李業(yè)波 （徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000）

1 工程概況及特點

1.1 工程概況

銅山路站場地位于銅山路與三環(huán)東路交叉口東側(cè)，車站橫跨徐海路南北向布置，為地下兩層端頭廳島式站臺,本站基坑設(shè)降水井為72口，井徑800mm，井深為基坑深加8m，平均約28m；濾管：管外徑為400mm，壁厚4mm的鋼管；濾料：直徑為5～10mm的礫砂或礫石。

1.2 工程、水文地質(zhì)條件

①上部土層為人工雜填土，回填時間及厚度不均勻，結(jié)構(gòu)比較松散，工程性質(zhì)不佳。普通鉆孔施工工藝容易造成塌孔埋鉆的隱患。

②下部為強(qiáng)、中風(fēng)化的寒武系灰?guī)r，巖石強(qiáng)度高，個別部位巖石達(dá)到47.71MPa，溶裂隙等不良地質(zhì)較為發(fā)育，沖擊鉆、旋挖鉆等鉆進(jìn)效率低，泥漿流失風(fēng)險高，卡鉆、埋鉆的風(fēng)險大。

③地下水豐富，泥漿質(zhì)量受影響大，制約成孔質(zhì)量。

2 雙動力多功能鉆機(jī)簡介

本工程采用的SWSD2512多功能鉆機(jī)無需泥漿護(hù)壁，成樁質(zhì)量好，能較好的解決以上問題。該鉆機(jī)由全液壓雙動力頭和高穩(wěn)定行性全液壓式履帶式框架構(gòu)成，可配備螺旋鉆桿+外側(cè)套管或外側(cè)套管+潛孔錘兩個組合系統(tǒng)，前者適用于土層，外設(shè)套管護(hù)壁，鉆桿可持續(xù)排土，鉆進(jìn)切削強(qiáng)、成孔精度和施工速度佳；后者可用于各種復(fù)雜硬質(zhì)地層，也是本工程所采用的組合，即外側(cè)套管+潛孔錘，同時配置供氣系統(tǒng)，潛空錘在堅硬巖層中實現(xiàn)大直徑全斷面、快速高效入巖，同時雙動力頭驅(qū)動螺旋鉆桿可輔助排渣，外套管旋轉(zhuǎn)跟進(jìn)進(jìn)行護(hù)壁，形成近乎封閉的出渣通道，氣量泄露少，排渣順暢、孔型規(guī)則，鉆進(jìn)效率高。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

本工法利用的主要機(jī)械設(shè)備為配置氣動潛孔錘的雙動力頭鉆機(jī)，輔助設(shè)備為空壓機(jī)。通過使用氣動潛孔錘，保證鉆機(jī)在硬巖地層高效鉆井，提高整體效率，降低綜合成本。土層中利用鉆機(jī)外側(cè)動力頭驅(qū)動鑲嵌銑刀的護(hù)筒直接旋入，保證散土地層部分不塌孔。巖層中更換潛孔錘鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，此時關(guān)閉外側(cè)動力頭，開啟內(nèi)側(cè)動力頭進(jìn)行堅硬巖層中的鉆進(jìn)。遇巖溶或破碎帶，提出螺旋鉆桿，更換撈渣鉆頭進(jìn)行撈渣處理，處理完后，更換潛孔錘繼續(xù)鉆進(jìn)，直至穿越巖溶或者破碎帶。鉆至預(yù)設(shè)井底后，依次進(jìn)行清孔，下濾管，回填濾料和洗井后，完成整個降水井的施工.

3.2 操作要點

3.2.1 測放井位

根據(jù)降水井平面布置圖，放線并用紅漆標(biāo)出降水井井位點；基坑內(nèi)降水井通過結(jié)構(gòu)軸線和井間距施放，布置坑內(nèi)井位時，應(yīng)提前避開工程樁、結(jié)構(gòu)梁等。定位放線后應(yīng)經(jīng)過監(jiān)理確認(rèn)后方可進(jìn)行降水井下步施工。

3.2.2 多功能鉆機(jī)就位

本工法采用的多功能鉆機(jī)采用高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計，克服了借用起重機(jī)底盤存在的穩(wěn)定性差特點，從結(jié)構(gòu)上提高了整機(jī)移動和作業(yè)時的穩(wěn)定性，且無論是側(cè)身還是正面都可以施工。故按照鉆機(jī)操作規(guī)程能快速進(jìn)行鉆機(jī)的就位對中，鉆機(jī)就位后復(fù)測校正，鉆頭對準(zhǔn)孔心，同時使鉆機(jī)底座水平。

3.2.3 護(hù)筒施工

為保證井位的準(zhǔn)確性，啟動內(nèi)、外側(cè)動力頭，先低檔位慢速鉆進(jìn)，通過利用鑲嵌在護(hù)筒上的銑刀將護(hù)筒旋入，護(hù)筒高出地面長度符合規(guī)范要求。

3.2.4 巖層鉆進(jìn)，出渣

開啟潛空錘，進(jìn)入巖層鉆進(jìn)。同時雙動力頭驅(qū)動螺旋鉆桿輔助排渣，外套管護(hù)壁并形成近乎封閉的排渣通道，氣量泄露少，排渣均勻順暢。

3.2.5 巖溶、破碎帶處理

巖層鉆進(jìn)過程中，若遇到巖溶、破碎帶，緩慢提升鉆桿，利用汽車吊配撈渣桶進(jìn)行撈渣，然后下入鉆桿繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù)以上操作，直至穿越巖溶破碎帶。

3.2.6 清孔、下濾管

完成鉆孔進(jìn)行清孔，滿足相關(guān)要求后，下濾管；濾管上安裝有居中限位楔塊，保證濾管平穩(wěn)豎直地下入降水管井中。下管前要檢查井管的質(zhì)量和數(shù)量，下管時要慢慢上下提升，嚴(yán)禁強(qiáng)行下管。在下管過程中隨時檢查井管能否自由轉(zhuǎn)動、有無阻力，發(fā)現(xiàn)有阻力要及時查明原因并進(jìn)行處理。井管下到設(shè)計深度后要將井管固定在孔的中間，不能偏斜，以保證填料厚度均勻。井管口高出地面0.3～0.5m，井口應(yīng)裝有保護(hù)蓋。

3.2.7 填濾料、洗井、下泵

選擇符合設(shè)計要求的粒徑5～10mm水洗圓礫向井內(nèi)填充，成井后及時采用反循環(huán)進(jìn)行洗井，洗井需要從靜水位起由上而下分段清洗直到井底，達(dá)到水清砂凈為止。下泵前測量實際井深并記錄，按照設(shè)計要求下泵，泵底部距實際井深不得少于1.00m。水泵到達(dá)預(yù)定深度后，用足夠抗拉強(qiáng)度的繩索吊住或用夾板固定在孔口上，提泵時不得使電纜受力，并將電纜固定在出水管或吊索上，為確保安全，電纜不得接觸或摩擦孔壁。

4 雙動力多功能鉆機(jī)在本工程中的應(yīng)用分析

針對本站所處區(qū)域地層條件，技術(shù)攻關(guān)小組人員提出利用雙動力頭多功能鉆機(jī)進(jìn)行降水井施工的方案，首次將潛孔錘施工工藝用于具有上部為松散土層（散粒狀），下部為堅硬巖石（整體塊狀）的地層成孔施工，解決了不同地層鉆孔進(jìn)尺對機(jī)械設(shè)備的要求不同的難題。創(chuàng)造性地提出將用于工程樁施工的潛孔錘施工工藝應(yīng)用到降水井施工并進(jìn)行試驗。

4.1 松散土層降水井成孔施工技術(shù)

松散土層降水井成孔采用內(nèi)、外側(cè)動力頭同時施工。護(hù)筒下面安裝有銑刀，外側(cè)動力頭帶動護(hù)筒進(jìn)行土層切削，內(nèi)側(cè)動力頭通過鉆桿帶動雙頭單螺直螺旋鉆頭將護(hù)筒切削的土通過鉆桿提出地面。

普通氣動潛孔錘施工工藝在上部松散土層鉆進(jìn)過程中，高壓氣流能夠?qū)⒖妆跊_垮，造成孔壁塌孔，因此為保證成孔質(zhì)量，防止卡鉆埋鉆事故需要下放護(hù)筒。

不同孔位土層厚度不同，同一場地的土層厚度差別較大，部分能夠達(dá)到2～3m，個別工地差別達(dá)到10m，不同土層厚度采用的護(hù)筒長度不同，對機(jī)械設(shè)備的護(hù)筒進(jìn)行改進(jìn)，配備1、2、3和5m類型的護(hù)筒，每種型號的護(hù)筒可根據(jù)現(xiàn)場實際進(jìn)行合理的組合，以適用不同厚度的土層，保證在上部松散土層中不塌孔，進(jìn)而引發(fā)的埋鉆事故，同時降低施工成本。

4.2 堅硬巖層降水井成孔施工技術(shù)

完成上部松散土層成孔施工的過程后，提鉆取土，提鉆取土前安裝清土器，將螺旋鉆桿上的土進(jìn)行清理到地面，防止高空墜落安全隱患。取土完成后更換潛孔錘鉆頭，進(jìn)行巖石地層內(nèi)鉆進(jìn)準(zhǔn)備。關(guān)閉外側(cè)動力頭，開啟內(nèi)側(cè)動力頭進(jìn)行堅硬巖層中的鉆進(jìn)。

4.3 大直徑高強(qiáng)度巖層快速入巖技術(shù)

大直徑高強(qiáng)度巖層快速入巖技術(shù)主要包括以下處理和改進(jìn)措施：①使用高風(fēng)壓氣動淺孔錘技術(shù)進(jìn)行入巖，將提高堅硬巖石的鉆進(jìn)效率；②空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓風(fēng)流能夠快速清理孔底的巖屑，保證鉆頭始終切削磨損新鮮巖面，防止二次磨損；③在施工過程中，通過合理地調(diào)整進(jìn)尺和鉆速，控制巖石顆粒的大?。虎芡ㄟ^采用組合錘技術(shù)可實現(xiàn)1.2～1.5m大直徑降水井施工。

4.4 巖溶區(qū)域處理

降水井施工過程中遇到溶洞、破碎帶，出現(xiàn)卡鉆、埋鉆事故。技術(shù)攻關(guān)人員提出復(fù)雜地層溶洞穿越施工技術(shù)和巖溶、破碎帶卡鉆埋鉆處理技術(shù)。主要創(chuàng)新成果如下。

4.4.1 溶洞頂板穿越技術(shù)、破碎充填物處理技術(shù)

在距溶洞頂板以上0.5～1.0m范圍內(nèi)采取減壓，將自動模式換成手動放繩模式，為防止空錘對鉆桿造成損壞，最后2～3cm停止放繩，利用高壓空氣破壞剩余的2～3cm。溶洞頂板穿越后，提鉆換成撈渣筒進(jìn)行清渣處理。

4.4.2 溶洞底板開孔技術(shù)

清渣完成后，更換雙頭單螺直螺旋鉆頭，進(jìn)行傾斜巖面切削，該過程采用低進(jìn)尺高鉆速，將傾斜巖面切削程形成錘擊平臺。

錘擊平臺形成后，提出鉆桿更換潛孔錘鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。

①溶洞頂板穿越在溶洞頂板以上0.5～1.0m范圍內(nèi)采取減壓，換成手動放繩防止空錘最后2～3cm停止放繩利用高壓空氣破壞剩余2～3cm的頂板，防止錘頭急劇下沉；

②底板開孔；提鉆換成雙頭單螺直螺旋鉆頭進(jìn)行傾斜巖面切削，形成錘擊平臺，防止錘頭受力偏心，折斷鉆桿錘擊平臺形成后更換錘頭；

③低于2m的高度導(dǎo)向足夠直接穿越套管螺旋桿保徑條錘頭與孔壁之間可進(jìn)行導(dǎo)向，能夠保證2m范圍內(nèi)的；

④大于2m，利用自身配帶的撈渣筒進(jìn)行撈渣處理。

4.5 環(huán)保控制技術(shù)

施工過程中，部分降水井施工出現(xiàn)了嚴(yán)重的粉塵污染問題，對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提出螺旋上升型的保徑條形式，有效降低粉塵的污染；同時提出了破碎巖石顆粒粒徑控制技術(shù)、混合氣體加水技術(shù)及孔口加水技術(shù)，保證周邊居民的生活空氣質(zhì)量，滿足國家綠色施工要求：

4.5.1 錘套結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

原始錘頭上焊接的保徑條方向平行于軸線對稱均勻分布，在高壓氣流的作用下，石粉沿著保徑條和孔壁之間的“通道”直接沖出孔口帶來嚴(yán)重的粉塵污染。為了降低粉塵污染的程度，首次提出螺旋上升形的保徑條，改變粉塵上升的路徑，避免粉塵直接沖到孔口，沿著螺旋形的保徑條飄落在螺旋鉆桿的葉片上。

4.5.2 總結(jié)形成破碎巖石顆粒粒徑控制技術(shù)

堅硬巖層鉆進(jìn)過程中，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺的關(guān)系，防止巖石顆粒二次破碎，將顆粒直徑控制在1～5mm范圍內(nèi)，從源頭上控制粉塵污染的產(chǎn)生。

4.5.3 提出混合氣體加水技術(shù)和孔口加水技術(shù)

一般空壓機(jī)將壓縮空氣直接通過鉆桿輸送到孔底，底部磨碎的巖粉在高壓空氣的帶動下沖出孔口，為了將粉末狀的巖粉在孔底變成軟塑狀的“巖土”，在地面上接高壓水管，和高壓氣混合通過鉆桿輸送到孔底，濕潤巖粉，將巖粉由粉末狀變?yōu)檐浰軤?，控制巖粉沖出孔口，造成粉塵污染。

為了將粉塵污染降到最低程度，在孔口設(shè)置2個水炮，將飛出的剩余巖粉變?yōu)榉弁两德湓阢@桿周邊的地面上。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

①按以往類似工程經(jīng)驗推算，本站北側(cè)降水井（21口，平均深27.5m）進(jìn)行分析，場地內(nèi)可配備3臺沖擊鉆，每臺每天進(jìn)尺2.5m，工期為77d；利用多功能鉆機(jī)施工，每小時平均7m，工期縮短至10d，施工時間可減少2月，并考慮因噪音擾民而節(jié)省的時間約3～4d；同理，本站南側(cè)估計節(jié)約工期90d，共可節(jié)約工期5個月。

②如利用沖擊鉆施工，約需460個臺班，吊車150個臺班，人工費每臺班400元，沖擊鉆用電500元，鉆機(jī)消耗12元，汽車吊每臺班350元，折合成孔成本每米約823元。采用雙動力頭多功能鉆機(jī)需10個臺班，空壓機(jī)30個臺班，人工費每臺班600元，油耗22400元，吊車350元，多功能鉆機(jī)設(shè)備消耗5000元，錘頭消耗11200元，空壓機(jī)租賃費每臺班1667元，折合成孔成本約768元。相比沖擊鉆施工，每米可節(jié)約費用55元。

5.2 環(huán)境效益分析

①雙動力頭多功能鉆機(jī)鉆進(jìn)效率高，可以盡量減少夜間施工的概率，將對周邊居民的影響降至最低。

②雙動力頭多功能鉆機(jī)用于降水井施工過程中不需泥漿護(hù)壁，成孔產(chǎn)生的固態(tài)渣土很容易清理和處理，降低了對場地環(huán)境的污染。

6 結(jié)論

在富水巖溶地區(qū)散土-硬巖等復(fù)雜地層施工降水井，利用雙動力頭配置氣動潛孔錘鉆機(jī)，解決了大直徑樁高效率入巖的技術(shù)難題，能在堅硬巖層中順利成孔入巖，成樁質(zhì)量較好，因不需要泥漿護(hù)壁，故杜絕了泥漿制作與排放對環(huán)境的污染，文明施工較好，同時如遇到巖溶破碎帶，配合撈渣筒也可處理巖溶破碎帶地層的鉆進(jìn)問題，提高效率、縮短工期、降低綜合成本，除此以外雙動力多功能鉆機(jī)有多種組合系統(tǒng)，可實現(xiàn)一機(jī)多能，具有單機(jī)多功能、多用途，多樣化施工特點，在建筑樁基施工中有更大的市場前景。