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1第四节钻孔1钻孔方法的选择在灌浆工程中，钻孔是实现灌浆的手段，是首先的和必不可少的工序。钻孔工序的质量直接影响灌浆工程的质量，钻孔工序的工时消耗和成本费用通常要占钻灌工程的三分之一至二分之一，甚至二分之一以上。不同的灌浆工程可以选择不同的钻孔机具和钻进方法。孔深较浅的坝基固结灌浆、隧洞灌浆可采用风动凿岩机或潜孔锤钻进。帷幕灌浆、深孔固结灌浆可采用回转式钻机和金刚石、硬质合金或钻粒钻头钻进，也可采用冲击回转式或冲击式钻机钻进。选择钻孔方法的另一个重要因素地层特点、岩石可钻性等级或覆盖层性质等。常用的钻进方法与适用的岩石可钻性见表2-4-1。表2-4-1常用钻进方法与岩石可钻性对应表钻进方法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进4～11级，较完整均一岩层孕镶金刚石回转钻进4～12级，较破碎不均一岩层金刚石冲击回转钻进9～12级，坚硬打滑岩层硬质合金钻进1～7级，软、中硬岩层针状合金钻进4～7，中硬岩层硬质合金冲击回转钻进5～8级，中硬岩层钢粒钻进7～11级，硬岩层冲击钻进1～5级，松散地层注：岩石可钻性等级见本书附录。2硬质合金钻进2.1钻头的选择硬质合金钻头钢体应用DZ40、DZ50、DZ55号钢材制作，壁厚7～7.5mm，高度均为85mm，连接丝扣长40mm。内部上端带有锥度，唇部应有水口和水槽，水口高10～15mm，宽大于10mm；水槽断面深2mm，宽6～8mm。钻头内、外、底出刃应对称、平整，镶焊要牢固。硬质合金切削具的型号、规格、数量、镶焊角度和出刃量，应根据岩2石类别、钻头直径、地层特性等进行选择，见表2-4-2、表2-4-3。各类硬质合金钻头结构型式见本章第三节。表2-4-2硬质合金钻头及硬质合金选型表表2-4-3硬质合金钻头切削具出刃规格表岩石内出刃（mm）外出刃（mm）底出刃（mm）松软、塑性、弱研磨性岩石1.5～21.5～23～5中硬强研磨性岩石1～21～22～42.2钻进工艺硬质合金钻进的要领：（1）钻头下入孔内后，应慢速、轻压扫孔到底，然后逐渐加到正常参数；（2）经常保持孔内清洁，由钻粒换合金及硬质合金崩落时，应进行打捞；（3）保持压力均匀，不得随意提动钻具，遇有糊钻或岩芯堵塞孔内等异常情况时，应立即提钻处理；（4）取芯要选择合适的卡料或卡簧，因为硬质合金的磨损较快，卡簧在配置时要特别注意。当采用干钻卡芯方法时，干钻时间不得超过2min；（5）合理掌握回次进尺长度，每次提钻后要检查钻头磨损情况，以改进下一回次的钻进技术参数。应根据岩性、孔径、钻头结构等因素合理选择钻进参数，表2-4-4可作参考。钻头类型岩石可钻性岩石类别合金型号阶梯式肋骨钻头3～5页岩、砂页岩、胶结差的砂岩T105、T107肋骨薄片式钻头1～4塑性及水胀性岩层T412刮刀式钻头1～4塑性及水胀性岩层T313直角薄片式钻头3～4中研磨性岩层、泥质砂岩、大理石等T007单双粒钻头4～5弱研磨性铁质及钙质砂岩、软硬互层T105犁式密集钻头4～6石灰岩、砂岩T105、T313、T107大八角钻头5～7软硬不均互层、裂隙及研磨性强岩层、砾岩等T110针状合金钻头4～7中硬砂岩、砾岩等胎块及T3133表2-4-4硬质合金钻进技术参数表岩石级别钻压转速（r/min）泵量（L/min）普通合金（kN/粒）针状合金（kN/块）1～4级0.3～0.61.5～2.0200～350605～6级、部分8级0.5～1.0150～250602.3全断面钻进灌浆孔的钻进常常不需要采取岩心，这样在基岩的强度和完整性较低的情况下，就可以进行全断面钻进。全断面钻进方式节省了许多非钻的时间，回次进尺不受限制，可避免取芯钻进易产生的堵心等事故，从而可以加快施工进度，降低工程成本。全断面钻进的缺点是孔斜控制的难度大于取心钻进。全断面钻进孔底碎岩面积大，因此应尽量采用小口径钻孔和阶梯式钻头。现在使用的全断面硬质合金钻头，大体可分为翼片钻头、矛式钻头和环翼钻头三类。应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等进行选择，见表2-4-5。各类全断面硬质合金钻头结构形式见本章第三节。表2-4-5全断面硬质合金钻头及硬质合金选型表钻头类型岩石可钻性岩石名称合金型号翼片钻头3～5页岩、砂页岩、石灰岩S306或T313矛式钻头1～4松散黏土、红色砂岩及塑性强化层T310环翼钻头4～7页岩、粉砂岩、石灰岩T105和T3083金刚石钻进3.1金刚石钻头和扩孔器的选择在强研磨性、破碎、较软、颗粒度粗的岩层钻进时，应选用耐磨和高硬度胎体的钻头与扩孔器；在弱研磨性、均质完整、硬度大、颗粒度细的岩层中钻进时，应选择低硬度胎体的钻头与扩孔器。扩孔器外径一般应比钻头外径大0.3mm～0.5mm，岩层破碎时，宜适当加大扩孔器的外径，不宜使用硬质合金制作的扩孔器。卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3mm～0.4mm，若将卡簧套在相应钻头钻出的岩芯上试验，用手可以轻轻推动者为合适。4灌浆工程钻孔所使用的金刚石钻头，通常都是孕镶钻头，施工中应根据岩石的可钻性、研磨性和完整程度来选择钻头与扩孔器，表2-4-6可供参考。各类金刚石钻头、扩孔器的结构型式见本章第三节。表2-4-6孕镶金刚石钻头及扩孔器选用表岩石类别中硬硬坚硬岩石可钻性4～67～910～12岩石研磨性弱中强弱中强弱中强天然或人造金刚石孕镶钻头胎体硬度（HRC）2535√√√40√√√√45√√√55金刚石粒度（目）30～40√√√60～80√√√√√√100～120√√√√扩孔器表镶√√√√√√√孕镶√√√√√√√√硬质合金√√√√3.2钻进工艺使用金刚石钻具要注意如下要领：（1）定期拆洗加油，丝扣或直径磨损要及时更换；（2）不得用管钳拧卸钻头、扩孔器和卡簧座与内管，而应用多点钳或摩擦钳；（3）钻进时应按钻头和扩孔器外径大小，排队使用，先用外径大的，后用外径小的；（4）新钻头下到孔底后，必须进行初磨，即轻压（1/3钻压）、慢转（1/3转速）10min左右再换用正常钻进参数。在每一回次进尺开始时，应轻压、慢转，待钻头已达孔底正常钻进后，方可采用正常钻进参数；（5）金刚石性脆，遇冲击易碎裂脱落，因此要求孔内清洁，不得同时采用钻粒钻进。孔底若发现有硬质合金碎块、胎体碎块及金刚石等硬质杂物时，应采用冲、捞、粘、套、磨、吸等方法清除；（6）钻具升降要平稳，钻头下降受阻时，只准用钳子回转，不许蹾撞；5（7）金刚石钻进时，必须随时观察泵压的变化，严防送水中断；（8）打捞残留岩芯或脱落岩芯不得用完好的钻头，应用旧钻头或岩芯打捞器进行；（9）金刚石钻进要合理选择钻压、转速、泵压和泵量等技术参数，随时调整在不同条件下各参数之间的有机配合，以取得最优的技术经济指标。因此在调整参数时，不能单纯从提高效率考虑，要同时兼顾质量、成本、安全等因素。表2-4-7所列参数，可在施工中参考使用。表2-4-7孕镶金刚石钻进推荐钻压、转速、泵量参数表参数类型钻头直径（mm）46566676钻进压力（kN）2～33～44～66～7立轴转速（r/min）600～1700500～1350450～1150400～1000进水泵量（L/min）20～2525～3030～4040～503.3金刚石钻头磨损原因的分析及时、正确的分析钻头磨损原因，判断钻进技术参数的合理性，并发现问题，改进操作方法，调整技术参数，以指导后续的钻进施工，见表2-4-8、图2-4-1。表2-4-8孕镶金刚石钻头磨损原因分析表磨损情况原因分析底面逐渐由平面过渡到圆弧形，金刚石裸露好，内外径轻微磨损正常磨损唇面光滑，进尺慢胎体过硬，钻压太小底部呈内外锥形胎体软、泵量小、岩石碎外径过度磨损扫孔、孔壁掉块内径过度磨损扫岩芯、岩芯碎、钻具提动胎体磨损快、金刚石脱落胎体软、泵量小出现台阶孔底有硬质块体唇面出现沟槽冲洗液不净，孔底有硬碎屑出现冲蚀沟槽冲洗液含砂多，胎体软、泵量小胎体变色泵量小，冷却不良胎体裂纹水槽过深、强烈振动6图2-4-1孕镶金刚石钻头非正常磨损示意图a－内外径偏磨；b－底唇面偏磨；c－内径磨成喇叭形；d－外径磨成锥形；e－内外径磨损严重；f－内径磨成台阶状；g－外径磨成台阶状；h－胎体底唇拉槽；i－胎体磨损过快；j－胎体裂纹；k－胎体掉块；l－胎体冲蚀4钻粒钻进4.1钻头及钻粒的选择钻粒钻头一般应用中碳钢45号或DZ40和DZ50钢材制做，全长500mm，普通钻头壁厚9～11mm，内径上端必须有1/100的锥度。钻粒钻头的结构形式见本章第三节。钻头水口形状很多，常用的有单斜边、双斜边、单弧形和双弧形。水口上宽15～20mm，下宽为圆弧长度的1/5～1/4，高约120～150mm。正循环钻进时，钻头的有效长度应大于150mm，反循环钻进时，钻头的有效长度应大于100mm。钻头唇部严重变形时，必须将变形部分切除。钻粒（钢粒）形状为直径2.5～4mm的圆柱体，长度与直径大致相等，热处理后的硬度应在HRC50以上，锤击时不碎不扁，只破成2～3瓣，并放射出火星者为优质。4.2钻进工艺钻粒钻进的技术参数应根据岩石物理性质、钻头直径、设备能力、钻粒质量等因素进行选择，表2-4-9可供参考。7应根据钻头直径、岩石性质、钻粒质量等选择投砂方法和投砂量。当采用一次投砂法时，一般回次投砂量为1.5～5kg。粗径钻具应接上1.5m长的上开口马蹄形取粉管，回次终了要进行冲孔。孔内沉淀超过0.5m，应进行打捞。钻头水口不宜过大，钻进过程中视情况经常调节水量。在硬质合金钻进改为钻粒钻进时，开始应采用较小的技术参数，以防夹钻。表2-4-9钢粒钻进技术参数表钻头直径（mm）转速（r/min）钻压（MPa）冲洗液量（L/min）投砂量（kg）130～150120～2003～520～402~575～110180～3003～510～301.5~3.55潜孔锤钻进潜孔锤钻进是利用压缩空气作动力，驱动孔底冲击器而进行的冲击回转钻进。这项技术在当代用途广泛，国外钻头直径以65～228mm居多，我国潜孔锤直径为90～273mm。针对灌浆钻孔主要应用小口径潜孔锤钻进，一般钻孔直径不宜大于130mm。潜孔锤钻进设备及潜孔锤的技术参数和结构型式见本章第三节。5.1钻进技术参数潜孔锤钻进的主要技术参数包括风量、风压、钻压与转速等，见表2-4-10。表2-4-10潜孔锤钻进技术参数选择表参数名称参数选择方法风量根据所选用的空压机和潜孔锤的性能，合理确定风量，要求钻杆和孔壁环状空隙之间的最低上返风速为15m/s风压国内生产的潜孔锤有两种：低压潜孔锤，所需风压为0.5～0.7MPa；高压潜孔锤，所需风压0.8～1.5MPa。在潜孔锤钻进时，除正常工作所需风压外，还要加上孔深时沿程压降及克服水位以下的水柱压力。冲击频率潜孔锤一般的额定冲击频率为800～1500次/min，当潜孔锤额定风量和额定风压达到规定要求时，都能达到额定冲击频率钻压对某一直径的潜孔锤，钻压有一个合理范围。钻压过大，不仅不会提高钻进效率，反而会加速钻头磨损。例如，使用Φ200mm的潜孔锤，钻压在13～16kN时钻进效率最8佳；使用Φ90mm潜孔锤，钻压在5～6kN时最佳转数钻具的转速应按潜孔锤的冲击频率和所钻岩石的性质来确定。例如，冲击频率为600次/min时，转速为18r/min；当冲击频率为1000次/min时，转速为31r/min5.2潜孔锤跟管钻进注意事项采用潜孔锤跟管方式钻进时，应注意如下要领：（1）在孔壁破碎不稳定地层，发生坍塌掉块现象，造成埋钻事故。在钻具低速回转情况下，可用高风压（1.2MPa）强行吹孔。当吹出部分岩屑和钻具回转挤碎的岩块后，再使钻具高速回转，快速上下串动钻具并吹孔，从而解除埋钻。（2）在松散的堆石层或破碎带钻进时，可采用厚壁套管进行护壁。如果下套管比较困难，可采用潜孔锤下接套管进行跟管钻进，也可利用潜孔锤反冲起拔钻具、套管。（3）钻进时注意观察风压，当风压突然增大时应分析原因并采取措施。如遇“泥包”现象，可向钻杆内加入一定量发泡较强的洗衣粉，以消除“泥泡”现象。（4）当跟管钻进难以解决堆石层钻进问题时，可采用粘土护壁堵漏方法。操作方法：用潜孔锤钻进2～3m时，上提潜孔锤，向坍塌的孔