淺談復(fù)合片鉆頭在灌漿工程中鉆孔應(yīng)用

　　灌漿工程中，鉆孔是非常重要的一道工序，鉆孔質(zhì)量直接影響著灌漿質(zhì)量；并且鉆孔成本占灌漿工程成本的30%-40%。這就需重視鉆孔作業(yè)，鉆孔作業(yè)的關(guān)鍵是選擇鉆進(jìn)方法，既要到達(dá)質(zhì)量要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，還要便于操作。鉆進(jìn)方法取決于鉆頭形式的選擇。近年來(lái)，隨著材料和制造工藝方面的發(fā)展，復(fù)合片鉆頭逐漸在灌漿工程中使用，并能滿足質(zhì)量，又經(jīng)濟(jì)，操作易掌握，被鉆探灌漿工逐漸認(rèn)可。
　　1 復(fù)合片鉆頭
　　復(fù)合片鉆頭是采用人造聚晶金剛石制作的復(fù)合片（PDC）作為切削具， 鉆頭體上焊接復(fù)合片而成。復(fù)合片鉆頭是隨著PDC復(fù)合材料的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型鉆頭。
　　1.1 工作原理
　　復(fù)合片鉆頭工作原理：切削。
　　1.2 復(fù)合片鉆頭形式
　　復(fù)合片鉆頭的形式很多，在灌漿工程中，主要采用復(fù)合片取芯鉆頭和復(fù)合片不取芯鉆頭（無(wú)芯鉆頭、或稱全斷面鉆頭）。另外，按鉆頭切削冠部結(jié)構(gòu)分，常用平底式復(fù)合片鉆頭和階梯復(fù)合片鉆頭、拋物線復(fù)合片鉆頭。見(jiàn)下圖A、B、C、D：
　　A、B為復(fù)合片取芯鉆頭，C、D復(fù)合片不取芯鉆頭；A、C為復(fù)合片平底鉆頭，B為復(fù)合片階梯鉆頭， D為拋物線復(fù)合片鉆頭。
　　1.3 復(fù)合片鉆頭規(guī)格
　　按鉆頭直徑劃分：65mm、75mm、94mm、113mm、133mm、153mm。灌漿工程中鉆孔直徑主要采用59mm、75mm、94mm，對(duì)于復(fù)合片取心鉆頭直徑，有的產(chǎn)品與金剛石鉆頭相適應(yīng)，采用59mm、75mm、91mm。
　　1.4 適用范圍
　　最初，復(fù)合片鉆頭鉆頭只被用于軟頁(yè)巖地層中，后發(fā)展用于灰?guī)r、粘土巖、粉砂巖、砂巖等軟、中硬地層的鉆進(jìn)，與一般的鉆頭相比，特別是鉆進(jìn)軟巖層，效果尤為顯著；新型復(fù)合片可以應(yīng)用到十級(jí)硬度的巖層，石英巖、玄武巖、堅(jiān)固的礫巖、堅(jiān)固的砂巖、石灰?guī)r都可以使用。
　　砂卵石地層中，不宜使用復(fù)合片鉆頭，因?yàn)樵谏奥咽貙又袠O易造成鉆頭崩片、掉片。
　　1.5 鉆進(jìn)參數(shù)
　　鉆壓：復(fù)合片鉆頭鉆壓按每片復(fù)合片施加1kN～1.5kN計(jì)算。高轉(zhuǎn)速時(shí)，鉆壓也可采用同徑金剛石孕鑲鉆頭鉆壓（如75mm孕鑲鉆頭鉆壓為8～12kN）1/3左右的低壓。復(fù)雜地層或軟巖層中鉆壓根據(jù)實(shí)際情況還可以降低，降低到0.8～1.0kN。
　　轉(zhuǎn)速：復(fù)合片鉆頭的線速度為0.6m/s～1.5m/s。根據(jù)巖石情況，可低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，如91mm鉆頭轉(zhuǎn)速為150-200轉(zhuǎn)/min。鉆頭直徑越小，轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)變快。
　　泵量：根據(jù)地層和鉆頭直徑選擇30～80L/min。
　　2 工程應(yīng)用
　　復(fù)合片鉆頭在陜西鴨兒溝水庫(kù)二期灌漿工程、貴州黔中大壩灌漿等工程中已經(jīng)或正在使用，均取得了好的效果。
　　2.1 復(fù)合片鉆頭在貴州黔中大壩灌漿工程應(yīng)用
　　黔中大壩基礎(chǔ)主要為灰?guī)r，為中硬地層，趾板帷幕兩排，排距1m，孔距3m，1200m高程以下孔深多為100m左右。
　　開(kāi)始采用孕鑲金剛石鉆進(jìn)，一方面由于該地層巖石研磨性較強(qiáng)，另一方面由于部分鉆頭只在胎體表層有金剛石微粒，鉆頭存在質(zhì)量問(wèn)題，使得一般鉆進(jìn)10-40m鉆頭就報(bào)廢。后在第三單元改用復(fù)合片鉆頭進(jìn)行鉆孔，經(jīng)過(guò)該單元18個(gè)孔的施工，鉆進(jìn)效率與孕鑲金剛石鉆進(jìn)效率接近，沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)；但鉆頭消耗量明顯降低，復(fù)合片鉆頭一般鉆150m左右消耗一個(gè)，每個(gè)鉆頭500-800元，平均4.3元/m，而孕鑲金剛石鉆頭270-380元/個(gè)，平均13.0元/m，相比使用復(fù)合片鉆頭是相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的。
　　鉆孔質(zhì)量評(píng)價(jià)主要有：孔位、孔向、孔徑、孔深。其中，孔位是按放樣的孔位開(kāi)孔鉆進(jìn)，保證孔位偏差符合要求；孔徑是按鉆孔結(jié)構(gòu)要求，采用的鉆頭直徑就為實(shí)際孔徑；孔深按按要求的深度鉆進(jìn)，并采用測(cè)繩進(jìn)行測(cè)量；孔向是按要求的角度進(jìn)行鉆進(jìn)，控制指標(biāo)為實(shí)際孔底與設(shè)計(jì)孔底之間的偏差值，即孔底偏差（孔斜），是鉆孔質(zhì)量評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
　　孔底偏差經(jīng)過(guò)鉆孔孔斜測(cè)量，最小孔底偏差為0.30m，最大為1.32m。質(zhì)量要求：孔底偏差不大于1.5m。通過(guò)18個(gè)孔的施工，鉆孔質(zhì)量均滿足要求，說(shuō)明復(fù)合片鉆頭適用于該地層，在孔斜方面能保證鉆孔質(zhì)量。
　　2.2 復(fù)合片鉆頭在陜西鴨兒溝水庫(kù)二期灌漿工程應(yīng)用
　　鴨兒溝水庫(kù)基礎(chǔ)主要為泥巖，巖石屬于軟巖。開(kāi)始采用XY-2PC地質(zhì)鉆機(jī)配硬質(zhì)合金鉆頭或孕鑲金剛石鉆進(jìn)，雖然是軟巖，但鉆進(jìn)效率特低，5m灌漿段需要4小時(shí)左右。
　　后改用陜西乾縣一個(gè)鉆頭廠生產(chǎn)的復(fù)合片鉆頭進(jìn)行鉆孔，主要采用75mm孔徑。轉(zhuǎn)速采用三檔，轉(zhuǎn)速298轉(zhuǎn)/min（采用四檔后，鉆具穩(wěn)定性變差），鉆壓1.0kN，泵量60L/min，5m灌漿段需要鉆進(jìn)1.5小時(shí)左右，效率提高了2.6倍。
　　另外，復(fù)合片鉆頭在泥巖中十分耐用，記得2200多米消耗了4個(gè)鉆頭，還是鉆頭復(fù)合片掉片造成鉆頭報(bào)廢。在該工程中，采用復(fù)合片鉆頭鉆孔是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。
　　3 操作
　　經(jīng)過(guò)上述工程的應(yīng)用，在操作上有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：
　　3.1 便于操作
　　復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)可參照金剛石鉆進(jìn)要求進(jìn)行施工，但比金剛石鉆進(jìn)的要求低些，便于司鉆掌握操作。
　　在不同地層中，采用的鉆進(jìn)參數(shù)范圍較大，如轉(zhuǎn)速，可低速鉆進(jìn)，巖石條件好時(shí)，可采用較高的轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉆進(jìn)。
　　采用復(fù)合片不取芯鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆頭壽命長(zhǎng)，可以連續(xù)鉆進(jìn)，減少提、下鉆工作，大大減少了勞作強(qiáng)度，既經(jīng)濟(jì)又操作方便。 　　3.2 操作要點(diǎn)措施
　　1）改善鉆具穩(wěn)定性的措施
　?。?）使用直的機(jī)上鉆桿，輕便水龍頭和輕型高壓膠管；
　?。?）鉆具、鉆桿彎曲度不要超過(guò)規(guī)定要求，連接后的同心度要好；
　?。?）鉆壓與轉(zhuǎn)速要適當(dāng)，不要盲目提高鉆壓或轉(zhuǎn)速。
　　2）預(yù)防燒鉆的措施
　?。?）保證鉆具水路暢通，孔內(nèi)水量滿足鉆具潤(rùn)滑作用；
　?。?）每次下鉆，不得將鉆具直接下到孔底，在接上機(jī)上主動(dòng)鉆桿后開(kāi)泵送水，然后慢慢下到孔底；
　?。?）在軟硬互層或遇軟弱夾層時(shí)，增大泵量鉆進(jìn)；
　　（4）嚴(yán)禁用復(fù)合片鉆頭進(jìn)行干鉆。
　　3）避免鉆頭非正常損壞的措施
　　（1）孔底保持清潔，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有金屬塊、脫落巖心及孔壁掉塊時(shí)采用沖、撈、抓、磨、等方法加以清除，防止磕掉復(fù)合片；
　?。?）鉆具通過(guò)換徑、探頭石、孔壁掉塊等部位以及在斜孔和干孔中下鉆時(shí)，必須放慢下降速度，防止磕掉、墩掉復(fù)合片；
　?。?）地層由硬變軟時(shí)應(yīng)減壓并控制鉆進(jìn)速度。
　　3.3 注意事項(xiàng)
　　1）做好復(fù)合片鉆頭的選型，更好發(fā)揮其高效作用。
　　2）規(guī)范操作，鉆頭仍發(fā)生復(fù)合片掉片，則是復(fù)合片焊接問(wèn)題，應(yīng)購(gòu)置質(zhì)量合格的復(fù)合片鉆頭。
　　3）在軟巖中鉆進(jìn)，盡量采用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速，大泵量進(jìn)行鉆進(jìn)。在硬巖中鉆進(jìn)，盡量采用較高的鉆壓，高轉(zhuǎn)速，泵量適量進(jìn)行鉆進(jìn)，但要保證鉆孔巖粉充分清洗和鉆頭充分冷卻。
　　4）根據(jù)地層，要及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，防止采用固定參數(shù)鉆至終孔，使鉆進(jìn)參數(shù)盡量與地層匹配合理，這樣既能提高鉆孔質(zhì)量，又能提高鉆孔效率。
　　5）提鉆后，加強(qiáng)對(duì)復(fù)合片鉆頭磨損檢查分析，判斷孔內(nèi)情況，查找非正常磨損原因，并采取調(diào)整措施，減少鉆頭非正常磨損。
　　6）采用復(fù)合片不取芯鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，加強(qiáng)孔斜測(cè)量，同時(shí)司鉆要精細(xì)操作，防止巖層變化處發(fā)生孔斜變化過(guò)大。
　　4 結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)不同工程的應(yīng)用，采用復(fù)合片鉆頭鉆孔，有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　4.1 適用不同硬度的巖石，使用范圍廣，完全滿足鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
　　4.2 復(fù)合片鉆頭具有超強(qiáng)的耐磨性，使用壽命比其他鉆頭長(zhǎng)（耐用、經(jīng)濟(jì)）
　　4.3 復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)便于司鉆掌握操作，并且操作方便
　　復(fù)合片鉆頭具有上述鉆孔質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、便于操作的優(yōu)點(diǎn)，因此在灌漿工程鉆孔施工中，復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)是值得推廣的一種鉆進(jìn)方法。