桩基础施工新技术专题讲座(二十二)上

瞄链桩施工图

发展概况

气动潜孔锤有时也称气动锤、空气锤、气动潜孔冲击器等，发明应用于20世纪初，20世纪30年代中期开始发展，后经不断改进和完善，先后在一些工业发达国家得到广泛应用。20世纪40年代末，气动冲击旋转钻进出现在采矿工业中，到50年代末期已开始用于深井钻进。20世纪80年代，国外开始研究贯通式潜孔锤及全孔反循环钻进工艺方法。在欧美气动钻进中遇到硬岩层和卵砾石层时几乎95%以上都是采用气动潜孔锤钻进。理论和实践证明：在硬岩地层和软硬交错地层采用气动潜孔锤钻井技术，可大幅度提高钻井效率，防止井眼弯曲，减轻钻具和钻头磨损，减少井内事故，缩短施工周期，降低钻井成本，是目前解决硬岩钻进难题最有效的方法之一，具有广泛的应用前景。

国产气动潜孔锤的使用已有50余年的历史，自20世纪60年代以来，气动潜孔锤钻进技术发展迅速，应用领域不断拓宽，从初始的爆破孔施工，逐步发展到水文水井钻凿、地质岩心勘探、水库坝基帷幕灌浆、工程地质勘察、非开挖管线铺设、建筑基础及岩土工程等几乎所有钻孔施工领域。

国内先后研究和生产气动潜孔锤的单位有：吉林大学建设工程学院(原长春地质学院、长春科技大学)，中国地质科学院勘探技术研究所，长沙矿山研究院、长沙天和钻具机械有限公司、浙江嘉兴冶金机械厂，宣化、蚌埠、沈阳、通化风动工具厂，无锡钻探工具厂，本溪、太原矿山机械厂，上海探矿机械厂，宣化英格索兰矿山工程机械有限公司等。20世纪90年代，吉林大学研制了单体大直径反循环贯通式潜孔锤和组合式大直径潜孔锤钻具系统。

近年来国内外气动潜孔锤结构及其钻进工艺上的发展趋势主要表现在以下方面：①从有阀式发展到无阀式。无阀式气动潜孔锤对气压适应性强，耗气量低。②有效长度更短、结构更简单、寿命更长。③单次冲击功由小向大发展。④钻进深度由浅向深发展，钻孔直径由小向大发展。⑤将多个单体气动潜孔锤组成集束式气动潜孔锤用于大直径钻进。⑥与多种钻孔工艺相结合。⑦应用领域更加广泛。⑧发展贯通式气动潜孔锤，集潜孔锤碎岩、冲洗介质反循环、钻进中连续取心(样)三项技术于一体的钻进技术。⑨采用计算机仿真研究潜孔锤。仿真电算揭示潜孔锤动力过程，找出配气参数、结构参数等主要因素对潜孔锤工作性能的影响规律，替代传统的实验法、经验法和类比法，实现潜孔锤参数的优化设计。

气动潜孔锤反循环钻进与气动潜孔锤正循环钻进比较

潜孔锤传统工艺方法为正循环钻进，压缩空气经钻杆内孔道传输给潜孔锤，驱动潜孔锤作功。排出的废气经钻头排气孔排出，冲洗孔底，冷却钻头，携带岩渣屑沿孔壁与钻杆之间的环状间隙上返至地表，完成正循环钻进过程。潜孔锤正循环钻进时，高速气流冲刷孔壁，不利于孔壁的稳定；气流排出孔口造成粉尘污染，不利于环保。一般情况下，当钻孔直径大于200 mm时，用于驱动潜孔锤作功的供气量小于正常排渣所需的空气量，孔内排屑成为难题，限制了潜孔锤钻进技术多领域、大面积的推广应用。

潜孔锤反循环钻进，钻杆采用双通道，压缩空气由双壁钻杆环状通道输入，经潜孔锤作功后的废气携带孔底的岩渣屑进入双壁钻杆中心通道上返至地表。潜孔锤反循环钻进有以下几方面特点：

压缩空气和上返流体介质均在封闭的双壁钻具内输运，避免了与孔壁的接触和对孔壁的冲刷，有利于孔壁的稳定，对复杂、漏失、破碎地层有独特的效果。

上返的流体介质沿双臂钻杆中心通道输运，中心通道的直径及断面积是设计时确定的，上返流速不受孔径变化的影响，从而保证足够大的上返流速（一般大于30m/s），从根本上解决了较大直径钻孔岩渣屑难以排出的工程难题。

潜孔锤正循环钻进时，由于是全断面钻进时，不会产生柱状岩芯。若采用岩芯管取芯钻进，也只能提钻取芯，与潜孔锤高速钻进不相匹配。贯通式潜孔锤配用双壁钻杆实施全孔反循环连续取芯钻进新工艺，钻进中产生的柱状岩芯在高速上返气流的托举下顺利输送至地表，实现了潜孔锤高效钻进与取芯同步进行。由于岩芯及岩渣屑被钻头克取后便直接进入钻具的中心通道内，不与孔壁接触，其岩芯样品质优良，采取率高。

潜孔锤正循环作业时，孔内排出的气流携带着渣屑由孔口喷出，粉尘弥漫，影响作业，污染环境，不利于环保。潜孔锤反循环钻进，岩渣屑及岩芯沿排渣管定向排出，易于收集与除尘，有利于环境保护。(待续)

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