孔成功率。
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