貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆機(jī)在錦屏一級(jí)水電站中的試驗(yàn)研究與應(yīng)用

劉 均 鋒

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆機(jī)在錦屏一級(jí)水電站中的試驗(yàn)研究與應(yīng)用

劉 均 鋒

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理工程中成功試驗(yàn)并應(yīng)用, 解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下出現(xiàn)的孔壁坍塌、掉塊、漏失、涌水、縮頸、超徑等鉆孔難題。貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)效率高、鉆孔成本低、排渣能力強(qiáng)、鉆孔質(zhì)量高、復(fù)雜地層適應(yīng)能力強(qiáng)、環(huán)保效益高，具有良好的綜合鉆探效果。

貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆機(jī) ；試驗(yàn)研究；應(yīng)用；錦屏一級(jí)水電站

1 潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工作原理

(1)貫通式潛孔錘工作原理。

壓縮空氣經(jīng)雙通道氣水龍頭由雙壁鉆桿進(jìn)入貫通式潛孔錘的上接頭環(huán)狀間隙，推開逆止閥，充滿外缸和內(nèi)缸之間的環(huán)狀通道，由內(nèi)缸上的徑向進(jìn)氣孔進(jìn)入前后氣室推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生沖擊能量。將前后氣室內(nèi)做功后的廢氣分別排入活塞與心管之間的環(huán)狀通道，進(jìn)入鉆頭上部環(huán)槽，經(jīng)鉆頭花鍵槽底部留出的通道由鉆頭排氣孔排出。經(jīng)擴(kuò)壓槽和孔底巖石的反射作用并在鉆頭抽吸孔的強(qiáng)力抽吸作用下，氣體攜帶巖樣直接進(jìn)入鉆頭中心，經(jīng)潛孔錘的貫通孔和雙壁鉆桿的中心通道，通過雙通道氣水龍頭的鵝頸彎管、排渣管最后排到地表旋流粉塵收集裝備中，實(shí)現(xiàn)不停鉆連續(xù)(取樣)鉆進(jìn)的新工藝。

(2)反循環(huán)形成原理。

驅(qū)動(dòng)潛孔錘做功后的廢氣由鉆頭底部的排氣孔高速噴出，空氣流速大于音速，一般的噴射流速為400～600m/s，三個(gè)排氣孔隨鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)，在孔底形成環(huán)狀的低壓區(qū)，對(duì)外環(huán)間隙形成抽吸，并且有效地阻止正循環(huán)的形成，通過導(dǎo)流和擴(kuò)散進(jìn)入鉆頭中心孔，即為多噴嘴引射原理。氣流與被抽吸的介質(zhì)由孔底巖石反彈后經(jīng)鉆頭擴(kuò)壓槽進(jìn)入鉆頭中心孔，此時(shí)，高速流體的流速逐漸降低，壓力增高，所攜帶的巖石、巖屑及孔內(nèi)流體沿鉆具的中心通道上返，經(jīng)雙通道氣水龍頭和鵝頸管排出孔外。該鉆進(jìn)工藝成功地實(shí)現(xiàn)了潛孔錘碎巖、流體介質(zhì)全孔反循環(huán)和鉆進(jìn)中連續(xù)取芯(樣)三種鉆探高新技術(shù)于一體。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)研究工作共進(jìn)行了三個(gè)階段的試驗(yàn)，包括5次較大的技術(shù)改進(jìn)，5次現(xiàn)場試驗(yàn)，每次試驗(yàn)均在前一個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 第一階段試驗(yàn)研究

(1)試驗(yàn)地點(diǎn)。

本次試驗(yàn)選址在錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理工程高程1 670m層3#排水洞和霧化A標(biāo)邊坡。

試驗(yàn)地點(diǎn)的巖性主要為T2-3Z2(6)層中厚～厚層狀大理巖，局部夾綠片巖，巖石質(zhì)量等級(jí)以Ⅲ2、Ⅳ2類為主。

(2)試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

①對(duì)潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝的適用性進(jìn)行研究，包括反循環(huán)排渣效果及孔口除塵效果。

②對(duì)新設(shè)計(jì)的氣水龍頭的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

③GQ89mm潛孔錘的工作性能及時(shí)效。

④進(jìn)一步了解現(xiàn)場施工情況，為優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆具、鉆機(jī)結(jié)構(gòu)等提供信息和試驗(yàn)依據(jù)。

(3)試驗(yàn)內(nèi)容。

①試驗(yàn)鉆具及機(jī)具。

a.反循環(huán)鉆具：反循環(huán)GQ89mm貫通式潛孔錘1套，φ95反循環(huán)鉆頭3套，SBC89/43雙壁鉆桿30m(1.5m×20根)，雙通道氣水龍頭1套。

②正循環(huán)鉆具：φ110中風(fēng)壓潛孔錘，φ130球齒鉆頭。

③鉆機(jī)和供風(fēng)系統(tǒng)：改進(jìn)后的YXZ-50A風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)優(yōu)化了動(dòng)力頭設(shè)計(jì)，配有雙通道動(dòng)力頭、系統(tǒng)供風(fēng)和atlas中風(fēng)壓1.4MPa/23m3空壓機(jī)。

(4)試驗(yàn)情況。

首先在左岸基礎(chǔ)處理工程高程1 670m3#排水洞進(jìn)行試驗(yàn)，在集中系統(tǒng)供風(fēng)條件下，經(jīng)測試得知，系統(tǒng)風(fēng)提供的壓力最高為0.8MPa，風(fēng)壓條件低于額定工作壓力。

由于該試驗(yàn)地點(diǎn)巖石較破碎，在支護(hù)時(shí)布置了大量的隨機(jī)錨桿，當(dāng)鉆進(jìn)至8m時(shí)遇到支護(hù)鋼筋，導(dǎo)致鉆頭脫落一枚球齒，經(jīng)反復(fù)遷移孔位后，仍無法有效避開鋼筋，遂停鉆。

將試驗(yàn)機(jī)具搬遷至霧化A標(biāo)邊坡進(jìn)行試驗(yàn)。在鉆具及鉆機(jī)不變的條件下，采用atlas中風(fēng)壓空壓機(jī)1.4MPa/23m3進(jìn)行試驗(yàn)。

(5)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)述。

在霧化A標(biāo)邊坡選用Atlas中風(fēng)壓空壓機(jī)，額定風(fēng)壓/風(fēng)量：1.4MPa/23m3/min。通過壓力表測定得知潛孔錘的輸入風(fēng)壓為1.1MPa，仍未滿足額定工作壓力(1.5～1.6MPa)。試驗(yàn)完成約20m工作量，基本達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?/p>

①鉆進(jìn)效率：兩次試驗(yàn)過程中，潛孔錘工作性能穩(wěn)定可靠，平均時(shí)效為4.8m，理論上在正常額定風(fēng)壓條件下，鉆進(jìn)工效應(yīng)達(dá)到5.5～6m/h。

②反循環(huán)效果：反循環(huán)形成穩(wěn)定，排渣效果良好，孔口基本沒有巖粉逸出，試驗(yàn)現(xiàn)場清潔、環(huán)保，污染低。

③鉆具、鉆機(jī)及配套設(shè)備：GQ89mm貫通式潛孔錘、φ95反循環(huán)鉆頭及氣水龍頭工作性能穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，說明潛孔錘及鉆頭設(shè)計(jì)滿足試驗(yàn)要求，SBC89/43雙壁鉆桿未發(fā)生脫落、斷裂、彎曲等情況，亦滿足現(xiàn)場試驗(yàn)要求。

通過該階段的兩次試驗(yàn)，在不同的供風(fēng)壓力情況下，對(duì)潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行了適應(yīng)性研究，充分顯現(xiàn)了該鉆進(jìn)工藝的先進(jìn)性，其具有的高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保等特點(diǎn)在水利水電工程領(lǐng)域具有應(yīng)用和拓展的空間。但是，作為一項(xiàng)新技術(shù)，該方法在推廣應(yīng)用過程中仍存在一定的局限性，需要在后續(xù)試驗(yàn)過程中逐漸改進(jìn)和完善。

(6)存在的問題和改進(jìn)方案。

①潛孔錘的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有的貫通式潛孔錘額定工作風(fēng)壓為1.5～1.6MPa。在該風(fēng)壓條件下，鉆進(jìn)硬巖過程中將獲得高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的施工效果。盡管試驗(yàn)過程中提供的風(fēng)壓條件達(dá)不到額定壓力，但反循環(huán)效果仍然良好。為了進(jìn)一步推廣應(yīng)用反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，筆者主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行了考慮：a.配套高風(fēng)壓空壓機(jī)；b.重新設(shè)計(jì)中低風(fēng)壓貫通式潛孔錘。

②氣水龍頭的改進(jìn)。

試驗(yàn)采用的氣水龍頭是在原50A鉆機(jī)動(dòng)力頭基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)的。受鉆機(jī)動(dòng)力頭原結(jié)構(gòu)的限制和加工問題，在今后的試驗(yàn)和應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場配套設(shè)備情況，對(duì)鉆進(jìn)動(dòng)力頭進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)，以降低故障率、提高鉆進(jìn)效率。

③除塵裝置。

在本次試驗(yàn)反循環(huán)鉆進(jìn)過程中，通過排渣膠管排粉，未專門設(shè)計(jì)粉塵及巖屑收集裝備。后續(xù)試驗(yàn)中，在排渣管出口安裝了除塵裝置進(jìn)行除塵處理，如安裝了旋流粉塵收集裝置。

2.2 第二階段試驗(yàn)研究

(1)試驗(yàn)地點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場施工安排、供風(fēng)設(shè)備配套情況和試驗(yàn)需要，本次試驗(yàn)選擇在錦屏一級(jí)水電站左岸高程1 518m排水洞進(jìn)行。

(2)試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

本次試驗(yàn)對(duì)貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，試驗(yàn)的主要目的如下：

①繼續(xù)對(duì)貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用性試驗(yàn)研究，研究該項(xiàng)技術(shù)對(duì)不同施工環(huán)境和鉆進(jìn)地層的適應(yīng)性。

②測試新研發(fā)的φ89型貫通式?jīng)_擊反循環(huán)鉆具的工作性能以及所取得的鉆探效果。

③深入了解現(xiàn)場施工環(huán)境和情況，為優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆具、鉆機(jī)結(jié)構(gòu)等提供信息和試驗(yàn)依據(jù)。

(3)試驗(yàn)內(nèi)容。

①試驗(yàn)設(shè)備和機(jī)具。

供風(fēng)系統(tǒng)：集中供風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)測試后確定風(fēng)壓力為0.89MPa。

鉆機(jī)：YXZ-50A型潛孔鉆機(jī)，鉆機(jī)動(dòng)力頭已改進(jìn)，為雙通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

鉆具：GQ89mm貫通式潛孔錘、φ113潛孔錘反循環(huán)鉆頭、SBC89/43雙壁鉆桿以及配套機(jī)具等。

②試驗(yàn)情況。

對(duì)新設(shè)計(jì)的φ89型貫通式?jīng)_擊反循環(huán)鉆具進(jìn)行的應(yīng)用性試驗(yàn)研究表明：其開孔時(shí)反循環(huán)形成良好，孔口有少量粉塵呈飄逸狀上返，隨著鉆進(jìn)深度的增大，正循環(huán)有所增多，潛孔錘工作性能穩(wěn)定，但反循環(huán)風(fēng)量較小，孔口有粉塵返出。

本次試驗(yàn)鉆進(jìn)的地層深度為28m,平均時(shí)效為3.2m。而同一地層采用正循環(huán)鉆進(jìn)方法的時(shí)效約為5m/h,鉆進(jìn)效率約為正循環(huán)的2/3。

(4)試驗(yàn)小結(jié)。

①碎巖效率比較低。

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，碎巖效率較低，平均時(shí)效為3.2m/h，而同一地層采用正循環(huán)潛孔錘施工時(shí)，效率為5m/h，其效率僅為正循環(huán)的2/3。

原因分析：

a.GQ89mm潛孔錘自身設(shè)計(jì)存在問題；b.鉆具匹配不合理；c.風(fēng)壓較低，與潛孔錘不匹配。

②反循環(huán)形成不穩(wěn)定。

原因分析：

a. 鉆頭結(jié)構(gòu)不合理；b.鉆頭與潛孔錘匹配存在問題；c.壓縮空氣壓力損失比較大。

(5)改進(jìn)方案及下一步試驗(yàn)。

①重新設(shè)計(jì)反循環(huán)鉆頭。

針對(duì)現(xiàn)場風(fēng)壓情況，對(duì)鉆頭的噴射孔組合、噴射孔直徑及鉆頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

②重新設(shè)計(jì)了適用于施工排水孔的貫通式潛孔錘，潛孔錘設(shè)計(jì)參數(shù)為φ110和φ130兩種直徑，風(fēng)壓為0.7～1MPa。

③提高反循環(huán)效果。

④提高潛孔錘沖擊功，提升鉆進(jìn)效率。

⑤設(shè)計(jì)巖粉收集裝置。

2.3 第三階段試驗(yàn)研究

(1)試驗(yàn)地點(diǎn)。

該階段試驗(yàn)分兩次進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)(即第4次和第5次現(xiàn)場鉆進(jìn)試驗(yàn))，其中第5次試驗(yàn)為第4次現(xiàn)場試驗(yàn)的后續(xù)試驗(yàn)。

第4次現(xiàn)場試驗(yàn)選址在錦屏一級(jí)水電站左岸1 670m高程5#排水洞。該部位巖性主要為T2-3Z2(6)層中厚～厚層狀大理巖，巖石質(zhì)量等級(jí)以Ⅲ2、Ⅳ2類為主。

第5次現(xiàn)場試驗(yàn)選址在左岸1 730m高程2#排水洞和1 785m高程2#排水洞。1 730m高程2#排水洞巖性主要為T2-3Z2(7)層中厚～厚層狀大理巖，巖石質(zhì)量等級(jí)以Ⅳ2類為主，局部Ⅲ1級(jí)受f5斷層、煌斑巖脈及破碎帶影響，巖石破碎，裂隙發(fā)育，屬于漏失地層；1 785m高程2#抗力體排水洞巖性主要為T2-3Z2(7)層厚～巨厚層狀大理巖，巖石質(zhì)量等級(jí)以Ⅲ2、Ⅳ2類為主。

(2)第4次現(xiàn)場鉆進(jìn)試驗(yàn)。

①試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

a.根據(jù)現(xiàn)場供風(fēng)設(shè)備配備情況，重新設(shè)計(jì)并研發(fā)φ108型和φ127型低風(fēng)壓貫通式反循環(huán)潛孔錘及對(duì)應(yīng)的取樣鉆頭，測試兩種型號(hào)反循環(huán)潛孔錘的工作性能以及在排水孔施工中的排渣及除塵效果。

b.評(píng)價(jià)該技術(shù)在排水孔施工中的可行性，優(yōu)化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出新型鉆機(jī)，研發(fā)出適用于水電行業(yè)排水孔施工的先進(jìn)反循環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)，將該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)真正轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

②試驗(yàn)設(shè)備和機(jī)具。

供風(fēng)系統(tǒng)：采用AtlasCopco中風(fēng)壓空壓機(jī)供風(fēng)，工作風(fēng)壓為0.8～1MPa，最大風(fēng)量為20m3/min。

鉆機(jī)：YXZ-50A型潛孔鉆機(jī)(鉆機(jī)動(dòng)力頭已改進(jìn)，為雙通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))。

鉆具：GQ108mm貫通式潛孔錘配φ110潛孔錘反循環(huán)鉆頭，GQ127mm貫通式潛孔錘配φ130潛孔錘反循環(huán)鉆頭，SBC89/43雙壁鉆桿以及配套機(jī)具等。

③試驗(yàn)情況。

分別對(duì)新設(shè)計(jì)的GQ108mm貫通式反循環(huán)潛孔錘配φ110反循環(huán)鉆頭、GQ127mm貫通式反循環(huán)潛孔錘配φ130反循環(huán)鉆頭進(jìn)行了俯孔鉆進(jìn)試驗(yàn)，兩種型號(hào)的潛孔錘工作正常，性能穩(wěn)定，聲音清脆有力，返渣效果較好，孔口基本無粉塵，反循環(huán)形成良好。

在完成了兩種不同規(guī)格的貫通式反循環(huán)潛孔錘俯孔試驗(yàn)后，分別對(duì)兩種型號(hào)的潛孔錘進(jìn)行了仰孔鉆進(jìn)試驗(yàn)。在仰孔鉆進(jìn)試驗(yàn)中，GQ108mm和GQ127mm沖擊器的反循環(huán)效果均較差，反循環(huán)效果最多達(dá)到50%，鉆進(jìn)效率約為5.1m/h，為俯孔鉆進(jìn)效率的81%。

④試驗(yàn)效果。

a.兩種型號(hào)的潛孔錘工作穩(wěn)定，說明兩種型號(hào)的潛孔錘及配套的反循環(huán)鉆頭設(shè)計(jì)合理，滿足現(xiàn)場排水孔施工需要，基本達(dá)到預(yù)期目的。

b.在0.9MPa的風(fēng)壓條件下，采用GQ108mm貫通式反循環(huán)潛孔錘配φ110反循環(huán)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)的平均工效為6.27m/h；當(dāng)其它條件不變，在0.8MPa的風(fēng)壓條件下，采用GQ127mm貫通式反循環(huán)潛孔錘配φ130反循環(huán)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)的平均工效為5.91m/h，兩種貫通式反循環(huán)潛孔錘及配套鉆具的鉆進(jìn)工效相差不大。

c.俯孔的鉆進(jìn)效率較快，反循環(huán)效果非常好，孔口基本無粉塵，巖渣屑全部通過反循環(huán)通道返上地表；但仰孔鉆進(jìn)效率較低，僅為俯孔鉆進(jìn)效率的81%，因此，對(duì)其還需進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

⑤存在的問題及改進(jìn)方案。

由于同規(guī)格的反循環(huán)鉆頭質(zhì)量較正循環(huán)鉆頭質(zhì)量重，而潛孔錘的質(zhì)量卻比正循環(huán)潛孔錘質(zhì)量小，因此，在潛孔錘和鉆頭自重的情況下，潛孔錘沖擊功不足且試驗(yàn)風(fēng)壓未達(dá)到額定風(fēng)壓，進(jìn)而直接影響到鉆進(jìn)效率。

(3)第5次現(xiàn)場試驗(yàn)。

①試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

測試重新設(shè)計(jì)的GQ127bmm中風(fēng)壓潛孔錘、GQ127cmm高風(fēng)壓潛孔錘和新設(shè)計(jì)的反循環(huán)鉆頭的工作性能，以及其在排水孔施工中的排渣及除塵效果。

②試驗(yàn)地點(diǎn)。

第5次現(xiàn)場試驗(yàn)選址在左岸1 730m高程2#排水洞和1 785m高程2#排水洞。

③試驗(yàn)設(shè)備和機(jī)具。

供風(fēng)系統(tǒng)：1 730m高程2#排水洞試驗(yàn)點(diǎn)配備高風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)(額定風(fēng)壓2.07MPa,額定風(fēng)量28.3m3/min；1 785m高程2#排水洞試驗(yàn)點(diǎn)配備中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)(額定風(fēng)壓1.2MPa，額定風(fēng)量20.5m3/min)。

鉆機(jī)：YXZ-50A型潛孔鉆機(jī)，對(duì)動(dòng)力頭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)反循環(huán)排渣管部位進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，進(jìn)一步完善了鉆機(jī)的技術(shù)性能。

鉆具：GQ127bmm中風(fēng)壓貫通式潛孔錘一套，GQ127cmm高風(fēng)壓潛孔錘一套，新設(shè)計(jì)的φ130反循環(huán)鉆頭兩個(gè)。

新鉆頭與舊鉆頭的區(qū)別及設(shè)計(jì)改進(jìn)：

①內(nèi)噴孔位置有所改變。將新鉆頭內(nèi)噴孔打在花鍵上，而舊鉆頭內(nèi)噴孔則是打在兩花鍵之間的鉆頭體上，新鉆頭內(nèi)噴孔的導(dǎo)流段長度增加了一倍，從而有助于壓縮空氣從內(nèi)噴孔向內(nèi)噴射時(shí)呈束狀射流，引射中心孔的更多氣體。

②內(nèi)圈齒位置采用對(duì)稱取芯式，擴(kuò)壓槽形狀采用交錯(cuò)式，以防止巖屑巖塊卡堵，并且更容易在孔底產(chǎn)生旋流，有利于巖渣屑進(jìn)入中心孔。

(4)試驗(yàn)情況。

在1 785m高程排水平洞利用中風(fēng)壓空壓機(jī)(1.2MPa，20m3/min)供風(fēng)，測試了中風(fēng)壓潛孔錘GQ127bmm和高風(fēng)壓潛孔錘GQ127cmm的工作性能和鉆進(jìn)效率，在輸入風(fēng)壓為1MPa的條件下，沖擊器工作正常，反循環(huán)效果良好，孔口幾乎無粉塵，平均鉆進(jìn)效率約為6.1m/h，試驗(yàn)現(xiàn)場基本無粉塵污染，噪音相對(duì)較低，滿足現(xiàn)場環(huán)保要求。在1 730m高程排水洞采用高風(fēng)壓空壓機(jī)供風(fēng)，測試了中風(fēng)壓潛孔錘GQ127bmm和高風(fēng)壓潛孔錘GQ-127c的工作性能和鉆進(jìn)效率，在輸入風(fēng)壓為1.3MPa的條件下，高風(fēng)壓潛孔錘的鉆進(jìn)效率較高，鉆進(jìn)效率為1.2m/10min。由于風(fēng)量較大，開孔時(shí)孔口有少量粉塵，隨著孔深的加深，反循環(huán)形成效果良好，鉆進(jìn)效率約為7.2m/h。

(5)試驗(yàn)效果。

①新設(shè)計(jì)的GQ127bmm中風(fēng)壓貫通式潛孔錘、GQ127cmm高風(fēng)壓潛孔錘及配套的φ130反循環(huán)鉆頭工作穩(wěn)定，性能可靠，反循環(huán)形成良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

②在1MPa風(fēng)壓條件下，采用GQ127bmm中風(fēng)壓貫通式潛孔錘配φ130反循環(huán)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)時(shí)的平均工效為6.1m/h；在1.8MPa的風(fēng)壓條件下，采用GQ127c高風(fēng)壓潛孔錘、配套φ130反循環(huán)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)時(shí)的平均工效為7.2m/h。由此可見，在其它條件基本相同時(shí)，高風(fēng)壓潛孔錘的鉆進(jìn)效率明顯提高，達(dá)到正循環(huán)純鉆效率的88%～93%。

③俯孔的鉆進(jìn)效率較快，反循環(huán)效果非常好，孔口基本無粉塵，巖渣屑全部通過反循環(huán)通道返上地表；仰孔鉆進(jìn)效率略低于俯孔，為俯孔鉆進(jìn)效率的91%，因此，動(dòng)力頭和潛孔錘要克服鉆頭和鉆桿自重的影響，受重力作用和風(fēng)壓影響，與潛孔錘及反循環(huán)鉆頭設(shè)計(jì)關(guān)系不大。

④通過對(duì)GQ-127b中風(fēng)壓貫通式潛孔錘、GQ-127c高風(fēng)壓潛孔錘進(jìn)行現(xiàn)場鉆進(jìn)試驗(yàn)，充分驗(yàn)證了貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，反循環(huán)效果良好，既實(shí)現(xiàn)了高效的碎巖效率、較高的成孔質(zhì)量，又實(shí)現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場的環(huán)保要求，提高了職業(yè)健康水平。

3 社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)工藝的鉆進(jìn)成本單價(jià)約為118.6元/m，而潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝由于沒有重復(fù)破碎巖體，因此，占鉆孔成本較大部分的鉆頭及沖擊器壽命提高，沖擊器壽命提高4.6倍，鉆頭壽命提高3.2倍，反循環(huán)基本不需要鉆進(jìn)介質(zhì)——水，而且降低了防斜糾偏、孔內(nèi)故障處理等費(fèi)用，綜合鉆進(jìn)成本約為76.4元/m。

3.2 社會(huì)效益

(1)工期方面。

貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)與潛孔錘正循環(huán)鉆機(jī)相比，貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在破碎、斷層區(qū)的綜合效率比潛孔錘正循環(huán)鉆機(jī)提高了1.2倍，按錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理工程排水孔工程量10萬m計(jì)算，可以提前工期8個(gè)月，縮短了施工周期。

(2)質(zhì)量方面。

在錦屏一級(jí)水電站左岸基礎(chǔ)處理工程復(fù)雜的地質(zhì)條件下，潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)工藝的孔斜率(孔底偏距與孔深的比值)約為3%～5%，發(fā)生孔內(nèi)事故的幾率約為6.5%～11.5%，而采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝,孔斜率約為2.5%～3.5%，孔內(nèi)故障率約為5%～8%，從而有效降低了孔斜率和孔內(nèi)事故的發(fā)生，提高了鉆孔質(zhì)量。

(3)環(huán)保方面。

采用潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，減少污水1 865 m3排放，減少108.35 t粉塵排放，施工工作面噪音由常規(guī)鉆進(jìn)工藝的94 dB(A)減小到82 dB(A)。

4 結(jié) 語

貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)具有鉆進(jìn)效率高、巖樣采取率高、鉆孔質(zhì)量好、以氣代水等特點(diǎn)，鉆孔成本較低，對(duì)極復(fù)雜地層適應(yīng)能力強(qiáng)，可廣泛用于在建和待建的水利水電工程施工，其在錦屏水電工程中的首次應(yīng)用，在全國水電行業(yè)起到了先頭兵作用，提高了中國水電七局公司的科技競爭力。根據(jù)國內(nèi)目前的施工狀況看，貫通式潛孔錘反循環(huán)工藝在水利水電行業(yè)廊道灌漿孔、排水孔及復(fù)雜地質(zhì)條件下高邊坡錨索施工領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊，未來還將用于道路、橋梁、市政建設(shè)等行業(yè)領(lǐng)域。

劉均鋒(1984-)， 男，河南獲嘉人，錦屏一級(jí)CV標(biāo)副主任，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)和管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

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