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偏心钻跟管钻进法在边坡预应力锚索成孔施工中的应用

文档作者：侯振1 徐宇光2 江泽侯3 文档来源： 1．云南建投第一水利水电建设有限公司 2．昆明通泰置业有限公司 3．云南建投基础设施有限公司，		点击数：	更新时间： 2025年11月18日
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2017年3月上
第46卷第5期
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 129
DOI：10．7672／s舀s2017050129
偏心钻跟管钻进法在边坡预应力锚索成孔
施工中的应用
侯振1，徐宇光2，江泽侯3
(1．云南建投第一水利水电建设有限公司，云南昆明650217；2．昆明通泰置业有限公司，云南昆明650501；
3．云南建投基础设施有限公司，云南昆明650217)
[摘要]以普洱市孟连县东密水库工程导流泄洪输水隧洞出口边坡预应力锚索成孔施工为实例，详细介绍了偏心
钻跟管钻进施工方法，系统总结了该方法的施工设备、操作要点及注意事项，并对实施过程中存在的不足提出了一
些改进建议。该方法可有效解决边坡卸荷裂隙带在施工中难以成孔的技术难题，提高了钻进效率，成孑L后锚索装
入顺畅，操作简单，设备配套要求低。
[关键词]隧道工程；边坡；预应力锚索；成孔；偏心钻；施工技术
[中图分类号]TV554 [文献标识码]A [文章编号]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工程概况
东密水库是一座以坝区城乡生活和农业灌溉
供水为主，兼顾县城工业供水的中型水库，总库容
为2 293．13万m3，位于云南省普洱市孟连县。工程
主要建筑物有导流泄洪输水隧洞、大坝、溢洪道和
渠道。导流泄洪输水隧洞出口边坡原始地形较陡，
发育有2个坍塌体，开挖完成后揭露的边坡基第三、
四级坡面土石混合体，局部扰动后有小规模坍塌、
掉块；第二级坡面为层状反倾结构岩土混合边坡，
[作者简介]侯振，工程师，E-mail：401603101@qq．corn
[收稿日期]2016—11-04；[修订日期]2016-12—16
坡面大部分为灰、紫灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉细砂
岩互层，节理裂隙较为发育；同时设计文件推测该
边坡深层存在卸荷裂隙带。
导流泄洪输水隧洞出口边坡为曲面形岩土混
合高边坡，边坡最大高度为41m，最大长度为108m，
共分为4级。边坡布置情况如图1所示。其中，第
四级(1 11I．000m高程以上)、第三级(1 096．000～
1 111．000m高程)、第一级(1 066．000～1 081．000m
高程)边坡采取锚杆+钢筋网+喷射混凝土封闭的
综合支护形式；第二级(1 081．000～1 096．000m高
程)边坡采用预应力锚索+钢筋混凝土网格梁+喷
万方数据
130
图1 出口边坡平面布置
Fig．1 Plan layout of the exit slope
射混凝土封闭的综合支护形式，锚孑L孑L径150ram，锚
索为7西815．2钢绞线，设计锚固力F=1 000kN，锚固
段长8m，张拉段长17m，总长25m，共21组；锚索施工
完毕后以锚索位置为节点浇筑50cm×50cm钢筋混
凝土网格梁，坡面挂西6．5ram@150mm钢筋网，喷
120mm厚C20混凝土。
2施工中存在的问题及解决方法
2．1 预应力锚索施工中存在的问题
2014年4月23日，第二级边坡的开挖和坡面
封闭喷射混凝土施工完毕，开始转入预应力锚索施
工。因边坡为岩土混合边坡，湿式钻孔极易导致孔
口土体软化坍塌，故采用干式裸眼成孔法进行钻
孔，按照设计图纸要求，钻孑L孑L径为150ram，施工顺
序为先施工上排后施工下排，上排由下游往上游侧
逐个进行，下排由上游往下游侧逐个进行(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型潜孔钻机(风动)进
行成孑L施工，2014年4月25日开孔，至2014年4月
30日才完成MS20孔施工，施工过程中，MS20孔出
现钻进困难，时有卡钻情况发生，后采取“轻压慢
钻”、反复扫孔并加强给压力风进行吹孔排渣，才得
以钻进至设计孔深。日平均钻进进尺为5m／d，远远
满足不了工程进度要求。
MS20孔施工完成后，转移设备至MSl8孔继续
采用裸眼成孑L法进行成孔施工，当钻进至7．8m孑L
深时，出现孔口不返渣及返风明显减小情况，随后
出现卡钻事故，经综合分析后，认为钻孔已至该卸
荷裂隙带，采用裸眼成孑L法无法有效穿过该卸荷裂
第46卷
隙带，即使钻进穿过，钻进过程中产生的岩屑也无
法顺利排出孔外，极易在该部位造成堵孔事故，需
采取有效措施(固结灌浆固壁或跟套管护壁)处理
后才能正常钻进施工。
2．1．2固结灌浆成孔法
对MSl8孑L退钻后，对该孔采用固结灌浆进行
固壁施工，灌浆施工参数为：纯压式全孔一次灌浆
方式，压力0．2～0．3MPa，纯水泥浆水灰比1：(0．4～
0．5)。在实际灌浆过程中，又出现灌浆初期孔口压
力表无压力显示，待至0．2MPa时水泥耗量已至
2．3t，水泥耗量极大。
综合分析认为：边坡体结构松散，内部架空现
象严重，边坡在7～8m深位置存在卸荷裂隙带，且
卸荷裂隙带较大，内部空隙较多，固结灌浆成孔时
间较长，且浆液流失损耗极大，采用固结灌浆法成
孑L极不经济。
2．2解决方法的提出
原采用的裸眼成孔法及固结灌浆成孑L法在该
边坡预应力锚索成孔施工中从技术和经济的角度
判断已不可行，故需调整采用跟管钻进成孔法。该
法采用偏心钻具进行造孔，采用钢套管进行护壁，
防止塌孔事故的发生；同时通过套管限制，减少压
力风的损失，使钻孔产生的岩屑沿套管内壁顺畅排
出至孔口，防止卡钻事故发生；待钻进至完整基岩
后，充分吹孔后排渣洗孔后退出钻具和钻杆，待装
入锚索后采用拔管器拔出套管。
3偏心钻跟管钻进法施工原理及工艺流程
3．1工作原理
偏心钻跟管钻进法主要器具由偏心钻具、冲击
器、套管、管靴、偏心跟管钻机组成。钻具采用
万方数据
侯振等：偏心钻跟管钻进法在边坡预应力锚索成孑L施工中的应用13l
ODEX偏心钻具，主要由3部分组成，即稳杆器、偏
心轮和中心钻头，如图2所示。
图2偏心钻具结构示意
Fig．2 Eccentric drill
心轮
嘉窦
偏心钻在正常钻进时，通过冲击器的振动冲击
作用，带动偏心钻具进行钻孔，钻进时由于摩擦力
及离心力的作用，偏心轮朝外偏出从而达到扩大孔
径的目的，再通过稳杆器的冲击带动套管跟进，钻
孑L产生的岩粉通过稳杆器上的键槽吹出孔内。
跟管钻进过程中，边加钻杆和套管，根据需要
可一次跟管到位，或先跟管钻进至需要深度后，再
用常规钎头钻进至设计深度，最后采用高压风彻底
冲扫钻孔。钻孑L结束后，通过反转使偏心轮收拢提
出套管，将钻头、冲击器、钻杆提升至孑L外，套管留
在孔内护壁而成孔。
3．2工艺流程
施工准备一孔位放样一钻机就位及组装一开
孔及导向段钻进(直钎钻头)一更换偏心跟管钻
具一跟管钻进至需要孔深一更换钻具(直钎钻
头)一钻进至设计要求孔深(终孔)一吹孔一拆卸钻
杆一锚索安装一起拔套管一孔位转移。
3．3设备选择及施工参数
1)钻机采用宣化MGDl65型全液压锚固钻
机，基本技术参数如下：钻进深度80～100m，钻孔孔
径130—220ram，输出转速0—160r／min，0～60r／
min，额定输出扭矩3 500kN·m，给定行程1 800mm，
起拔力45kN，给进力30kN，动力功率30kW，常用钻
杆咖89mm×2m，钻孔变幅角0。～360。。
2)钻具采用科迈&amp;amp;迈林钻探ODEXl65～190
跟管钻具，同心偏心钻头。
3)套管咖168mm(t=10ram)地质钢管，固定
节长2．0m，调整节长1．0m，连接丝扣为梯形口，公
母扣直接连接。
4)管靴外径168mm，前端壁厚15mm，后端壁
厚10mm。
5)钻杆常用钻杆咖89mm，节长2．0，
1．5，1．0m。
6)风压0．6—0．7MPa，采用红五环12m3／rain
固定式电动螺杆式空压机供风。
7)冲击器CIRl50，CIRll0。
8)拔管器ZSB．60液压拔管机。
3．4施工方法
3．4．1施工准备
按照锚索孔位控制进行作业脚手架平台搭设，
铺设实木跳板并固定，脚手架搭设过程中边坡接触
横杆按照锚孔间距进行合理布置，接触位置布置于
相邻2个锚孔之间，以利于钻孔施工，减少施工
干扰。
3．4．2孔位放样
根据施工图纸孔位坐标，采用全站仪在边坡坡
面处测放出锚索孔位，并用红色油漆进行标记。
3．4．3钻机就位及组装
根据测量放样的锚索孔位，将锚固钻机采用人
工吊移至孔位处已铺的跳板平台上，调整钻机钻臂
架的水平位置、高度、方位角和倾角，使钻杆和套管
夹具对准孔位，调整方位和倾角符合设计要求，安
设钻具，连接风管。
3．4．4开孔及导向段钻进
将第l节钻杆置于钻臂架上，使用CIRl50冲击器
带咖180mm直钎钻头，前端对准边坡锚索孔位，后端与
钻机动力头连接，开动钻机，裸眼成孔法钻进1．5—
2．0m后退钻，为跟管钻进提供定位和导向作用。
3．4．5跟管钻进
完成开孔及导向段钻进后，首先把咖168mm管
靴安装在6168mm套管顶端，采用反丝公母丝扣接
头把第1节跟管和管靴连接好，人工安装进孔口；然
后在钻臂架上更换钻具，连接钻杆，人工装入
6168mm套管，后端与锚固钻机动力头连接；最后开
启钻机并供风进行钻进，开钻前先用偏心钻头伸出
套管靴，达到一定程度时，张开偏心钻头，采用液压
回转和冲击双作用钻进。
当第1节钻杆和套管钻到位后，将套管与动力
头旋松脱开，然后再次旋松钻杆与动力头脱开，增
加第2节钻杆和套管，以后依次逐节增加钻杆和套
管，实时记录钻进过程的相关数据及孔口返出的岩
屑情况，并对钻臂架的水平位置，高度、方位角和倾
角进行修正。
3．4．6直钎钻头终孔
当孔口返回岩屑为完整均匀稳定的细颗粒状
及粉末，且冲击器响声清脆时，基本可以判断钻进
至完整基岩位置，此时不需要继续跟管钻进，可以
退钻更换为CIRl50冲击器带西180mm直钎钻头进
行钻进和终孑L。
3．4．7吹孑L和拆卸钻杆
钻至设计孔深，满足终孔条件后，用压力风进
行充分吹孔，吹孑L过程中不给压适当旋转钻杆，以
利于孔内岩屑排除，吹孑L完毕后将钻杆逐节退出。
万方数据
132 施工技术第46卷
3．4．8锚索安装
将制作完成并经验收合格的锚索人工装入已
完成造孔的锚孔内。
3．4．9起拔套管
用ZSB一60液压拔管机将套管逐节拔出，之后进
行锚固段注浆、锚墩浇筑、张拉、封锚。
3．4．10孔位转移
将钻机及钻孑L辅助设备搬移至下一锚孔继续
进行施工。
3．5操作要点及注意事项
1)钻机、钻具、套管在施工前要反复检查设备
和器件的完好情况，勤查钻杆、套管、管靴的外观情
况，发现有裂纹和其他异常应更换，以防造成钻杆、
套管和管靴断裂无法钻进的情况发生。
2)成孔过程中，通过裂隙带时应轻压、慢钻、反
复吹扫，缓慢通过。发现有突进和卡钻现象一定查
明原因，排除故障后才能继续进行施工。
3)钻进过程中，应以低转速、低给进、反复进行
排渣清孔。每钻进0．3～0．5m应以强风吹孔排粉1
次，以保持孑L内清洁，避免堵孔、卡钻事故发生，吹
孑L时中心钻具上提距离应严加控制，禁止在钻进过
程中向上起拔中心钻具或来回倒管。
4)钻进过程中应注意钻速以及孑L口返回岩屑
等介质和冲击器响声等情况，待钻至基岩部分后，
更换为直钎钻头进行钻进，不再进行跟管钻进。成
孔完成退出钻具和钻杆时，动作一定要缓慢，以防
操作力度过大，损坏钻头和钻头脱落。
5)终孔后应使用压缩空气进行吹孔，并不给压
适当旋转钻杆，保证孑L内集渣的排出及孔深尺寸。
6)钻进结束或需要更换中心钻具时，先将孔底
残渣吹排干净，脱开中心钻具的回转动力，停止回
转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前
端接触为止，用管钳夹持钻杆，做反时针方向回转，
同时缓慢试提中心钻具，当中心钻具可顺利提升
时，表面偏心钻头已顺利收拢，这时可按照常规方
法提升中心钻具，直至全部提出中一t2,钻具。
7)退钻时，当偏心钻头回转部分被岩屑卡住而
不能收拢偏一t2,钻头时，应重新对钻孑L进行清洗，并
使冲击器做短时间工作，然后再进行试提，如此多
次反复，直至提出中心钻具。
8)为解决管靴和套管丝扣断裂、磨损、破裂问
题，一般采用壁厚为10mm的地质钢管，跟管壁厚
10mm，管靴前端壁厚方可达到15mm，才能起到挡
截偏心钻头底部从而带动套管跟进。
9)起拔套管时，液压千斤顶要慢，用力均匀，防
止套管从丝扣处断裂。
4结果评价
孟连县东密水库导流泄洪输水隧洞出口边坡
预应力锚索施工从2014年5月13日开始采用偏心
钻跟管钻进法进行施工，2014年5月25 Et完成成
孑L施工及装锚作业，除MS20外，共计完成20孔的
施工，钻进总进尺为516m(其中MSl3，MSl5在设计
孔深的基础上各增加了8m)，平均进尺43m／d，相比
于此前的裸眼成孔法，明显提高了施工效率，有效
解决了锚索成孑L存在的问题，为在大量雨水到来前
完成边坡支护奠定了有利的基础。
5 结语
1)偏心钻跟管钻进法在东密水库导流泄洪输
水隧洞出口边坡预应力锚索成孔施工中的成功应
用，有效解决了边坡卸荷裂隙带在施工中难以成孑L
的技术难题，提高了钻进效率，成孔后锚索装入顺
畅，操作简单，设备配套要求低，是复杂地层成孔施
工的理想方法。
2)通过对偏心钻跟管钻进施工技术的现场应
用，记录、整理、总结了一套较为完整的跟管施工操
作技术要点和注意事项，积累了复杂地质条件下偏
心钻跟管钻进成孑L施工的一些经验，为该技术在其
他类似工程中的推广和应用起到借鉴和参考作用。
3)偏心钻跟管钻进法在实际使用时也还存在
一些尚待提升和改进的地方，如：①套管与管靴之
间的连接方式现目前采用丝扣连接，因丝扣强度和
其在钻进过程中持续受冲击器的作用，丝扣损坏、
连接失效的情况时有发生，连接强度还有待进一步
研究改进；②跟进套管时由于塌孔的碎渣或岩粉进
入套管外，造成套管跟进时阻力过大，在套管的应
力集中部位因持续的脉冲拉应力作用，应力集中部
位极易发生断裂，钻具的排渣方式有待进一步改
进，建议在孔口套管尾部增加1个套管的推进装置，
通过增加推进力来减小拉力值和管靴处的受力，改
变套管跟进时的应力分布，减少孔内事故的发生，
提高钻孔成功率。
参考文献：
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