反循环回转钻孔

1、4 反循环回转钻孔4.1 反循环回转钻进的原理和特点4.1.1 反循环回转钻进的原理 泥浆反循环排渣是针对大口径全断面钻孔而开发的关键技术，最大钻孔直径可达3m 以上。反循环回转钻进的破岩方式与正循环回转钻进相同，但排碴方式不同，孔内 泥浆的流向相反。 反循环钻进时， 钻杆(排渣管) 内泥浆的压力小于钻杆外泥浆的压力； 在内外压力差的作用下，孔内泥浆沿钻具与孔壁之间的环状空间流向孔底，与岩屑一起 进入钻头吸渣口，通过钻杆内腔返回地面，经沉淀或机械净化处理后再流进孔内，从而 形成循环(见图8-2-3 b)。在钻进过程中，随着孔深的增加，不断向孔内补充新鲜泥浆。 泥浆反循环的排渣能力主要取决于排渣

2、管内外的压力差、排渣流量和排渣系统的通径。4.1.2 反循环钻进的特点 反循环钻进主要有以下优点：(1) 泥浆的回流的速度比正循环要大得多，一般可达到2 m/s4m/s;而且不受孔径大小的影响；因此它能直接排出粒径较大的钻碴，能满足大口径钻孔的排渣要求。( 2)减少了钻碴的重复破碎，排渣速度快，钻进效率高，钻头寿命长。( 3)钻孔环状空间冲洗液的流速慢，对孔壁的破坏作用小;钻孔的超径率比正循 环小，减少了混凝土的灌注量。(4)可自行清孔，清孔效果好，淤积厚度可不超过5cm，有利于保证桩端承载力。( 5)除砂层和卵砾石层外，一般可用清水直接造孔，利用钻头的旋转在孔内自行造浆;反循环钻进的主要缺点

3、是：( 1)泥浆用量多，泥浆净化及废浆处理的工作量大，相应的动力消耗也较大;当 钻进速度较慢、排碴量不大时，经济效果较差。( 2)当卵石粒径接近或超过排渣管路通径时，容易发生吸渣口和管路堵塞故障， 处理较困难，影响钻进效率。( 3)对排渣系统的密封性要求较高，因泄漏引起的故障和工时消耗较多。( 4)配套设备较多，需占用较大的施工场地反循环钻进理想的应用条件是： 有较充足的水源; 地层中没有大于钻杆内径 4/5的卵石或杂物，卵石含量不大于20% :地下水位适当，地下水位过高或过低都会带来不利影响；没有自重湿陷性黄土层；孔径600 mm3000mm，孔深不大于100m。4.2 反循环钻进的类型和适

4、用条件 按反循环成因和动力来源不同，反循环钻进可分为泵吸法、气举法和射流法三种类 型。孔深 40m 以内泵吸法和射流法的排渣效率优于气举法；孔深超过 40m 时，气举法 的排渣效率较高，且适用深度不受大气压的限制，但孔深10m以内气举法的排渣效果很差，不宜采用。4.2.1 泵吸反循环 泵吸反循环是利用离心式砂石泵的抽吸力，使钻杆内的流体上升的一种工作方式，其管路布置如图 8-2-22 所示。 砂石泵工作时， 在其吸入口处形成负压， 在大气压力的作图8-2-22泵吸反循环钻机及管路1水龙头；2 主动钻杆；3 转盘；4 钻杆；5卷扬机;6砂石泵；7沉淀池；8泥浆管；9桩孔用下，孔内泥浆携带钻碴经钻

5、头吸入口进入钻杆，并沿钻杆上升，最后经过砂石泵出口 排至泥浆净化机或沉淀池中。泵吸反循环是依靠排渣管内 外的压力差来维持的，压力差的 大小取决于泵的真空度，也即取 决于泵的吸程。因为大气压力最 大只有O.IMPa，泵的吸程不可能 超过10m，一般只有 7m8m左 右，加之泥浆的密度大于水的密 度、管内含碴泥浆的密度大于管 外泥浆的密度；所以能够用于推 动管内泥浆上升的压力非常有 限，一般只有 0.050.07MPa。在 反循环钻进的过程中，泵吸所形 成压力差主要消耗于排渣管内泥浆在流动过程中的沿程损失，孔深越大消耗的压力越大。当管内泥浆流速为3m/s时，直径150mm的钢管大约每10m左右要损

6、失1m水头的压力；受此限制泵吸反循环一般 只适用于孔深50m以内的钻孔；超过此范围效率显著降低，甚至不能运转。灌注桩的孔深多在50m以内，这是泵吸法应用较广的原因。泵吸法的效率比射流法高，管路比气举 法简单。为了能将大粒径的卵石直接排出孔外和适应大口径钻孔的需要，泵吸反循环系统均采用大流量、大通径的离心式砂石泵作为泥浆抽吸设备。砂石泵起动时，要先对泵和管 路抽真空或充浆排气。充浆可采用其它小型泥浆泵；也可设计成正、反循环两用系统， 自行充浆。为了提高反循环系统的排渣能力和钻孔深度，应选用吸程较大的砂石泵（有 的砂石泵吸程达8m以上），并尽量降低管路中的压力损失和砂石泵的安装高度。反循环对泵的扬

7、程要求不高，因为排浆出口就在地面。气举反循环（1）气举反循环排渣的原理气举反循环的原理是将压缩空气通过供气管路送至一定深度处的钻杆（排碴管）中 与钻杆内的泥浆混合，从而使管内泥浆的密度和压力小于管外泥浆的密度和压力；在此 压力差的作用下，管外泥浆携带孔底钻碴进入钻杆，并沿钻杆上升，最后排出孔外，经 净化处理后再流回孔内。在排渣管的进气口处，一般都设有分散压缩空气的混合器；混 合器以上为双管，以下为单管。在钻进过程中，混合器以下的排渣管内是固、液混合物；混合器以上的排渣管内则是固、液、气混合物。气举反循环的管路布置如图 8-2-23所示。气举反循环的的工作压力来源于排渣管内外泥浆的密度差，它的大

8、小取决于空压机的排气量和气液混合器的沉没深度与自混合器算起的扬程高度之比（沉没比m=H/h ）,与大气压力无关；供气量和沉没比越大，工作压力越大，排渣效率越高。由于孔内泥浆 面以上的扬程是一定的，所以沉没比的大小主要取决于混合器的沉入深度；而混合器允许的沉入深度又与空压机的供气压力有关；混合器的沉入深度越大，要求的供气压力也 越大。当孔深较小时，无法加大混合器的沉入深度，因而其排渣能力受到限制。当沉没 比小于0.5时，气举反循环的升液效率很低，甚至不能升液。（2）气举反循环的特点 工作压力较大，可以超过一个大气压，孔 深越大排渣效率越高；钻孔深度不受大气压力的 限制，只要空压机有足够的风量和压

9、力就可以钻 很深的孔。 气举反循环的管路平直，加上有较大的驱 动压力，管路不易堵塞；即使堵塞，也易于排除。 带有岩屑的泥浆不流经任何工作机械，没 有设备磨损和堵塞问题。 不会因管路密封不严而使泥浆循环中断 或不正常，也不会发生气蚀，故障较少。 液流上返速度大，携碴能力强，能直接排 出大粒径岩屑，故钻进效率较高。 气举反循环的缺点是不能用它来开孔、浅 孔段的钻进效率较低；因此只有较深的桩孔才用 气举反循环钻进。（3）气举反循环的供气方式气举反循环供气管的布置主要有并列式、双 壁钻杆式、同心式等方式。图8-2-23 气举反循环钻进原理1-空压机；2-风管；3-水气龙头；4-转盘;5-双壁钻杆；6-

10、水气混合器；7-单壁钻杆;8-钻头；9-沉淀池；10-护筒；11-泥浆 并列式。并列式供气布置如图 8-2-24a所示，在单壁钻杆旁对称放置两根送气管， 钻杆与送气管用共同的法兰盘连接。当钻孔深度在空压机额定压力的许可范围以内时，只设一个混合器，两根风管同时送风。当钻孔深度超过空压机额定压力的许可范围时， 则需要随着孔深的增加先后在两个不同深度位置分别下设混合器，并由两根风管分别供风。钻孔时先用下面的混合器，钻孔达到一定深度后再关闭下面混合器的风管，同时启 用上面的混合器。 双壁钻杆式。双壁钻杆式供气布置如图 8-2-24b所示，混合器以上采用双壁钻杆， 混合器以下采用单壁钻杆，通过双壁钻杆的

11、环状间隙向气液混合器供气，双壁钻杆与单壁钻杆的内径相同。双壁钻杆的外管起传递扭矩和轴向压力的作用，内管起隔离、输送 压缩空气的作用；内、外管连成一体，同时接卸。单、双壁钻杆均采用锥形螺纹连接。 双壁钻杆结构和双壁钻杆混合器结构详见图8-2-25和图8-2-26。 同心式。供气管通过水龙头悬置于钻杆中心，不随钻杆转动（图8-2-24C）。这种供气布置的管路较简单，也便于调整混合器的沉没深度；但中心风管占据钻杆一定的截面积，较大直径的钻碴无法排出，容易造成堵塞故障，故只适用于小颗粒地层钻进。c孑芾渣/浆0輛查/浆气卍节渣1Z产浆-一E1$:1iEI3I1111111二"71i7E3b V

12、abc图8-2-24 气举反循环供气管的布置形式 a-并列式；b-双壁钻杆式；c-同心式;图8-2-25双壁钻杆结构图1-支承块；2-公接头；3-内管外接头；4-支承块；5-外管;6-内管；7-母接头；8-支承块；9-内管内接头；10-密封圈8-2-26双壁钻杆气液混合室结构图1-下接头；2-弹簧；3-气孔；4-钢球；5-支承块；6-上接头；7-内管；8-支承块；9-密封圈射流反循环（1）射流反循环的原理射流反循环是利用安装在循环管路上的射流泵（也称喷射元件）的高速射流所形成 的负压来驱动循环管路中的介质流动，从而形成泥浆反循环，不断地将孔底钻碴携出孔 外。用于喷射的工作流体由高扬程、大流量的

13、离心泵或柱塞泵压送。常用的工作流体有 泥浆、水和压缩空气。射流反循环的管路布置如图8-2-27所示。（2）射流泵及其安装方式在射流反循环中，为了使大颗粒岩屑 能顺利通过射流泵，射流泵常采用多个喷这种布置的缺点是钻具结构复杂，大多要 采用双壁钻杆。图8-2-27射流反循环钻进原理1-动力头；2-钻杆；3-射流泵；4-离心泵；5-高压水管;6-排渣管；7-钻头；8-泥浆；9-沉淀池；10-护筒咀，环状布置，形成环状喷射（图8-2-28 ）。 射流泵在反循环管路中有三种布置形式： 将射流泵放在地表；将射流泵放在水 龙头下方；射流泵潜入孔内，放在钻头 上部。、两种安装方式的管路简单， 但它是利用射流泵

14、的真空度来驱动循环 的，工作压力受大气压力的限制，只适用 于钻进深度较小的桩孔。第种安装方式 是利用射流泵的扬程进行工作，因此循环 驱动压力大于O.IMPa，适用于深孔钻进。图8-2-28射流泵结构图（3）射流反循环的特点 与泵吸反循环相比， 射流泵无运动部件, 工作条件较好，磨损较小。 射流泵既能抽吸液体又能抽吸气体，启 动时能自吸，不需另设启动装置。 射流泵工作流体的种类多，泥浆泵和空 压机均可作为射流泵的动力源；这种随意性使 它在反循环钻进中的应用非常灵活；在气举反 循环开孔时，可用空压机作为动力源进行射流 反循环钻进；在泵吸反循环中，射流泵可作为 真空泵用于启动砂石泵。 射流反循环的主

15、要缺点是驱动力较小，效率较低，适用深度受到限制。4.3钻孔机具反循环回转钻进所用的钻机和钻具，除增加了反循环排渣系统外，其它与正循环回 转钻进所用的机具类似，但不完全相同。为了适应大口径钻孔和大粒径卵石直接排出孔 外的要求，反循环回转钻进所用钻具的外形尺寸和排渣通径都比较大；故钻孔与排渣设 备的功率、体积和质量也相应较大；这是反循环回转钻进机具的主要特点。钻机反循环回转钻机由主机和排渣系统组成，其结构如图8-2-29所示。由于反循环排渣系统的体积和重量较大；故一般与主机分开，单独设置于地面，以便于操作和搬运。也 有些小型反循环回转钻机将排渣系统与主机组装在一起，以便于转移。国产泵吸反循环 工程

16、钻机的主要型号及技术性能见表8-2-20，按最大钻孔直径可分为小型、中型、大型三类，其技术性能的大致范围参见表8-2-21。图8-2-29反循环回转钻机结构图1-柴油机；2-传动轴；3-气水系统；4-弹性联轴节；5-减速箱；6-卷扬机及制动器；7- 万向联轴节；8-转盘；9-车架及行走部分；10-水龙头；11-桅杆；12-副卷扬机及制动器 （1）主机反循环回转钻机的主机由动力机、回转系统、升降系统、钻塔、底盘、行走机构等 部分组成，各部分的类型、构造和工作原理与前述正循环回转钻机基本相同。回转机构有转盘式和动力头式两种类型（不含潜水电钻），其中动力头又有电动机械式动力头和液压马达式动力头之分。

17、转盘多为移动式的，以便于起下大直径钻具。反 循环钻机回转机构的特点是扭矩大（一般在20kN.m以上，最大达210kN.m）、转速低（最低转速多在10r/min左右）；以适应大孔径钻进的需要。较先进的钻机已采用变频调速动力头，实现了转速随扭矩自动调整。钻具的升降有卷扬机和长油缸两种方式。中、小型的反循环钻机多采用卷扬机方式；大型的全液压钻机多采用长油缸方式。长油缸方式可利用钻机的自重加压钻进，且操作 简便。采用卷扬机升降的钻机一般都设有主、副两套卷扬机。反循环钻机多为龙门式塔 架，并在两侧塔柱上装有钻杆道轨，以保证钻孔的垂直度。中小型钻机一般都带有自行移位装置，大型钻机多为组装式钻机。动力机多为

18、电动机，只有个别型号的钻机使用柴油机。表8-2-20国产反循环回转钻机的主要型号和技术性能类型型号最大孔径（mm）最大孔深（m）转速（r/min）最大扭矩（kNm）主机动力（kW）质量（t）制造厂家转盘式GPS-1515005013 4217.7528上海探矿机械厂GPS-2020008085630.05910GJC-40HF15004040 12311815天津探矿机械厂GJ-2020008013 42203515衡阳探矿机械厂GPF-2000D20001002511张家口探矿机械厂GZY-300030009001620021055洛阳矿山机械厂KP350035001300242102034

19、7郑州勘察机械厂KP2000200010010 6343.84512KP1500150010015 7823.53711QJ250-125001007.8 26117.69520GW-25250080824807520江西万通工程机械 有限公司GW-3030009082912014525GF-30030001206351309042河北建设勘察研究院GM-2020008012 88364513连云港黄海机械厂GPY-262600100824807520ZY30003000804815022535GPF-1212008024 7810306河北裕隆机械有限 责任公司（邯郸探 矿机械厂）GPF-1

20、818008014 4520378GPF-2425008010 70404510动 力 头 式GSD-5012005012 3216558北京探矿机械厂GJD3 30.639.221张家口探矿机械厂GQ-1515005013.5 98.522.1375.9重庆探矿机械厂GMD-1826005012 502437西安探矿机械厂GD-120012007016.7 33.59.812813.2洛阳矿山机械厂GD-150015007010.6 32.019.325X220.8GZY-250025001000159011030KT150015001006.8 8824.7402

21、4郑州勘察机械厂GQ-1212005021 8012304西北探矿机械厂GQ-12B12005021 15712307.5连云港黄海机械厂GQ-15A15005018 7015307.5GJD-12120050上海探矿机械厂GJD-15A15005012.1 45.817.374512江汉建筑机械厂类型最大孔径(mm)最大扭矩(kN.m)最低转速(r/min)提升能力(kN )主机功率(kW)质量(t)小型V 120010 15V 30V 30V 35V 10中型120020001550V 2030 8035 7010 20大型> 2000> 50V 10> 80> 7

22、0> 20(2)排渣系统反循环钻机一般都配有泵吸反循环排渣系统；有的反循环钻机配有泵吸和气举两套排渣系统，以扩大其孔深适用范围。不配砂石泵的钻机，在浅孔时可在排渣管路上安装 射流泵排渣，在深孔时可用气举反循环排渣，其动力源可用同一台空压机。泵吸反循环排渣系统由砂石泵、注浆泵(或真空泵)、闸阀、蝶阀、排渣管等部件组成(见图 8-2-30)。砂石泵也称泥石泵，是反循环钻机的专用配套设备，其型式为单 级单吸离心泵，吸入口直径与钻杆内径相同，有150、200、250、300mm等规格，根据钻孔直径和地层粒径选择。不同通径砂石泵的性能见表8-2-22。砂石泵的结构和性能不同于一般的泥浆泵、砂泵及灰

23、渣泵。砂石泵的转速较低(600 r/min900r/min ),转轮只有两个叶片，过流部件都用耐磨材料制作；其性能特点是：吸程大(7.5 m9.0m),扬程小(12 m20m),可通过的卵石粒径大。砂石泵启动时一般采用3PNL型或2PNL立式泥浆泵充浆排气。表8-2-22不同通径砂石泵的性能型号通径(mm)流量(m3/h)流速(m/s)功率(kW)最大通过 卵石粒径(mm)4BS10070 802.48 2.8317 22806BS1501802002.84 3.1425 301208BS2003504003.09 3.5445 5017010BS2506006503.39 3.6870 75

24、20012BS30090010003.54 3.93100110240图8-2-30 泵吸反循环排渣系统示意图采用气举反循环排渣时， 空压机的压力和排气量可分别按 8-2-1式和8-2- 2式计算。 当空压机的压力已定时，也可用 8-2-1式反算液气混合器的允许沉没深度。表8-2-23中所列数据可作选择空压机风量时的参考值。式中：aHP aP （ MPa）（ 8-2-1）1000P空压机的供气压力，MPa ；a孔内泥浆密度，kg/m3;H液气混合器的沉没深度，m ；P供气管道压力损失，一般取0.05 MPa0.1MPa ；式中：Q = （22.4） d2v（8-2-2）Q所需空气量，m3/mi

25、n ；d钻杆内径，m;v钻杆内混合流体的上返速度，m/min。表8-2-23空压机风量与钻杆内径关系表钻杆内径（mm）94120150200250300空压机风量（m3/min）469131721钻具（1）钻杆灌注桩反循环钻机所用的钻杆由于要兼作排渣管，通径较大，且对密封性要求较高；故一般不采用标准规格的地质、石油钻杆，而由生产厂家根据钻机的性能配制，连接形 式和尺寸规格也各不相同。钻杆的直径和壁厚根据最大钻孔直径和允许通过的最大地层 颗粒确定，首先要根据钻孔直径确定所需的最小钻杆的直径和壁厚。钻杆内径大，钻进 过程中的压力损失小， 可增加钻进深度；同时可通过的钻碴颗粒也较大，管路不易堵塞；但

26、也不宜过大。一般建议钻孔直径与钻杆直径之比在10左右，但内径不宜小于100mm。图8-2-31花键螺纹钻杆接头钻杆接头除应满足强度要求外，还应装拆 方便，连接可靠；以缩短起下时间，减轻劳动 强度，减少掉钻事故。钻杆接头的结构形式有 法兰螺栓式、锥螺纹式、花键螺纹式、六方花 键式、渐开线花键式、矩形花键式等。法兰螺 栓式和锥螺纹式是回转钻机初期使用的形式， 目前只在轻型钻机上用。花键螺纹式接头（图 8-2-31）使用较普遍，花键用于传递扭矩，螺 纹主要用于传递拉力。螺纹有三角形、梯形、 锯齿形等形式，锯齿形螺纹兼有承载力大又不 易松扣的优点。这种形式的接头扭矩不由螺纹 传递，改善了接头的受力状况

27、，所以装拆钻杆 时省力。反循环钻进须采用较短的钻杆和主动钻杆（一般为3m）;当孔深较大时，至少还要配备一节1.5m长的短钻杆。钻杆内径与钻孔直径的匹配关系参见表8-2-24。表8-2-24钻杆内径与钻孔直径的匹配关系表钻孔直径（mm）50070080012001300200021003000> 3000最小钻杆内径（mm）100150200250300（3）钻头反循环回转钻进应根据不同的地质条件选用钻头，但更换钻头过于频繁会影响钻进工效，因此应尽可能选择地层适应性较强的钻头。常用的钻头类型有前述的翼形刮刀钻头（图8-2-13、图8-2-14、图8-2-32 ）、组合牙轮钻头和滚刀钻头（图

28、8-2-33、图8-2-34），其结构形式与正循环回转钻进所用的钻头基本相同，只是钻头直径和中心管的直径较大。刮刀钻头有三翼、多翼、平底、锥底、台阶形等形式，每翼钻刃都镶有合金，刃齿 的长度和宽度根据地层条件确定。刮刀钻头适用于颗粒较小的松软土层；当孔径不大于 1m时多用三翼钻头，当孔径大于1m时宜用46翼钻头。组合牙轮钻头和滚刀钻头主要用于卵石、漂石和基岩的钻进；其技术规格和使用要求见本节3.2.3 （2）。反循环钻进所用钻头的吸入口应满足下列要求：断面开敞，阻力小，便于泥浆和 钻碴进入；入口直径稍大于排渣管内径，以防堵塞排渣管和砂石泵；吸入口距钻头 底部不宜大于250mm :当钻头直径和泵

29、量均较大时，宜设置两个吸入口。图8-2-32加重导向刮刀钻头1-上导向器（非回转式）；2-稳定加重块；3-下导向器（回转式）；4-三翼刮刀；5-鱼尾切削齿图8-2-33平底式滚刀牙轮钻头I- 方钻杆；2-接头；3-中心圆钻杆；4-风管；5-钻杆接头；6-导正夹板；7-上导向器；8-配重块；9-下导向器；10-刀盘；II- 破岩牙轮；12-吸渣管；13-滚刀4.4反循环钻进工艺441 泵吸反循环钻进 泵吸反循环钻进成孔工艺的要求和注意事项简叙 如下：（1）根据地层合理地选择钻头泵吸反循环钻进所用钻头与正循环基本相同，所不同是钻头除切削岩土外，还要吸入钻渣。为此，施工中根据不同地层合理选用钻头是反

30、循环钻进的关键。如在卵砾石层钻进中，宜选用筒式粑齿钻头和筒式打捞钻 头。钻进时钻头齿刃松动切削地层，小的砂砾沿钻头吸 渣口进入钻杆而排往地面，大直径卵石则进入筒内，最后随钻头一起提至地面。（2）保持孔内液面高度 泵吸反循环钻进时应保持孔内水位高出地下水位2m以上，利用水位差所产生的 0.02MPa的静水侧压力 稳定孔壁。为此，反循环施工所用泥浆要十分充足，能图8-2-34反循环组合牙轮钻头1-PZ型组合牙轮钻头；2-砝码式配重；3-圈式扶正稳定器；4-钻杆；5-合金块;6、7-扶正块（镶合金）彳1.5倍3倍。及时补充孔内液面高度，一般泥浆贮备应为钻孔容积的 浆的方式，如地下水位较高，护筒埋设高

31、于自然地面，无法自流时可泵送泥浆。当采用 泵送泥浆时，需要考虑砂石泵与抽水泵或泥浆泵的流量相匹配，并注意接长护筒，以防 对孔壁的冲刷。泥浆的性能应视地层情况随时调节。（3）钻杆内流体的上返速度选择钻杆内流体的上返速度越高，携带钻碴的能力越强。国外推荐采用3 m/s4m/s,从国内试验的情况来看，以 2.5m/s3.5m/s为宜。流速过高会引起弯管部位磨损过快， 同时管外流速过高对孔壁稳定不利。钻速越高，单位时间内产生的钻碴越多，泥浆的上 返流速也应增高。（4）砂石泵流量选择砂石泵的流量可按下式计算：Q 2827vd2k(8-2-3)式中：Q -砂石泵的排量，m3/h；v钻杆内流体上返速度，m/

32、s ；d-钻杆内径，m;k砂石泵工作时的余量系数，取1.4 1.8。（5）钻碴含量的确定钻碴含量的大小与所钻岩层性质、钻孔深度和循环介质的种类有关。孔浅时，钻碴含量可咼-些；孔深时就要小一些。对于浅孔、软岩，使用泥浆钻进时的钻碴含量可达10%15%。深孔钻进时为防止管路堵塞，钻碴含量可控制在1%3%。一般地层，钻碴含量可控制在 5%8%。（6）钻速控制根据不同地层选择转速，在硬粘性土层钻进时，可用一档转速，放松起吊钢丝绳， 自由进尺；在一般的粘土层或粉土层钻进时，可用二、三档转速自由进尺；在砂土、砾 石层或含少量卵石的土层中钻进， 宜用一、 二档转速， 并控制进尺； 当遇到地下水丰富、 易坍孔

33、的粉砂地层时，宜用低档慢速钻进，并加大泥浆比重，提高作用水头。（ 7）钻进操作要点 起动砂石泵。起动砂石泵前将钻头提离孔底 0.2m 以上。 采用注浆法启动时，先关闭砂石泵出口阀门，用注浆泵向砂石泵和管路注浆排气， 待孔口浆面开始不冒气泡时，说明砂石泵和管路已充满泥浆，即可启动砂石泵，同时关 闭注浆泵，打开砂石泵出口阀门。采用真空泵启动时， 先关闭砂石泵出口阀门和气包放水阀， 并打开真空泵管路阀门， 然后启动真空泵，抽吸砂石泵和管路中的空气，引进泥浆；当气包内的水面升到上部、 真空表显示气压小于 0.05MPa 时，即可启动砂石泵，同时停真空泵， 打开砂石泵出口阀 门。砂石泵启动后，即可打开气

34、包排水阀门，放出气包内的冲洗液。 待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻 压慢转， 待钻头正常工作后， 逐渐加大转速， 调整压力， 以不造成钻头吸入口堵塞为限。 钻进时应仔细观察进尺情况和砂石泵出渣情况；排量减少或钻渣含量较多时，应 控制给进速度，防止因泥浆密度太大或管路堵塞而中断反循环。 在砂砾石、砂卵石、卵砾石地层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路， 可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。 加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底80 mm 100mm，维持冲洗液循环1 min 2min ，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净， 然后停泵加接钻杆

35、。 钻杆连接应 拧紧上牢，在接头法兰之间应垫3mm5mm厚的橡胶垫圈，防止螺栓、拧卸工具等掉入孔内。钻杆接好后，先将钻头提离孔底200mm300mm ,开动反循环系统，待泥浆流动正常后再下降钻具继续钻进。 钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量， 保持泥浆循环，吸除坍落物和涌砂；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持浆柱压 力以抑制继续涌砂和坍孔。恢复钻进后，泵的排量不宜过大，以防吸坍孔壁。 砂石泵排量要考虑孔径大小和地层情况灵活选择调整，一般外环间隙泥浆流速不宜大于10m/min，钻杆内泥浆上返流速应大于 2.4m/s。桩孔直径较大时，钻压宜选用上限，钻头转速宜

36、选用下限，获得下限钻进速度；桩 孔直径小时，钻压宜选用下限，钻头转速宜选用上限，获得上限钻进速度。 钻进达到设计孔深停钻时，仍要维持泥浆正常循环，吸除孔底沉渣直到返出泥 浆的钻渣含量小于 4%为止。起钻操作要平稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量 泥浆，保持孔内浆面高度。4.4.2 气举反循环钻进（ 1 ）气水混合室沉没深度 浅孔阶段混合室的沉没比至少要大于0.5，深孔阶段混合室的沉没深度应根据风压大小、孔深及泥浆密度确定。上下混合室之间的间距与风压的关系可参考表8-2-25 。风压（MPa）0.60.81.01.22.0混合室间距（m）2435455590混合室最大允许沉没深度（m）507

37、088105180（2）尾管长度的选定气举反循环装置的尾管长度 Lw越小，管内浆柱压力越小，排渣效率越高；但需要 的风压也越大。试验表明，尾管长度不大于 3倍混合室沉没深度才能保证气举反循环正 常运行。443 反循环系统故障的预防与处理 （1 ）反循环系统启动后运转不正常检查钻杆法兰、砂石泵盘根、水龙头压盖等有无松动、漏水、漏气。（2）管路堵塞，泥浆突然中断在砂卵石层中钻进时，应防止抽吸钻渣过多使混合浆液的比重过大。宜采用钻进一 段后，稍停片刻再钻的方法。为防止大卵石吸进管内，钻头吸入口的直径应小于钻杆内 径10mm20mm ;也可在钻头吸入口中央横焊一根直径6mm的短钢筋，但这种方法对排渣粒

38、径的限制过大。发生堵管时，把钻头略微提升，用锤敲打钻杆及管路中的各处弯头，或反复启闭出 浆控制阀门，使管内压力突增、突减，将堵塞物冲出。4.5常见钻孔事故的处理反循环钻进常见钻孔事故的处理与正循环基本相同，见本节表8-2-19。5潜水电钻成孔5.1潜水钻机成孔的特点及适用条件潜水钻机成孔属底动力钻进，电动机通过减速机构与钻头直接连接，一起潜入水（泥浆）下工作；其上部与钻杆连接，钻杆一般不兼作送浆、排渣管，只起提供旋转反力的 作用。潜水钻机具有结构简单、重量轻、体积小、操作和维修方便等特点。由于其动力 在孔底，钻杆不回转；故功率损耗小，钻进效率高，易于实现反循环；钻进时基本无噪 声、无振动，对孔

39、壁的扰动很小。潜水钻机成孔的原理与正、反循环回转钻机成孔的原理相同，既可正循环排渣，也 可反循环排渣。当采用反循环排渣时，有泵吸反循环（砂石泵置于地面）、泵举反循环（砂石泵和潜水电钻安装在一起）和气举反循环三种方式。其中泵举反循环最为先进， 砂石泵在孔底工作时，其反循环系统的工作压力不受大气压力的限制，可使用较高扬程 的砂石泵，排渣效率更高，且能适应更大的钻孔深度。潜水钻机适用于在淤泥、粘土、砂层、软岩、强风化岩及含有少量砾石的粘土层等地层 中钻进，尤其适用于钻进地下水位较高的地层。其钻孔直径为450mm2500mm，最大钻孔深度为80m。将数台潜水钻机的主机组合成群钻，可进行条形截面桩或地下

40、连续墙的施工。5.2机具与设备5.2.1 潜水钻机'潜水钻机的主机（图8-2-33）由潜水电机、齿轮减速器和密封装置组成，配套设备有钻孔台车、钻架、卷扬机、电缆卷筒、砂石泵、配电柜等（图8-2-34 ）。河北新河钻机厂所生产电动潜水钻机的型号和主要技术参数见表8-2-26。潜水钻机的动力为充油式潜水异步鼠笼式电动机，电机内部充有25号变压器油18kg20kg。为了防止电机内部的变压器油向外泄漏和外部的泥水及减速器内的机油向电 机内渗漏民，电机的上下轴端均装有机械密封装置。所有连接处都有耐油橡胶制的“O ”型密封圈。电机定子引出线与供电电缆的接头也须进行特殊的防水处理。潜水钻机主轴 减速

41、采用行星减速装置。由于钻机是在充满含砂泥浆的孔内工作，所以密封必须可靠。钻机密封共有三部分： 上部中心送水管与机体间的密封（没有中心送水管者没有该密封）：主轴下端与机体之间的密封；电机上下轴端均有一组机械密封装置，以防止电机的内外渗漏。图8-2-36潜水钻机整机构造示意图1潜水砂泵；2 配重；3 主机；4 钻头;5副卷扬机；6电缆卷筒；7副卷扬机；8主卷扬机；9钻塔台车；10 钻杆；图8-2-35 潜水钻机主机构造图1钻杆接头；2进水接头；3 电缆；4潜水电机；5减速箱；6中间进水管7钻头连接法兰；8钻头钻杆及排渣管潜水钻机的钻杆在钻进时是不转动的，只起提吊、导向和提供反转矩的作用，其最 上一

42、节钻杆虽不是主动钻杆，但也必须是方钻杆，也可全部采用方钻杆；通过夹持、导 向装置将反力矩传到机架上去。机型KQ 800KQ 1250KQ 1500KQ 2000钻孔直径（mm）800125015002000钻孔深度（m）50508080钻 杆（mm）80X80、 90X9096X96© 127© 150潜 水 钻 主 机主轴转速（r/min）2006038.521.3主轴扭距（kN-m）1.204.465.5713.72电机功率（kW）22222237电机转速（r/min）970970970975主机质量（kg）55070010001900卷扬机最大提升力（kN）19.61

43、9.649.0提升速度（m/s）0.0670.0670.230电机功率（kW）101013砂石泵型号3PS3PSQ4PS6PS排量（m3/h）8080120180功率（kW）22223045整机质量（t）7.2810.4615.4320.18潜水钻机的钻杆可兼作送浆管或排渣管，也可另设送浆、排渣管。由于主机占据了孔中心位置，所 以送、排浆管必须在主机顶部分叉，然后从主机两 旁伸向钻头上部（见图 8-2-35）。当采用反循环排渣 方式时，由于排渣管不能穿过钻头，吸入口的位置 较高；故吸排大粒径卵石的能力较差。523钻头潜水钻机由于进、排浆管不能伸到孔底，一般 只能采用高度较小的翼形刮刀钻头钻进，

44、钻头的结 构形式与一般正、反循环回转钻进的钻头相同，只 是中心管底部没有进、出浆口。钻头与电钻主轴之 间用法兰盘连接。需要加压钻进时，可在钻头上方、 主机四周加挂环形配重块。5.3潜水钻机成孔工艺正循环排渣法图8-2-37潜水钻分叉管示意图1钻杆；2分叉管；3 主机；4钻头 开机前准备：平整场地，接通水源、电源， 确定桩位，挖掘泥浆池及排浆沟，确定钻机移位路 线及移位方法。安装钻头、钻杆和主机。 开钻：将电钻、钻头吊入护筒内，关好钻机底座铁门，将方钻杆卡在导向装置的 滚轮内。启动泥浆泵，把泥浆或清水从中心管或分叉管射向钻头，然后稍提钻头，启动 电机空转。待泥浆循环正常后，下放钻头开始钻进。 钻

45、进：钻进时应严密监视电流表所示电流大小，并据此调节钻进速度，电流不得 超过规定值。 根据钻杆进尺下放电缆和浆管， 下放速度必须同步， 防止拉断电缆和浆管。 接长钻杆时先停电钻后提钻杆，泥浆循环不得中断。 停机移位：钻至设计深度后，停止钻机运转，泥浆循环继续进行，直至孔内泥浆 密度降到1.15g/cm3以内，方可停泵提升钻机。然后迅速移位，进行水下混凝土浇筑， 其间隔时间不宜超过 2h。5.3.2 反循环排渣法泵吸反循环法成孔除启动时需抽气或注浆外，其它操作与正循环排渣法相同。 当采用泵举反循环排渣时，开钻前需先将潜水砂石泵与主机连接，开钻时采用正循环开孔，孔深超过砂石泵叶轮位置后，即可启动砂石

46、泵电机，开始反循环钻进作业。当采用气举反循环时，需另配排气量至少 3m3/min的空压机和足够长度的$ 38mm 高压风管。孔深 6m以内采用正循环操作，液气混合室浸没深度达到 6m7m后，可开 始反循环操作，风压不宜超过 0.5MPa。5.3.3 注意事项 应根据土质情况控制钻孔进尺，发现电流过大时应及时上提电钻。 经常检查电缆和浆管的完好情况，潜水电钻的电缆不得破损、漏电。 必须指定专人负责收放电缆和浆管，及时跟随钻杆下放或上提。 电缆和浆管上应用油漆标明尺度，以便与钻杆上的尺度相校核。 应设自动跳闸装置，以便钻进遇阻、电流过大时能自动停机。 为防止掉钻事故，应在电钻上加焊吊环，并系一保险

47、钢丝绳引出孔外。6 旋挖成孔6.1 旋挖成孔的特点及适用范围6.1.1 工作原理在泥浆护壁的条件下， 旋挖钻机上的转盘或动力头带动可伸缩式钻杆和钻杆底部的 钻斗旋转，用钻斗底端和侧面开口上的切削刀具切削岩土，同时切削下来的岩土从开口 处进入钻斗内；待钻斗装满钻屑后，通过伸缩钻杆把钻斗提到孔口，自动开底卸土，再 把钻斗下到孔底继续钻进，如此反复，直至钻到设计孔深。6.1.2 旋挖成孔的特点（1）在一般地层中要使用泥浆护壁，在无地下水的粘土层中可不使用稳定液。（2）泥浆不循环，钻渣由钻斗直接提出孔外，泥浆只起护壁作用；因此泥浆的耗 量和处理工作量均较小，附属设施也较少。（3）一般采用多层套装伸缩钻

48、杆，钻进时不需接长钻杆，起、下钻速度快，操作简便，成孔效率高。一般在土层、砂层中的钻进速度可达8 m/h10m/h，在粘土层中可达 4 m/h 6m/h。（4）一般采用履带吊车作为装载主机，钻机移动和安装方便；但占地面积较大，钻机的价格和台班费用较高。(5) 由于钻具需频繁在孔内上下，其抽吸、刮削作用对孔壁稳定不利；因此对泥 浆质量和泥浆管理的要求较高。(6) 当地基中有较大的承压水时，护壁困难，且成桩质量不易保证。适用范围(1) 旋挖法在粘土、粉土、砂土等软土地层及粒径小于10cm的卵砾石层中均可施 工，但在有承压水的地层中应用要慎重。(2) 旋挖钻孔直径一般为0.8 m2.0m，最大可达3

49、.0m ;钻孔深度一般不超过 50m, 最大可达90m。当孔深超过35m时，宜将孔径限制在 900 mm1200mm的范围内。6.2旋挖成孔机具钻机旋挖钻机一般由履带式吊车、钻架、导杆、转盘或动力头、加压装置等部分组成(见 图8-2-38 )。转盘和动力头一般采用液压马达 驱动，由履带吊车提供动力。 部分国内外旋挖 钻机的型号和主要技术规格见表8-2-27。新型的履带式全液压旋挖钻机，机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，机械化、自动化程度高， 有些还配备了先进的电脑操作系统，操作灵活方 便。这些钻机均可一机多用；既可旋挖，也可用于长螺旋和短螺旋钻进。需要打斜孔时，导杆的倾角 可以在一定范围内变

50、换。6.2.2 钻杆(1)伸缩钻杆配备伸缩钻杆可以减少钻进中的辅助工作时间，提高钻进工效，这是旋挖成孔 的主要优势。伸缩钻杆由多层钻杆套装而成，可以象电视天线一样地伸缩。由转盘或动力头驱动外层 钻杆旋转，由外向内逐层传递扭矩， 最里层钻杆与 钻斗相连接，带动钻斗旋转。伸缩钻杆的层数越多， 可钻孔深越大；一般为 34层，最多的有5层。 钻杆截面多为圆形，也可为方形；圆形钻杆的各层 之间用花键传递扭矩。 钻进中随着孔深的增加，钻杆在重力作用下逐层下伸；各层钻杆之间有互锁机 构，在竖向压力作用下不会回缩。起钻时由与卷扬图8-2-38旋挖钻机机连接的钢丝绳提吊内层钻杆，再由内层钻杆逐层带动外层钻杆回缩

51、。需要时也可用导杆上的加压机构对钻具加压。(2)普通钻杆 这是一种与普通小型钻机配套使用的单层外平钻杆，该钻杆的连 接处没有台阶，钻斗可沿钻杆上下滑动；为了节省时间，起钻出渣时只提出钻斗，而不 起卸钻杆。型号最大孔径(mm)最大孔深(m)最大扭矩(kNm)主卷扬拉 力(kN)功率(kW)质量(t)生产厂家ZY12015004812016017950北京经纬巨力工程机械有限公司ZY16018004816016022355ZY20020006020018024660ZKL 1500D150040105250附机113HP北京城市建设工程机ZKL 2000D200060200400附机160HP械厂

52、TR-2000C200062220200224杭州天锐公司组装R-518180066172148300HP59意大利SOILMEC公司NCB1215004812012011338NCB1618005816017019555意大利NCB公司NCB18200064200185303HP62NCB22220067220200303HP66LB-40020004040040040088德国LIEBHERR公司LRB-25015003625035040072BG 91200369310012539BG 1215004812310016952BG 1518005514516016063德国BAUER公司BG 2220006022020022270BG 3030006336026818080BG 40300090360300297117623 钻斗钻斗也称旋挖钻头，为圆桶形结构，其上部与钻杆连接。常规钻削式钻斗(图8-2-39)底部都有带铰连和活舌式锁扣的下开底门，在底门上开有两道