跟管钻进在破碎岩体中的工程应用

锚杆跟套管成孔工艺在破碎岩体中的工程应用一、工程概况1、基本概况国道318线二郎山至康定公路改建工程（简称：二康路）是G318线甘孜州境内重要的一段，线路全长74.58公里，采用二级公路标准，设计时速40KM。2、地质条件二康路沿大渡河及其支流展布，沿线属构造侵蚀高、中山地形，高程多在1500米以上，部分高于2200米。河谷深切，山坡陡峻，多数山坡自然坡度为30°~45°，部分段边坡呈直立陡壁，甚至倒坡。沿线基岩主要为元古界花岗闪长岩，经历多次大的构造运动，所以地质构造复杂。受二郎山断层和泸定断层影响，边坡岩体节理裂隙发育，岩体破碎，多呈碎块状，岩石强风化层厚度较大。沿线崩坡积土层较厚且松散。二康路BP1、BP2及BP3合同段中多数边坡，基岩裸露，为强风化~全风化花岗岩，节理裂隙发育，岩体极为破碎，表层几乎为散体结构。存在多组不利外倾结构面，长时间受风化及雨水冲刷侵蚀，易形成浅层滑坡，不利于二康路正常运营。3、设计概况针对岩体极为破碎，节理裂隙发育，结构松散的地质状况，设计上采取清除坡面松石、浮土，坡面挂网喷砼+垫墩锚杆防护。钢筋网为φ8圆钢，网间距为20cm，喷射砼强度为C20，厚度为12cm。压力注浆锚杆长度为6~11米，杆体为Φ32螺纹钢筋，锚孔孔径φ110，注浆采用0.2～0.4Mpa的水泥砂浆，强度为M30；短锚杆长2米，孔径φ50，杆体为Φ18螺纹钢筋，采用无压注浆，砂浆强度为M30。坡脚设挡墙，挡墙与边沟间和挡墙顶平台，作为绿化用地，以增强总体美观效果。二、施工情况锚杆施工工艺流程主要为三大部分，即锚杆造孔、孔内下锚杆体和注浆。施工中，由于地域不同，地质条件的千变万化，锚杆造孔成为最关键的工序，其能否成功关系到工程的成败。根据二郎山地区复杂的地质环境条件，我们在消化设计的基础上，决定先进行造孔工艺试验，为大规模施工积累经验和提供设计修改的相关参数。1、造孔钻进试验由于是边坡加固施工，在未加固前的边坡存在多种不安全因素，设计上要求锚杆成孔严禁采用注水钻进的湿法工艺，故试验只能在采用干法钻进的工艺上考虑，而干法钻进目前只有采用以压缩空气为动力的潜孔钻成孔工艺。根据设计要求，6～11米压力注浆锚杆孔径为Φ110，先采用QC-D型潜孔钻机进行造孔试验。该钻机的造孔原理是以电动机为动力和相关减速旋转机构，利用高压空气推动潜孔锤旋转冲击合金钢钻头击打岩体，碎渣由高压空气吹扫，沿钻杆和成孔壁间隙排出孔外，从而形成锚孔。试验中发现该工法无法成孔，主要有以下几方面原因：1、由于岩体破碎，质地不均，结构松散，不能被钻头冲击成粉状碎块后排出，造成阻力增大，钻机无法旋转。2、钻进过程的扰动，造成已成孔段塌孔，钻具卡死，无法收回。3、岩体结构松散，差异较大，造成钻进过程中导向不准，钻杆弯曲断裂，无法成孔。通过对潜孔钻常规成孔工法试验表明，针对该段边坡的地质环境条件，无法形成稳定的锚孔。为此，我们根据设计要求和以往锚索成孔施工经验，决定试验跟套管钻进工艺，通过试验表明能够成孔，成孔质量完全满足设计要求。2、跟套管造孔工艺原理钻进采用MG-50型液压钻，该钻机的特点是扭矩及顶升压力大，钻具配套适应性强，成孔深且质量高。配套钻具为跟管钻进的潜孔锤和偏心钻头，潜孔锤利用高压空气为动力做功。钻具组成：Φ127套管（长度为2米标准节和1米的调整节，接长采用丝扣联结）、管靴、潜孔锤冲击器、偏心钻头、Φ73空心钻杆、拔管器。工作原理：其工作原理类似于潜孔钻，不同点在于其在钻进的过程中带动套管一同进入。套管的跟进是通过潜孔锤锤击连接在套管上的管靴，同步跟进。套管的主要作用是护壁，防止在成孔过程中对岩体扰动掉块，另一个作用是套管直径较钻杆大，刚度较好，防止钻杆弯曲，提高成孔质量。套管加工为定型产品，可多次重复使用，以减少成本费用。工艺流程：搭设钻机操作脚手架—测定孔位—钻机安装就位—安装钻具—钻孔—成孔后吹扫排渣—拆除钻具钻杆—推放Φ75钢花管—推放锚杆—拔套管—锚杆注浆—验收施工要点：1、钻机脚手架要满足安全操作要求，要能承受钻进过程中的振动冲击等荷载。2、钻机、钻具、套管在施工前要反复检查，有裂纹和丝扣滑丝的钻杆和套管一律不能使用。3、造孔过程中，通过复杂地段轻压、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，排除故障后才能进行施工。勤检查钻杆、套管、管靴的外观情况，发现有裂纹和其他异常应更换，以防止钻杆、套管和管靴断裂无法钻进的情况发生。4、造孔完成退钻具时，动作一定要缓慢，以防操作力度过大，损坏偏心钻头和管靴。5、拔出套管时，液压千斤顶顶升时要慢，用力均匀，以防止套管从丝扣处断裂。3、短锚杆成孔工艺改进在短锚杆成孔试验中，我们试验了常规的凿岩机成孔、煤电钻成孔以及电动回旋钻成孔，由于地质原因，均无法成孔。我们对通常工艺进行了总结，根据岩体松散，裂隙发育破碎的情况，采用风动冲击钻，击入钻有出浆孔的φ32钢花管，利用花管护壁成孔，在钢花管内插入钢筋注浆形成锚杆。三、效果分析压力注浆锚杆采用跟管钻进成孔，取得了较好的成功，解决了常规成孔法施工中的种种困扰。成孔效果满足设计要求，通过锚杆拉拔力试验等，各种指标均满足设计要求。同时设计上为了满足套管拔出后坍孔和锚杆防护要求，采取了孔内推放Φ75钢花管来满足护孔要求和提高锚杆的防腐能力。跟管钻进成孔在锚索施工中被广泛使用，但因其工艺相对较复杂，锚杆成孔中很少使用跟管钻进。由于跟管钻进工艺复杂，施工程序繁多，其造孔速度较常规工艺缓慢，可以通过增加投入来解决工期问题。