浅谈气举反循环钻机施工工艺

摘要：介绍跨海特大桥气举反循环钻机施工原理及特点，根据跨海特大桥施工实践，总结在特定地质条件下，气举反循环钻机施工的技术要点。

关键词：气举反循环；技术要点；参数

1.工程概况

宁上高速东吾洋特大桥起点桩号为K1+346.4，终点桩号为K3+893。该桥为项目控制性工程，其中通航孔桥采用跨径（100+2×180+100）m 的矮塔斜拉桥，深水区非通航孔桥采用90m钢混组合梁，浅滩区非通航孔桥采用50m预应力混凝土箱梁，通航孔桥全长560m，桥梁全长2546.6m。桥址处水深最深达63米，超过48米水深路段长850米。桩基础设计直径4.0m和3.6m，最长144米。

2.气举反循环施工原理

气举反循环是压缩空气通入钻杆，在钻杆内腔形成气泡和泥浆钻渣的混合物，其密度小于钻杆外的泥浆。在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与钻杆间的泥浆流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，和压缩空气形成轻质的气泡液，再经过钻杆排至泥渣分离机。排除钻渣后，澄清的泥浆流向孔内，形成反循环。一般情况每10米水深空气压力为1MPa。理论上讲，钻孔越深钻杆越长，钻杆底的气泡混合液和管外井孔的泥浆间压强差就越大，气举吸泥渣的效率越高。

3.气举反循环钻机施工工艺

（1）钻前准备

1）钻机组装就位，其底座应水平、稳定，钻架中心与钻机转盘中心的连线应与钻盘垂直，钻头、钻杆和桩径中心在一铅垂线上，以保证孔位正确，钻孔顺直。就位检查合格后，将钻机与平台进行固定、限位，保证在钻进过程中不产生位移。

2）钻机安装就位后，将钻头、风包及配重拼装在一起，将其吊入孔内悬挂固定，接通供风及泥浆循环管路，使泥浆开始循环，开启风阀供风，观察钻杆、供风管路、循环管路、水龙头等有无漏气、漏水现象，确认正常无故障后方可开钻。

（2）钻机施工

1）钻孔前应对钻孔的各项准备工作进行检查，检查机械设备运转情况，开钻前需认真探查护筒内有无钢板、型钢等影响钻孔的异物，检查确认无异常后方可桩基开孔作业，钻孔时参照设计资料及实际地质情况绘制地质剖面图。

2）护筒内钻进

护筒内钻进采用气举反循环工艺。为避免护筒底部出现漏浆塌孔事故，当钻进至护筒底口以上两米时应降低钻进速度。

3）护筒底口部位钻进

护筒内泥浆指标满足要求后可向下钻进成孔，钻进到护筒底口部位时（底口上下各2m左右），使用气举反循环，小气量、轻压、慢转钻进成孔，需特别注意不要让钻头碰挂护筒底口。如钻进过程中发现钻头摩擦护筒，不得强行钻进，可根据护筒倾斜情况适当调整钻机位置。待钻头整体钻到护筒，更换小钻头钻至护筒底口2m左右位置后，开始正常钻进成孔。

4）护筒外钻进成孔

钻头钻出护筒后，更换小直径刮刀钻头，根据地层情况选择钻进参数。特别是各地层交接层部位要注意控制进尺，小气量、轻压、慢转钻进成孔，并且每钻进一层要注意扫孔，以保证钻孔直径满足要求；要随时检测和控制泥浆性能指标，以确保孔壁的安全。

5）钻具加足够的配重块，钻孔时减压慢速钻进，钻压不得超过钻具重力之和（扣除浮力）的80％，并坚持每班检查钻机水平偏差以保证成孔垂直度和孔形。

6）钻机在各地层中的钻孔指标：对于淤泥质土层和亚粘土层，采用中速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进；对于粘土层采用中等钻速大泵量、稀泥浆钻进；对于砂层，采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象；对砂砾层，采用低档慢速、优质浓泥浆钻进，确保护壁厚度以及充分浮渣。

7）护筒内桩基成孔作业

钢护筒内钻进选用大直径刮刀钻头，钻头四周焊长为15～20cm的钢丝刷，成孔直径同钢护筒内径；出钢护筒后在覆盖层中，继续采用拆除钢丝刷的刮刀钻头钻进；在岩层中采用滚刀钻头钻进，最后清孔。

（3）清孔

清孔时利用钻机的泥浆循环系统，通过反循环进行清孔。即将钻头提高距孔底15～20cm，钻机慢速空转，保持泥浆正常循环，直至泥浆满足规范要求以及孔底沉渣厚度≤3cm后，方可停止清孔。拆除钻具，移走钻机，进行下道工序的施工。清孔过程中须采取措施保持孔内水头高度，防止坍孔，不得采用加深钻孔深度的方法来代替清孔。

（4）钻孔施工技术要点

1）为了保证钻孔的垂直度，在钻头上部加设配重，使钻具在重力的作用下始终垂直向下；为确保钻机转盘始终保持水平，每加1～2节钻杆，检查一次钻机水平度和钻杆垂直度情况。

2）对于圆砾层及卵石层的钻进，采用单护圈、锤角呈90°的六翼刮刀钻头，在进入上述地层后，需及时调控泥浆性能指标，加大空压机的供风压力，提高泥浆的携带能力和除砂工效，减压钻进控制进尺慢速通过。

3）在桩端持力层中钻进，泥浆循环量决定着钻机的排渣能力。若循环量大，则钻头切削的岩块可成块地排出，减少二次或多次破碎，提高钻进效率，而泥浆循环量与供风量有着直接的关系。每台钻机配置1台空压机，以保证风量供应，满足排渣需要。

4）为避免由于钻杆连接螺栓松动而造成掉钻头，应经常观察孔内泥浆面，如果空压机送气时，孔内泥浆面翻动气泡，表明某一节钻杆的连接螺栓松动，需要停机并逐节检查拧紧钻杆螺栓；钻具的各个构件一旦掉在孔内，其打捞难度比钻杆螺栓松动造成的掉钻头要大得多，在任何情况下钻具的构件皆不能掉在孔内。

5）钻进过程中注意往孔内及时补充泥浆量，维持护筒内的水头高度，护筒内泥浆面的高度应始终高于孔外水位及潮水位1m左右，以保证孔壁稳定。

6）加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底8～10cm，维持泥浆循环5分钟以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣排净，然后加接钻杆。加接钻杆时，连接螺栓应拧紧上牢，认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。

7）升降钻具应平稳，尤其是钻头处于护筒底口位置时，必须防止钻头钩挂护筒。

8）钻孔过程应分班连续进行，不得中途长时间停止。详细、真实、准确地填写钻孔原始记录，精确测量钻具长度，应注意地层的变化，在地层变化与地质报告提供资料不相一致时，应及时通知技术人员。

9）钻进过程中应保证孔口安全，孔内严禁掉入铁件（如扳手、螺栓等）物品，应采取有效防护措施，以保证钻孔施工正常顺利进行。

10）停钻时，钻头需提离孔底才能停止供风，防止出渣口和风包被堵。

11）每台回旋钻机需要配两个钻头，在粘土、粉质粘土、细砂地层中钻进时，用刮刀钻头，在圆砾石、卵石、强风化地层中钻进时配滚刀钻头。

12）进入粘土层后，泥浆粘度控制在18～20Pa.s。接近成孔时，要逐步调制泥浆指标使之符合要求，减小沉渣厚度。

13）群桩施工时相邻两桩不同时开钻，避免因相互扰动而引起孔壁的坍塌；

14）始终保持孔内、外水头差控制在1.0m左右，控制适当的水头压力以满足护壁要求。

15）终孔后，优质泥浆置换充分，并加快钢筋笼安装速度，以缩短成孔后到灌注前的放置时间，降低孔壁坍塌或孔底沉淀。

16）钻进过程中，桩基入岩后必须及时收集岩样，按钻孔深度进行封存留样，配备渣样箱统一集中管理，并提交现场地质工程师进行岩样判断，做好入岩钻进记录。如岩石岩性与设计资料不符，及时反馈至设计单位。有效入岩深度必须满足设计要求，嵌岩桩入岩终孔，嵌岩深度由设计代表（地质工程师）判定；桥梁专业监理工程师参与见证。

4.结束语

反循环回旋钻机相比普通钻机速度和动力更大，而且采用新的工作原理它的施工速度快，钻进深度大，泥浆指标要求低，作业面较干净。

参考文献：

[1]公路桥涵施工技术规范（JTG-T 3650-2020）北京：人民交通出版社