锚索造孔双级套管施工方法与流程

本发明涉及锚索造孔施工领域，特别是一种锚索造孔双级套管施工方法。

背景技术

某水电站移民场平工程填筑料源料场边坡锚索施工，锚索型号为2000knl=35/45m、600kn和1000knl=30/35m。由于该料场位于某堆积体范围，现场开挖揭示地质情况为：堆积体覆盖层较厚，且覆盖面积较大；岩石存在多处裂隙断层，且纵横交错，岩石极为破碎，整体性差。施工时孔内均不同程度的塌孔、堵孔，且孔内裂隙发育，岩体存在破碎带、掉块严重，局部形成空腔等情况。因此导致边坡锚索不能成孔。

为解决锚索成孔问题，加快锚索施工进度，现场采用了常规方法跟管钻进+水泥砂浆固壁措施施工，但由于地质条件复杂，一方面固壁耗浆量较大且难以控制，平均每孔需固壁灌浆量约为91.53t；另一方面造孔工期较长，平均成孔需49.5天。采用常规方法“跟管钻进+水泥砂浆固壁”措施，不能解决该地质条件下的锚索成孔问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种锚索造孔双级套管施工方法，能够克服现有技术中复杂地质条件下，边坡锚索难成孔及成孔慢的技术问题，实现快速锚索造孔，提高施工效率，降低施工成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种锚索造孔双级套管施工方法，包括以下步骤：

s1、先以较大直径的第一套管用较大直径偏心钻具跟管钻进至最大孔深；

s2、取出较大直径偏心钻具，更换较小直径偏心钻具，再以较小直径的第二套管用较小直径偏心钻具跟管钻进，达到预设深度或最大跟进孔深；

通过以上步骤实现复杂地质条件下的锚索造孔。

优选的方案中，在第一套管的底部设有第一管靴，第一管靴设有朝向内壁的凸台，在较大直径偏心钻具的外壁设有第一扩孔片，第一扩孔片抵住第一管靴的凸台，以使偏心钻具带动第一套管下行；

在第二套管的底部设有第二管靴，第二管靴设有朝向内壁的凸台，在较小直径偏心钻具的外壁设有第二扩孔片，第二扩孔片抵住第二管靴的凸台，以使偏心钻具带动第二套管下行。

优选的方案中，在最后一节的第二套管的顶部设有套筒挂靴，套筒挂靴设有朝向外壁的凸台，套筒挂靴的凸台抵住第一管靴的凸台。

优选的方案中，所述的第一套管外径为178mm，较大直径偏心钻具最大外径为178mm，第一管靴外径为178mm；

第二套管的外径为146mm，较小直径偏心钻具最大外径为146mm，第二管靴外径为150mm。

优选的方案中，所述的偏心钻具中，钻杆与冲击器连接，冲击器与导正器连接，导正器与偏心钻头连接。

优选的方案中，所述的偏心钻头中，偏心钻环套接在钻头杆上，在偏心钻环上设有外圈推出槽和外圈收回槽，在钻头杆上设有内圈推出槽和内圈收回槽；

第一滚动体可滚动的安装在外圈推出槽和内圈推出槽之间，第二滚动体可滚动的安装在外圈收回槽和内圈收回槽之间。

优选的方案中，所述的外圈推出槽、内圈推出槽、外圈收回槽和内圈收回槽均为由浅到深的渐开线槽；

外圈推出槽、内圈推出槽、外圈收回槽和内圈收回槽在圆周上的位置，使钻头杆在朝一个方向旋转时，偏心钻环与钻头杆偏心，而朝另一方向旋转时，偏心钻环与钻头杆同心。

优选的方案中，所述的偏心钻环为两个，两个偏心钻环沿轴向布置。

优选的方案中，较大直径偏心钻具采用cir150冲击器，较小直径偏心钻具采用cir130冲击器，钻机采用y70锚固工程钻机；

每钻进0.3～0.5m强风吹孔排粉一次；

每钻进2～3m，提钻检查钎头与冲击器的联接状况、偏心钻头联接机构及锁紧机构状况。

优选的方案中，在步骤s2之后还包括利用拔管机拔出第一套管和第二套管的步骤。

本发明提供的一种锚索造孔双级套管施工方法，通过采用能够互相套接的两级套管的施工方法，能够实现在复杂地质条件下的顺利成孔，且成孔时间在3~4天，工期相较于现有技术中的49.5天大幅缩短。且本发明的造孔方法平均每孔成孔费用合计约6.39万元，而现有技术中采取跟管钻进+水泥砂浆固壁措施造孔方法平均每孔成孔费用合计约9.02万元。本发明的方法不仅缩短了锚索施工工期，且成本更低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中第一套管施工时的结构示意图。

图2为本发明中第二套管施工时的结构示意图。

图3为本发明中偏心钻具未张开时的结构示意图。

图4为本发明中偏心钻具张开时的结构示意图。

图5为图4的a-a剖视示意图。

图中：钻杆1，第一冲击器2，第二冲击器2'，第一扩孔片3，第二扩孔片3'，第一管靴4，第二管靴4'，偏心钻具5，导正器51，偏心钻环52，中心钻头53，排屑槽54，第一滚动体55，第二滚动体551，外圈推出槽56，内圈推出槽57，内圈收回槽58，外圈收回槽59，钻头杆50，第一套管6，第二套管6'，岩壁7，套筒挂靴8。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2中，一种锚索造孔双级套管施工方法，包括以下步骤：

s1、先以较大直径的第一套管6用较大直径偏心钻具跟管钻进至最大孔深；

优选的方案如图1中，在第一套管6的底部设有第一管靴4，第一管靴4设有朝向内壁的凸台，在较大直径偏心钻具的外壁设有第一扩孔片3，第一扩孔片3抵住第一管靴4的凸台，以使偏心钻具带动第一套管6下行；

优选的方案中，所述的第一套管6外径为178mm，较大直径偏心钻具最大外径为178mm，第一管靴4外径为178mm；

s2、取出较大直径偏心钻具，更换较小直径偏心钻具，再以较小直径的第二套管6'用较小直径偏心钻具跟管钻进，达到预设深度或最大跟进孔深；

优选的方案如图2中，在第二套管6'的底部设有第二管靴4'，第二管靴4'设有朝向内壁的凸台，在较小直径偏心钻具的外壁设有第二扩孔片3'，第二扩孔片3'抵住第二管靴4'的凸台，以使偏心钻具带动第二套管6'下行。

第二套管6'的外径为146mm，较小直径偏心钻具最大外径为146mm，第二管靴4'外径为150mm。

优选的方案如图2中，在最后一节的第二套管6'的顶部设有套筒挂靴8，套筒挂靴8设有朝向外壁的凸台，套筒挂靴8的凸台抵住第一管靴4的凸台。由此结构，便于后继工序的拔管操作，由此方案，套管能够循环使用，降低了成本。当第一套管和第二套管有多根的，每根套管之间通过螺纹连接形成一个整体。

通过以上步骤实现复杂地质条件下的锚索造孔。

优选的方案如图3~5中，所述的偏心钻具中，钻杆1与冲击器连接，冲击器与导正器51连接，导正器51与偏心钻头连接。

优选的方案中，所述的偏心钻头中，偏心钻环52套接在钻头杆50上，在偏心钻环52上设有外圈推出槽56和外圈收回槽59，在钻头杆50上设有内圈推出槽57和内圈收回槽58；

第一滚动体55可滚动的安装在外圈推出槽56和内圈推出槽57之间，第二滚动体551可滚动的安装在外圈收回槽59和内圈收回槽58之间。第一滚动体55和第二滚动体551为钢球或钢质圆柱体。

优选的方案中，所述的外圈推出槽56、内圈推出槽57、外圈收回槽59和内圈收回槽58均为由浅到深的渐开线槽；

外圈推出槽56、内圈推出槽57、外圈收回槽59和内圈收回槽58在圆周上的位置，使钻头杆50在朝一个方向旋转时，偏心钻环52与钻头杆50偏心，而朝另一方向旋转时，偏心钻环52与钻头杆50同心。有此结构，偏心钻环52的伸出或回收操作顺畅，且石屑不易进入到偏心钻环52与钻头杆50之间，因此不易堵钻。

优选的方案如图3、4中，所述的偏心钻环52为两个，两个偏心钻环52沿轴向布置。由此结构，提高扩孔效率，尤其适用于复杂地质条件下的钻进和扩孔操作。

优选的方案中，较大直径偏心钻具采用cir150冲击器，较小直径偏心钻具采用cir130冲击器，钻机采用y70锚固工程钻机。

优选的方案中，在步骤s2之后还包括利用拔管机拔出第一套管6和第二套管6'的步骤。通过采用套筒挂靴8的结构，在造孔后能够将第一套管6和第二套管6'拔出循环使用，从而进一步降低成本。

实施例2：

在实施例1的基础上，更具体的施工步骤如下：

1、偏心钻具5和套管下孔前应逐一检查风动潜孔锤即冲击器、偏心钻头、套管及套管靴。

a、风动潜孔锤应工作正常，并加注机油润滑；

b、偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时钻头偏心外缘应大于套管的管靴，钻头的联接销及锁紧机构应牢固；

c、钻头与冲击器连接应可靠；

d、套管的管靴、套管有无裂纹，凡有影响强度的缺陷切勿使用。

2、开孔

a、用cir150冲击器配φ89常规钎头先造孔1m左右，为跟管钻进提供定位和导向作用。

b、开钻前，将连接好的冲击器及钻头放入带有套管靴的套管内，让偏心钻头伸出套管靴，将组装好的钻具就位于预先凿好的导向浅孔内。开动钻机，正转速度达到一定时，偏心钻头偏心钻环52张开，方可进行钻进。

3、跟管钻进过程中，边加钻杆边加接套管。

a、每钻进0.3～0.5m强风吹孔排粉一次，保证孔底清洁，遵循“短进尺、强排渣”的基本原则。

b、每钻进2～3m，提钻检查钎头与冲击器的联接状况、偏心钻头联接机构及锁紧机构状况，更换销子等。

c、当φ178mm套管跟至一定孔深后换φ146mm套管继续跟进，具体施工要求同以上二点。

d、缓慢提升偏心钻具5至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具。

当偏心钻具5可顺利提升时，表明偏心钻头的偏心钻环52已顺利收拢，这时可按照常规方法提升偏心钻具5，直至全部提出偏心钻具5。

有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡住而影响偏心钻环52的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应开动空压机重新对钻孔进行清洗，并使冲击器作短时间工作，然后再进行试提，如此作法直至提出偏心钻具5。

4、在跟管过程中，如遇到大孤石难以穿过时，采用小口径潜孔锤超前钻孔穿过大孤石，为后续跟管钻具钻进提供阶梯临空面，再下入偏心钻具5继续跟管钻进。

5、跟管钻进至预定深度后，即可将偏心钻具5、冲击器、钻杆提升出孔外，换用常规钎头继续钻进直至设计深度。

6、在孔内装入锚索后，在锚索尾端安装延长索，延长索的长度至少超过单节套管的长度，并将延长索自由端固定。以拔管机拔出套管，在拔管过程，每拔出一节套管，则将该节套管拆除，松开延长索自由端的固定，取下该节套管，然后重新将延长索自由端固定，重复以上操作，直至拔出所有的套管。由此方案，便于锚索的安装，且避免在拔管过程中锚索端头落入孔中。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明中记载的技术特征，在不冲突的前提下，能够互相组合使用，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。