扩孔法打捞冲击钻头

扩孔法打捞冲击钻头姓名:陈利民单位：中原油田建设集团公司摘要：钻孔桩施工过程中掉落钻头的事件经常发生，但遇到的具体情况和处理方法也不尽相同，通过对新疆和田地区重要农村公路G315线k2120+854.75岔口至萨勒吾则克乡公路改建工程k3+691.001-16m中桥1-1*基桩冲击钻头打捞处理的过程进行了总结，现介绍一套简便易行的打捞方法。主题词：桥梁工程钻孔桩打捞冲击钻头一．工程概况1．桥梁结构：1-16m中桥，上部结构采用后张预应力混凝土空心板，下部结构采用钻孔灌注桩基桩，基桩长度19m，桩经1.4m。2．地理位置及地形地貌：该项目位于民丰县东南30公里处，地处塔克拉玛干大沙漠南缘，昆仑山北麓边缘的山区与沙漠平原过渡地段，总体地势为南高北低，主要地貌为山前洪冲击平原区。距最近的地区市和田市335公里，距库尔勒市860公里，地处偏僻。3．水文、地质概况：所在区域属于冲击沙漠平原，为第四纪晚更新世、全新世冲击砂层和粉砂层，地质岩性主要由粘土、粉土、砾类土组成，地质稳定性好。区域浅层地下水及其匮乏，勘测深度2m内无地下水，地下水位埋深6-10m以下，属地下潜水。地堪钻孔揭示地层为：第一层为细纱，层厚2-3m，稍密状；第二层为圆砾石，揭示厚度13.3-14.4m，中密状；第三层为卵石土，揭示厚度7.3m，中密状；第四层：粉沙，揭示厚度9.6m，稍密状。二．情况简介1．施工工艺、设备的选择：项目部依据设计资料提供的地质揭示的复杂情况，选择采用冲击钻成孔；根据设计基桩的长度和桩经，选择使用cz-5型冲击钻机成孔。2．现场cz-5型冲击钻机主要部件：动力电机55kw；主卷扬机钢丝绳直径38mm；钻头重4.2t，长4.0m，直径1.39m.。具体形状尺寸见图一3．事发经过：2011年11月19日1时26分，正在钻孔施工的编号1-1*钻孔桩在已钻至18m深度(剩余2.0m)时，钻孔操作人员发现主卷扬机提放钻头的钢丝绳脱落，钢丝绳提出井口后发现是在与钻头连接环口处钢丝绳断裂，与钻头脱离。时至深夜，条件有限，操作工人对井底和钻头周围进行捞渣清理后停止了作业。4．事故分析与打捞方案：11月19日早上，项目部接到事故报告后赶赴现场，招集相关人员了解情况，分析原因，现场再次确定掉落钻头的位置和状态，制定初步打捞方案。分析原因如下：1，钢丝绳老化，磨损严重，操作人员未及时发现事故隐患；2，夜间施工，操作过程中与锐器碰撞，造成钢丝绳部分损伤，未检查发现，在卷扬机提升钻头的重力牵引下，破损的绳丝绳承受不了负重而断开；3，不间断的施工操作，使绳扣与钻头吊环受力摩擦发热，钢丝绳柔性损失、淬变，绳丝在强大的拉力下逐步扯断。确定钻头的失落位置和状态：经项目部技术人员的现场再次探测确定，钻头掉落的深度是护筒下18m，距基桩底设计高程2.0m的位置，钻头直立未出现倾斜，主钻头以上部位未淤积掩埋。初步打捞方案：依据现场探查钻头的位置、状态、淤积及现场的现实条件等情况，项目部决定利用工地现有的工具和材料加工打捞工具。采用硬连接的探勾勾牢钻头脖颈的空隙处，利用钻机自带的主卷扬机做动力提升钻头，同时利用副卷扬机吊一钢锤，捶击钻头的腰部，以其产生的震动力使钻头与泥土松动、剥离，减少泥土的吸附力，两台卷扬机同时操作，相互配合，提出钻头。并安排钻孔操作人员在加工工具期间，利用淘渣筒清理钻头周围的泥沙，防止更多的淤积。探勾只所以加工成硬连接是便于地面上的操作工人摸索井孔内的钻头位置和勾挂钻头，探勾是利用现场已有的槽钢和钢板加工而成。由于钻头脖经的深度在护筒以下15.2m的位置，所以探勾的臂长需要16m长；因钻机的高度有限，卷扬机的提升高度最大只有7m，故而探勾臂加工为两节。具体样式见图-2；钢锤是利用废旧的三根钢锭捆绑焊接，底端平焊一块钢板，形成一个平面，顶端焊接一个吊环便于连接副卷扬机的钢丝绳，重约1t，其形状见图-3。三．初次打捞由于现场条件简单，加工的探勾和钢锤11月21日上午才加工好，中午安排工人开始打捞。首先，将第一节探勾臂利用主卷扬机放入井内，固定在井台上，摘除钢丝绳，再将第二节探勾臂吊起与第一节连接在一起。卷扬机提起探勾，拆除固定装置，将探勾徐徐下放至钻头脖经位置。为方便工人操作，在护筒上用木板搭一简易平台。操作工人站在平台上，活动探勾柄，摸索钻头脖颈的位置，找寻钻头脖颈的缝隙，伺机勾劳。由于探勾较重，且是人工靠手感摸索，至晚上11时才将钻头勾牢。探勾勾住钻头后，用钻机的副卷扬机吊起钢锤边锤击钻头（腰部），边提升主卷扬机，力拔钻头，钻头却纹丝不动。经过近一小时的反复锤击、提拔不见效果。分析主要原因是泥沙淤积严重，钢锤没有直接锤击到钻头的关键部位，锤击效果甚微。时至凌晨，决定放弃这种方法打捞。次日，又对井下进行了仔细探测，发现钻头的一半都淤积在泥沙之中。如此情况，单靠冲击钻机本身的提拔力量提出钻头的可能性已不可能。四．打捞方案1.方案的确定：12月22日下午，项目部再次召开专题会议研究打捞方案。根据本项目工程的特殊性和力争减少经济损失和简便易行的指导思想，经过反复对比研究，决定采用扩孔法打捞。由于12月20日，地区总监办已正式通知全面停工，加之时下日最低气温已至—18度，打捞工作已无法再进行，并且该扩孔法需要加工一个空心冲击钻头，施工现场不具备条件，项目部综合考虑，决定利用冬季停工期间，加工空心冲击钻头和准备配套机具，来年开春气温回升后进行打捞工作。方案确定后，安排加大井孔内的泥浆比重，防止塌孔。2.扩孔法打捞钻头的原理：此方法主要是针对解决淤积卡死在较深井孔中钻头的情况，利用扩大孔径，剥离钻头周围的泥沙，孤立钻头，解除井壁、淤泥对钻头的挤压和吸附力，轻松提出钻头。空心冲击钻头的要求：材料最好采用重型钢管，整体性好；长度大于3M，保证钻进的垂直度和方向；重量大于2.5T，保证钻进的速度，重量不足应平衡增加配重；空心冲击钻头管身内径大于预打捞冲击钻头主身的最大直径10ＣＭ左右，防止两者相卡；空心冲击钻头底口内口直径大于预打捞冲击钻头钻腰的最大外径１０ＣＭ左右，同样是防止两者相卡。具体形状尺寸参见图－４。备用机具：３０Ｔ以上千斤顶２架；重型１６*工字钢２根，长度大于护筒直径的１.５倍；枕木数根，起重托盘２个。具体方法和操作过程如下：A．空心冲击钻头的钻进和正常冲击钻头的钻机基本相同，开始破口时要放稳、放平，保证中心位置不偏移错位，钻进3M以前严格控制垂度，偏差不得大于1%；B．钻进过程中，扩孔的钻渣不断落入井底，泥浆的比重要加大，并及时捞渣，防止冲击钻头淤积严重；C．钻进至接近冲击钻头位置后，每进尺一段时间都要探测一下冲击钻头的位置；在扩孔至冲击钻头钻腰以下后，停止下扩，防止钻头完全孤立发生倾斜。提出空心冲击钻头，利用捞渣筒清理钻渣并将预打捞冲击钻头上粘结的泥沙尽可能的清理干净，以便于套挂钢丝绳；D．用钻机的副卷扬机连接空心钻头，主卷扬机的钢丝绳打一松紧扣，从空心钻的管心上口穿入至下口，绳扣沿空心钻底口的内壁用绑扎丝固定在钻头的合金钢齿上；E．将空心钻头提起重新放入井孔内，下落至冲击钻钻腰以上的高度，锁死副卷扬机。启动主卷扬机提升绳扣，固定绳扣的绑扎丝会被逐渐挣断，绳扣脱离空心钻头并套在冲击钻的钻杆上。沿冲击钻钻杆四周平衡焊接有棱角突出的配重，上端吊环下还有一细颈处，绳扣在提拉的过程中会在以上某一处收紧，套牢钻头。如果钻杆上粘结的泥沙过多，绳套会提空，这时要利用探勾对钻杆进行清理，使钻杆上的突出部位暴露出来，便于勾挂；F．确定绳扣套牢钻头后，提升副卷扬机，将空心钻头提出井外摘除。此时，慢提主卷扬机，挣紧钢丝绳，加力上提提拔钻头；G．如果提拔困难，可用副卷扬机吊钢锤锤击钻腰，辅助主卷扬机提升；如果还是提拔不动，可用预备的工字钢梁架设在护筒上方，钢梁的两端下方顶立千斤顶，将已钩挂钻头的钢丝绳打扣固定在钢梁上；调整千斤顶或起重托盘的高度，使钢丝绳基本拉紧。此时，钢梁两端下方的千斤顶同上顶，钻头在两台平衡上顶的千斤顶的反作用重力的提拔下逐步松动、慢慢上升。钻头完全脱离井底、井壁泥土的吸附力后，拆除顶立装置，提升主卷扬机，拔出钻头，完成打捞工作。五．二次打捞2012年2月26日，打捞的准备工作就绪，上午开钻扩孔。28日空心冲击钻机扩孔至预定深度，按照上述方法，主卷扬机绳扣套牢钻杆后，一举拔出了埋置的钻头，打捞工作圆满成功。此前我们最先考虑的是人工挖孔扩孔法打捞，更简单，成本更低，速度快，只需加工一个辘轳即可。但考虑到地面以下10M处有一渗水沙层，可能会给护壁带来困难，产生不安全因素，后来放弃了人工扩孔的方法。众所周知，在桥梁工程的下部工程施工中，基桩的钻孔与灌注极其关键和风险重大，任何一个小的环节的疏忽都有可能造成整座桥梁的移位或付出重大补救损失，本次利用空心冲击钻头扩孔法打捞钻头，不但有效避免了工程质量事故的出现，而且较之其它如大开挖、潜水人工打捞、重型设备力拔等方法简单易行、投入少、安全性好、成功率高，特别适宜于地质情况复杂、埋置深度大、地下水位高、位置偏僻的工程项目解决类似的打捞问题。图一钻锥钻腰配重钻杆（空心）连接臂吊环图一20mm钢板勾钢槽连接螺栓钢槽吊环销孔图二钢锭160图-3钢锤钢板锤头吊环大于2000图三图--4空心冲击钻头合金钻齿加强箍厚壁钢管配重铁吊环大于3000大于1500图四陈利民2012年3月13日