王 福

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 工程概況

石家莊至鄭州客運(yùn)專線鶴壁特大橋位于河南省鶴壁市境內(nèi),橋長6995.98 m,橋址區(qū)地貌為沖洪積平原,地勢由西向東傾,地形平坦開闊,地面高程83.343～84.385 m,大部分為耕地。本橋址段線路沿京珠高速公路西側(cè)行進(jìn),與既有京珠高速公路近似平行。該橋DK540+950～DK541+450.00跨越京珠高速鶴壁互通匝道。

橋址區(qū)主要為第四系沖洪積成因的漂石、卵石夾砂礫、粉砂地層,礫石直徑大,最大達(dá)1～2 m,一般為0.2～0.5 m;礫石大小不一,雜亂堆積,地層膠結(jié)性差,孔壁極不穩(wěn)定,卵礫石成分主要為石英砂巖、混合花崗巖及灰?guī)r。

該地層鉆進(jìn)過程中巖粉出屑多,顆粒較大,石質(zhì)堅(jiān)硬,鉆孔漏失,常發(fā)生卡鉆、埋鉆、憋斷鉆桿等孔內(nèi)事故,鉆孔孔斜嚴(yán)重;加之卵礫石石質(zhì)堅(jiān)硬,鉆探效率低。

我單位組織2臺鉆機(jī)歷時(shí)2個(gè)月,完成600 m勘探量,取得較好的效果,本文對該項(xiàng)目鉆進(jìn)工藝及護(hù)壁堵漏工藝做簡要介紹。

2 鉆探施工技術(shù)及工藝

2.1 鉆探設(shè)備的選擇

根據(jù)地層情況及鉆孔深度和地質(zhì)要求,鉆探設(shè)備選擇情況如下。

鉆機(jī):GJ-150A;

漿泵:BW-150型;

鉆塔:6 m四角塔。

2.2 鉆機(jī)方法及鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)地層情況及鉆探施工經(jīng)驗(yàn),本區(qū)上部卵礫石層先采用植物膠金剛石鉆進(jìn)取芯,后跟進(jìn)套管護(hù)壁,以護(hù)住上部較為松散的卵礫石層;下部卵礫石較為松散,地層穩(wěn)定性差,同時(shí)出于對起拔套管的安全,采用水泥漿護(hù)壁。

根據(jù)地層情況及鉆孔深度,選擇鉆孔結(jié)構(gòu)如下:覆蓋層首先采用 φ130植物膠金剛石鉆進(jìn)取芯,逐步跟進(jìn) φ147套管護(hù)壁,跟進(jìn)深度大約為20 m左右,之后,采用 φ110金剛石鉆進(jìn)取芯,鉆進(jìn)一段封堵一段,直到終孔。

2.3 金剛石鉆頭的選擇

金剛石鉆頭對巖層的適應(yīng)性是影響取芯質(zhì)量的重要因素。選擇的原則首先是確保鉆頭的鉆進(jìn)速度。因?yàn)殂@進(jìn)速度越快,則取芯質(zhì)量越好;其次是考慮金剛石鉆頭的壽命,以盡可能的降低成本。

根據(jù)地層情況及鉆探施工的經(jīng)驗(yàn),本工點(diǎn)采用電鍍金剛石鉆頭,其技術(shù)參數(shù)為:

金剛石目數(shù)60～80混合目;金剛石濃度100%;金剛石品級JR4;胎體硬度40。

2.4 鉆進(jìn)參數(shù)及操作注意事項(xiàng)

根據(jù)多年來砂卵石層鉆進(jìn)的經(jīng)驗(yàn),為確保砂卵石層的取芯質(zhì)量,鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)遵循“低壓力、中轉(zhuǎn)速、小泵量”的原則,以達(dá)到平穩(wěn)的鉆進(jìn)速度為宗旨。因?yàn)閴毫^大容易產(chǎn)生巖芯堵塞現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速過高容易造成孔壁垮塌,泵量過大則會沖毀巖芯,最終導(dǎo)致鉆進(jìn)困難,取芯質(zhì)量降低。

在鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng):

(1)下鉆后,應(yīng)用較大泵量沖孔,然后降低泵量鉆進(jìn)。當(dāng)卵礫石粒徑較小、地層結(jié)構(gòu)松散、取芯困難時(shí),可盡量降低泵量,以確保取芯質(zhì)量。

(2)回次進(jìn)尺控制在0.8～1.2 m,發(fā)現(xiàn)堵芯,立即起鉆。

(3)起下鉆速度應(yīng)緩慢,以避免在孔內(nèi)產(chǎn)生較大的抽吸,引起漿液強(qiáng)烈的激蕩,導(dǎo)致孔壁的垮塌。

(4)在鉆進(jìn)過程中,正常進(jìn)尺時(shí),不得隨意改變鉆進(jìn)參數(shù),也不要隨意提動鉆具,以防止巖芯堵塞。

(5)在砂卵石層中鉆進(jìn)時(shí),當(dāng)進(jìn)尺速度突然加快,可能是進(jìn)入砂層或砂礫石層,此時(shí)應(yīng)控制進(jìn)尺,可適當(dāng)降低泵量,以保證取芯。

2.5 鉆孔護(hù)壁堵漏方法

卵礫石地層鉆進(jìn)絕大部分孔內(nèi)事故的發(fā)生都與孔壁有關(guān),孔壁保護(hù)是提高卵礫石層鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵。橋址區(qū)地下水位在20 m左右。由于地層松散堆積粒徑較大,塌孔漏失嚴(yán)重。針對以上特點(diǎn),采用的主要方法為:20 m以上采用植物膠泥漿護(hù)壁,然后下入套管;20 m以下采用水泥漿護(hù)壁。

(1)植物膠泥漿護(hù)壁

植物膠泥漿護(hù)壁是卵礫石層鉆進(jìn)保護(hù)孔壁的主要措施。鉆孔施工中(0～20 m),采用邊鉆進(jìn)邊下入套管的方法,沒有發(fā)生坍塌現(xiàn)象,主要原因是成功地使用了植物膠泥漿護(hù)壁。其配方為:

水∶黏土∶Na2CO3∶PW=1000 mL∶40 g∶2 g∶1.3 g

配置方法:

①先把純堿與PW植物膠干粉按比例混合均勻,然后加水?dāng)嚢柚辆鶆颉?/p>

②按照黏土加入量(4%),將黏土加入水中攪拌造漿,再加入純堿,使pH值至9左右。

③將PW植物膠堿液按比例加入到已攪拌好的泥漿中,充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

實(shí)踐證明,采用植物膠泥漿在該橋址區(qū)卵礫石層鉆進(jìn)取得了很好的護(hù)壁效果,施工很順利。

(2)水泥漿護(hù)壁堵漏

橋址區(qū)地下水位大約在20 m左右,因卵礫石層極為松散,礫徑較大,漏失嚴(yán)重。采用植物膠的方法會因地下水降低黏度。同時(shí),沖洗液也在不斷的沖刷孔壁,隨著鉆進(jìn)的繼續(xù),上部剛堵住漏失的裂隙層,由于鉆具的震動,泥漿壓力的變化,亦發(fā)生重新漏失,迫使停鉆進(jìn)行二次堵漏。因此,此處采用水泥漿護(hù)壁堵漏。水泥漿的流動度實(shí)驗(yàn)如表1所示。

表1 流動度實(shí)驗(yàn) mm

通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn),確定如下配方:水灰比0.5%的水泥漿 +0.5%水玻璃。

該方法的施工操作要點(diǎn)是:遇到嚴(yán)重漏失層段,須鉆進(jìn)一段,護(hù)堵一段,力求做到該段不再漏失。實(shí)踐證明該方法能夠有效地解決小裂隙坍塌、大裂隙漏失及不穩(wěn)定地層鉆進(jìn)中的難題。

3 結(jié)論

(1)針對所鉆進(jìn)施工的地層進(jìn)行詳細(xì)分析,根據(jù)各種不同粒徑顆粒所占比例和地層密實(shí)度選擇合理的鉆進(jìn)工藝和相應(yīng)的鉆頭鉆具。

(2)在卵礫石層中采用PW植物膠護(hù)壁堵漏,效率大幅度提高,事故明顯下降,節(jié)約成本。

(3)水泥漿護(hù)壁堵漏能夠有效地解決小裂隙坍塌、大裂隙漏失及不穩(wěn)定地層鉆進(jìn)中的難題。

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