混凝土钻孔机(水钻)在钻孔过程中真的没有灰尘 ，主要是灰尘晕倒水杯吸收层泥浆了；混凝土钻孔机全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是:平场地、铺设工作平台 、安装钻机、压套管
、钻进成孔、安放钢筋笼 、放导管
、浇注混凝土、拉拔套管 、检查成桩质量 。

全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外，其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度
，取决于挖掘开始阶段的5~6m深时的垂直度
。因此应该随时用水准仪及铅垂校核其垂直度。

桥梁灌注桩钻孔施工中，适合于在有孤石的砂砾石层
、漂石层、硬土层 、岩层中使用的钻孔机械是（ ） 。

前述保直防斜措施并非万能
。当岩层各向异性及结构构造影响严重,传统防斜技术很难奏效时,必须采用特殊机具人为使钻孔沿设计轨迹向目标延伸。

(一)受控定向钻进工艺技术

1.定向钻孔轨迹控制流程

受控定向钻孔轨迹可以设计成单孔底
、多孔底、羽状 、伞形
、“U”形、“S ”形等不同类型,各类定向钻孔的轨迹控制工艺流程基本相同,如图7-22所示 。

2.钻孔轨迹控制机具

目前人工控制钻孔轨迹的机具主要有:液动螺杆钻 、涡轮钻、机械式连续造斜器等
。其中液动螺杆钻在受控定向钻孔中使用最广泛,下面主要以螺杆钻为例进行介绍。

3.钻孔轨迹弯曲强度的控制

钻孔轨迹弯曲强度包括单位长度顶角变化率和方位角变化率 。顶角和方位角变化率合成称为钻孔全弯曲强度
。其表达式是:

图7-22 定向钻孔轨迹控制工艺流程

i=γ/ΔL (7-39)

cosγ=cosθAcosθB+sinθAsinθBcos(αB-αA)(7-40)

式中:i为钻孔全弯曲强度;γ为钻孔全弯曲角;ΔL为孔段长度;θA
、θB、αA 、αB分别为ΔL孔段上下测点顶角和方位角。

轨迹控制过程中,在同一条件下纠偏机具弯曲角度越大,钻孔纠偏全弯曲强度就越大;同一角度的纠偏机具,弯曲点越靠近钻头,纠偏强度就越大 。液动螺杆钻纠偏钻具常使用弯外管(万向节外直管处设计成不同角度的弯管)形式的纠偏件
。弯外管角度分别有0.5°
、1°、1.2° 、1.5°
、2°等几种。弯外管角度的大小应根据设计钻孔轨迹控制强度来选择,其选择原则是:

1)钻孔初始分支点要选较大角度弯外管(常用1.5°)以增加钻具的侧向力 。

2)软岩层纠偏选择较小角度的弯外管,反之选择较大角度的。

3)钻孔同径纠偏时选择较大角度弯外管,小一级口径纠偏时选择较小角度的弯外壳
。

4)连续纠偏进尺长时选择小角度弯外管,连续纠偏进尺少时,选择较大角度的弯外管。

5)根据不同钻进方法选择弯外管角度 。常规钻杆钻进时选用角度稍大的弯外管,绳索取心钻进选用较小角度的弯外管
。一般情况下,普通小口径金刚石钻进钻孔轨迹曲率半径控制在≥300m,可以保证钻孔安全钻进。

实际应用举例:

1)华南于都—赣县矿集区科学钻探选址预研究NLSD-1孔中采用螺杆钻弯外管纠偏钻具,在1700m孔段纠偏85次,累计纠偏进尺138.13m 。选择1°弯外管,平均纠偏强度为0.1°～0.15°/m,钻孔的曲率半径控制在286～573m之间
。采用H、N系列口径绳索取心金刚石钻进,对钻具的回转阻力及内管打捞影响不大,孔内钻杆折断事故较少。

2)霍邱重新集铁矿ZK44孔设计为定向钻孔,纠偏孔段选择1.25°弯外管,纠偏强度为0.3°～0.35°/m,最大强度可达0.5°/m,平均曲率半径为156.2m,最小为114.6m 。钻孔终孔口径为Φ76mm,用Φ50mm外丝普通钻杆钻进,纠偏孔段采用交替钻进方法(用螺杆钻纠偏2～3m,再用常规钻进3～5m)
。钻孔轨迹在其曲率半径下,钻杆极少有折断现象发生,能满足施工要求。

由此可以得出结论:为保证受控定向钻进的经济性和安全性,H 、N口径系列绳索取心钻进的钻孔弯曲强度应控制在0.2°/m以内,钻孔曲率半径应不小于300m;而常规钻进应分别控制在0.4°/m以内和不小于150m 。

4.纠偏机具面向角与钻孔顶角
、方位角的变化关系

钻孔轨迹控制往往出现三种情况:一是钻孔顶角变化,方位角不变;二是钻孔方位角变化,顶角不变;三是钻孔顶角、方位角同时变化
。钻孔顶角 、方位角的控制与纠偏机具的工具面向角(安装角)有关,其关系如图7-23所示。

图7-23 工具面向角与钻孔弯曲角的变化关系

图中工具的面向角按顺时针方向旋转;β为工具面向角,Δθ为钻孔顶角增量,Δα为钻孔方位角增量;↑↓分别表示增加与减小的变化趋势;max
、-max分别表示增斜和降斜的最大量 。

由图7-23可以看出,纠偏工具面向角(β)在不同象限内对应的钻孔顶角(θ)和方位角(α)是不同的。定向钻进应根据纠偏参数快速定出纠偏工具的面向角
。

纠偏工具的面向角可采用下式计算:

深部岩心钻探技术与管理

式中:β为工具面向角;Δα为纠偏后钻孔方位角增量;θ1、θ2分别为纠偏前后的顶角。

液动螺杆钻工作时产生的反扭矩会使钻杆柱发生扭转变形,产生的扭转角称为反扭转角 。反扭转角的大小与螺杆钻的工作扭矩 、孔深、钻杆刚性
、钻压大小等因素相关,对工具面向角有一定影响,在定向钻进中应设法消除
。想通过理论计算来确定反扭转角十分困难。实际施工中,可根据经验估测或用随钻定向仪检测反扭转角的大小 。如华南于都—赣县矿集区科学钻探选址预研究NLSD-1孔在1700m孔深用Φ63mm螺杆钻具纠偏,估测反扭转角约为30°～40°,则应预先使工具面向角增加这个度数
。

(二)钻孔轨迹绕障技术的应用实例

钻探施工(尤其是深部钻探)发生孔内事故在所难免。出现不便处理的事故或难以逾越的局部复杂地层、需要钻孔补心时,必须借助绕障技术改变钻孔轨迹 。钻孔绕障技术与分支定向孔工艺流程基本相似
。

例如,汶川地震断裂带科学钻探WFSD-3孔,因地层破碎 、缩径发生两起吸附卡埋钻事故,无法处理孔内钻铤及套管,分别在孔深788m
、1096m处进行绕障侧钻(图7-24),使钻孔轨迹按要求延伸至目的孔深1502.30m。

图7-24 WFSD-3孔钻孔轨迹绕障图

图7-25 NLSD-1孔钻孔侧钻纠偏图

华南于都—赣县矿集区科学钻探选址预研究NLSD-1孔,在950～1070m孔段钻孔顶角上漂5.3°/100m,若在原孔底纠偏,钻孔会出现狗腿弯,不利于下步绳索取心钻进 。所以,用水泥封孔至孔深940m处进行定向侧钻,使钻孔轨迹控制在设计要求范围内,继续延伸钻进,如图7-25所示
。

答案：B

本题考查的是钻孔灌注桩施工。冲击钻成孔灌注桩适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层 ，特别适合于在有孤石的砂砾石层 、漂石层
、硬土层、岩层中使用 。参见教材P148。