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大位移井鑽井技術

圖文 更新时间:2024-07-29 10:12:43
一、發展與應用範圍

地下連續牆鑽井,就是多個單井連續成槽,多槽連續成牆,地下連續牆在工程界使用廣泛,如防滲牆,擋土牆、水下建築防掏牆,地下鐵道兩壁,以及大直徑井的井壁等方面。

地下連續牆最早使用時由意大利依柯斯公司,于1950年用抓鬥式鑽機,建造了第一道水庫地下連續防滲牆。

二十年後在歐洲已形成了一種很普通的施工方法,由于這種方法具有很大的優越性,已完全取得工程界的信賴,目前不僅大型工程,就是規模不大的高層建築,也多采取這種施工方法,如廣州市有名的白天鵝飯店等。

它已發展到下述工程領域。

1.地下油庫、蓄水池,污水處理工程的擋土牆;

2.地下建築,火車站、商店,鐵路,公路停車場及建築物擋土牆;

3.輸水管道豎坑擋土牆;

4.水庫地下連續防滲牆;

5.立交橋底層的擋土牆。

總之,凡是深埋地下需要開挖的工程,都可以事先築好地下連續牆,在開挖時坑壁是垂直的,不滲水,減少開挖量及施工占用面積,同時牆已構成工程建築物的一部分,解決了施工中很大的難題,為地下工程創造了有力的施工方法,将原來認為不可能的,變為可能。

我國使用這種方法,是在建國初期,當時用沖擊鑽井法鑽造槽然後沿槽澆鋼筋混凝土連續牆,起到防滲作用;以後又沿用到高層建築,大橋基礎,過江隧道出口等工程。

随着建設的發展,科學技術的進步,造槽的方法和工藝,牆的厚度和深度都有了新的發展,不斷出現新的工藝及機具,逐漸代替了舊的沖擊式的造槽工藝。

目前,已較成熟的有抓鬥法或采用多頭鑽井機,一次就可以鑽出一段槽,此外還發展了反循環全斷面鑽井法,不僅解決了厚度和深度問題,還可以使牆腳嵌入基岩。

最突出的是,固壁泥漿。目前,在鑽井完成後隻需加入水泥和其他化學材料泥漿即可凝固,構成牆體,而不需換漿澆注水泥材料。這一科研成果的出現,大大降低了牆的建造周期和成本。

二、地下連續牆的施鑽方法

地質條件和泥漿質量都直接影響到槽的長度;其施鑽方法可分為槽斷法和排井法。

1.槽斷法:

(1)地面設導向槽,是槽的定線和槽的範圍。鑽進時起導向作用,槽内充滿泥漿并保持一定的液面,起到固壁作用;

(2)導槽的寬應比鑽具寬30~50毫米,深度一般在10米以内。

(3)确定槽長的依據:

地質情況和地下水對槽的影響;

鋼筋籠的重量和起吊設備的能力;

工程設計要求。

(4)施鑽機具:日本制造的BW型鑽機使用于槽的鑽進,一次成槽時,槽的寬度和長度受鑽機性能限制,其技術性能及槽的尺寸見表1。

BM型多頭鑽機性能表 表1

型号

BWN-4055

BWN-5580

BWN-80120

鑽頭體寬 mm

400—500

550—800

800—1200

槽 長 mm

2500—2650

2470—2720

3600—4000

鑽 深 m

50

50

50

小鑽頭個數 個

7

5

5

小鑽頭轉數 轉/分

50

35

20

排渣管内徑 mm

150

150

200

電動機功率 KW

15x2

15x2

18.5x2

鑽機重量 kg

7500

10000

18000

砂石泵 泵量/揚程

300/18

300/18

360/15

砂石泵電機 KW

44.5

44.5

52.5

這種鑽機是長形,裝有5-7個小鑽頭,由潛水電動機驅動,鑽頭分别向不同方向轉動,并互相平衡轉動扭矩,使鑽進中能保持平穩狀态,采用框式鑽架,鋼絲繩和滑車組升降鑽機,懸吊鑽進,洗井排渣采用泵吸反循環,排渣管為150~200毫米結構如圖1所示。

大位移井鑽井技術(大口徑專用工程井及特殊鑽井)1

圖1 BWN-5580型多鑽頭反循環鑽機結構圖

該機裝有偏斜顯示器,在地面儀表上顯示數據,同時兩側有四個導向闆,操作人員可籍偏斜顯示器的數據,調正導向闆,使鑽機垂直。

據資料介紹,某工程使用這種鑽機,鑽寬800毫米,40米深的槽,其偏斜度僅為槽深的450~600分之一,滿足了設計要求。這種鑽機,是鑽地下連續牆的專用設備。自從1969年問世以來得到了廣泛的應用,除日本國自己用外,已發展到歐洲,美洲等許多國家,我國上海已制成這種鑽機并投入了生産使用。

該機隻适用于松散的覆蓋層,如沙土、礫石、小卵石、小于排渣管道孔直徑的塊石和卵石。

這套設備,包括了地下連續牆的整個工藝流程,從造槽,下鋼筋籠澆水下混凝土等,其中還包括了泥漿制造,淨化及槽内泥漿回收的設備。

2.排井法:是由多個單井聯鑽套鑽成槽;

井的排列:有四種型式,如圖2所示;

大位移井鑽井技術(大口徑專用工程井及特殊鑽井)2

圖2 排井法排列方式及鑽進次序

圖2中每種類型各井的編号是鑽井的次序,目的是鑽井成槽之前使之穩定。

在這四種類型中,交錯型雖然加厚了牆,但下入鋼筋籠易受阻,如是嵌入基岩的牆,則入基岩時易産生偏斜,其他類型不存在上述問題,若從牆厚這角度考慮,搭接型比較好。

3.鑽井次序:分為平鑽法和立鑽法。

平鑽法:即鑽機移動,加一次鑽杆将一個平面鑽完,再接鑽杆進行下一個平面,而立鑽法,也可稱垂直打法,即一個井一個井按順序先1、3、5、7再2、4、6、8的進行。兩種方法的選用,視地層條件及所用機具而定。

4.鑽井機具:除前述專用鑽機外,沖擊,回轉,沖擊回轉以及正反循環洗井法都能使用。當然嵌入基岩的牆以全斷面反循環鑽井法為最好。

5.連續牆鑽進實例:我國某水庫,地下連續防滲牆。

(1)地層情況,沖積砂卵石層厚3~8.5米,含泥砂卵石層2~6米,冰碛堆積層1~6.5米,風化基岩1~4米,半風化層2~10米,其中冰碛層以下不透水。

(2)工程質量及要求:

牆長645.38米,牆的總面積19290米。

牆厚0.6米

要求:中心線不得偏離0.3米

深度:進入風化層0.5米,嵌入冰碛層4.6~5米,端頭井斜小于2%;

槽底沉澱物小于10厘米。

(3)所用機具:使用可以正、反循環的回轉鑽機,三翼形刮刀鑽頭,進入基岩時換滾刀鑽頭,反循環排渣,泥漿固壁。

(4)槽長:根據地層條件分别為3~7.2米不等。

(5)鑽槽方式:如長6米槽,布19個井,單數井為切線井然後在兩井之間再鑽一井排列号為雙數,實鑽次序有時兩端井,一鑽到底,待測斜合格後,再平打中間井。

(6)排井鑽進應注意的問題:

在鑽中間井時,每層均需檢查,切掉小牆及兩井間的小角。

利用震動篩并加長沉澱槽,盡量排除泥漿中岩屑,減小槽底淤積層;

實踐中證實,隻有基岩中留有小牆需進行處理,其他地層尚好。

(7)造槽效率:表2為造槽時,單井效率;

造槽時單井鑽進效率 表2

項目

粘土層

砂卵石

水積層

土狀風化

塊狀風化

混凝土

鑽進效率 米/時

7.62

2.91

1.32

0.86

0.53

1.61

生産效率 米/日

43.33

30.08

14.45

5.61

2.97

11.38

平均效率 米/日

36.10

24.63

13.92

5.11

1.84

9.45

最高效率 米/班

20.12

23.76

4.88

3.31

2.65

7.56

(8)排井造槽的質量:經過開挖檢查;

用全斷面反循環鑽井造槽時,牆厚是上小下大,超寬系數平均1.57,最大1.8。

沖擊法鑽井造槽時,牆厚是上大下小,變化幅度也小,超寬系數為1.1。

井的垂直度可以滿足設計要求。

(9)取得的經驗:通過六個月工作,取得如下幾點。

确認全斷面反循環鑽井法,完全适用于排井造槽;

泥漿固壁造槽,效果是好的;

導向槽是保證造槽的關鍵措施,應嚴格按設計方案裝設,防止造槽中坍塌。

應選用強度高,扭矩大的鑽井機;

用經濟手段,計件工資是有效的管路辦法。

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