邊坡治理工程

施工損壞鉆具原因與對策

　　我公司自2001年開始進入邊坡治理工程施工以來，先后承接了十幾項邊坡治

理工程。為了保證施工任務的順利完成，據不完全統計先后購進了30型鉆機5臺，

50型鉆機2臺，100D型鉆機8臺，100B型鉆機5臺，購入各種規格鉆桿1500多米，沖

擊器120多臺，釬頭180多個，相應的過度接頭近220個。在這些鉆具的保證下絕大

部分工程都完成了任務，有的在施工中得到了好評。但在施工中鉆具損失驚人，

據不完全統計，到目前為止，在施工中損失鉆桿400多根，沖擊器掉入孔中無法取

出的900多臺，間接的損失難以統計。跟管損失也很大，斷管現象嚴重，給公司造

成的經濟損失很大，教訓相當深刻。我們必須總結經驗和教訓，從中找到切實可

行的對策，以便使今后的邊坡治理工程施工順利，盡量避免出現掉沖擊器和斷鉆

桿問題，加快施工速度，為公司創造更多的經濟效益。

1鉆具損失的原因

1.1地質條件不良

　　邊坡治理工程都是在出現地質災害后設計的，所以產生地質災害，其主要原

因是地質條件太差，巖體軟弱破碎，構造十分發育，經過滑坡之后，巖體松動，

張開裂隙縱橫分布，在石灰巖中還存在溶洞。各滑坡體的巖性、成因也不盡相

同，有的是在施工過程中古滑坡體的復活；有的是坡體陡峭，巖石軟弱破碎，在

切坡腳時坡體失穩，產生新的滑坡；有的是坡積層很厚，在削坡腳時產生滑坡。

不管是那種形式的滑坡，其成因都有地下水的作用，水對坡體的滑動層是一種潤

滑劑，對坡體滑動起促進作用，在滑體中大多都存在較大裂縫，有的裂縫有充

填，一般為土夾碎石或碎石夾土，有的裂縫無充填物。綜上所述滑體的地質情況

相當復雜，給造孔工作帶來了很大困難，往往容易損失或丟失鉆具（鉆桿和沖擊

器），這是客觀存在的現象，但不是絕對的，我們在施工中通過鉆孔可以了解客

觀，認識客觀，從中悟出改造客觀的有效方法，經過主觀努力完全可以找到鉆孔

的規律，減少或避免過多損壞鉆具的問題。

1.2鉆桿質量問題

　　1.2.1開始施工時，為了及時進場，幾批鉆桿都是在市場上購買的，這些鉆桿

的壁薄，公絲與母絲都是焊接的，且公絲和母絲都是經調直后加工的，未經過熱

處理。到工地后自己用A3鋼板焊接成麻花葉片的，葉片直徑幾乎與鉆孔直徑相

同，葉片螺距較小，加工形狀不規整，加之用100B鉆機，鉆桿的摩阻力相當大，

鉆桿斷裂經常發生，基本上未成幾個孔，沖擊器損失很多，致使鉆孔作業一時受

阻。

　　1.2.2自己加工鉆桿，第一、二批鉆桿加工方法同前，只是葉片加工比較規

整，但沒有解決接頭焊接問題，這些鉆桿又不能正常使用；第三批自行設計后委

托專業廠家加工的，并將公絲的一端擰入鉆桿體內，取消了焊接；這批鉆桿使用

時間較長，大部分孔都是這批鉆桿施工的。

　　1.2.3在專業加工廠加工的φ73麻花鉆桿，其加工方法也不適用于在不良地質條

件下使用的，公絲母絲都是在調直后加工的，然后插入鉆桿本體內，采用打孔插

入銷釘，并把銷釘焊在孔內，接頭的連接處采用焊接，采用這種方法加工的鉆桿

至少有2～3批，結果鉆桿大部分都斷在公絲的焊接處，少數斷在公絲的根部和母

絲的焊口處，其原因是焊口與銷釘不同時受力，首先是焊口受力，焊口是不能承

受很大扭矩的，銷釘孔必然產生應力集中，破壞了鉆桿的本身強度。因此致使這

批鉆桿損壞嚴重。

　　1.2.4在昆明加工的φ73麻花鉆桿，母絲仍然用焊接，公絲采用螺紋與鉆桿本體

相接，然后在接口處焊接。但因鉆桿不可能擰得非常牢靠，在使用中焊口開裂，

加之用的釬頭直徑偏小，麻花葉片被嚴重磨損，返回廠后又重新加工葉片，且在

公絲接頭處加了焊接銷，仍然未解決根本問題，多數都在焊接處裂斷。

1.3跟管鉆進的利弊

　　目前在破碎巖層中鉆孔，在通常方法不能成孔時，往往采用偏心跟管鉆進。

跟管鉆進的利在于不塌孔，很少出現卡鉆現象，但這樣跟管的弊端也突出。一是

這種跟管法的摩阻力很大，消耗了不少動能，削弱了釬頭的破巖功率。二是跟管

接頭非常薄弱，經常在絲扣處斷裂，有的也在管靴處斷裂，致使跟管作業半途而

廢。三是作業速度慢，主要是裝卸管花費的時間太多，進度相對較慢。四是鉆孔

較深，跟管往往不能到底，有時跟到底又拔不出來。

　　上述這些問題在水電站邊坡施工時都遇到過，跟管作業僅成了4個孔，后來放

棄了跟管方法。

1.4操作方法問題

　　公司錄用的鉆工，絕大部分人都沒有經過專門的技術培訓，都是學中干，干

中學，加之文化水平偏低，對所使用的機械性能沒有進行深入細致的了解，都是

憑自我感覺來操作，不嚴格按操作規程進行施工，其表現如下：

1.4.1施工初期采用100B型鉆機，遇到卡鉆現象時，采用頻繁的正反轉來處理，以

為正轉卡住反轉就能解卡。其實不然，我們使用的是麻花鉆桿，其鉆桿本身的阻

力就相當大，鉆桿是多節結合體，反轉只能在某節的接頭處松動，根本解決不了

卡鉆問題，在鉆進過程中要絕對禁止反轉。頻繁正反轉的結果，必然對絲扣造成

磨損，長此下去就會把絲扣磨壞，造成掉沖擊器問題的發生。

1.4.2鉆桿推力過大

　　在施工過程中，工人為了追求鉆孔速度，往往都加大鉆桿的推力，以為這樣

進尺快，這是不正確的想法。在鉆進過程中必須根據地質情況來選擇鉆桿推力

（鉆壓），合適的推力可以提高鉆進的速度，一般情況下，在比較完整堅硬的巖

層中鉆孔要適當提高推力，相反在比較破碎軟弱的巖層中，特別是在有裂隙破碎

帶的巖層中鉆孔，必須適當減少推力，否則推力過大，遇到嚴重卡鉆時就無足夠

的后退力，結果既是轉不動，也退不出來，最后把鉆桿弄斷，丟掉沖擊器。鉆桿

推力過大會造成偏孔現象，尤其在孔中巖石軟硬不均時更為突出。所以在鉆孔過

程中鉆桿的推力始終不能太大，要留有余地。

1.4.3鉆機轉速選擇不當

　　我們現有的各種鉆機，除100D型鉆機以外，其他鉆機都能調節轉速。100B鉆

機是用進氣量（風壓一定）來調節的，30型鉆機是用油壓來調節的，50型鉆機是

用檔位來調節的。在施工過程中，必須根據巖層情況來正確選擇轉速，通常情況

下，巖體堅硬完整性好時，鉆機的轉速要低一些，這樣鑿出的巖粉細，便于排

渣，在巖體比較軟弱破碎時，鉆機的轉速要適當高一些（不能使用最高轉速），

有利于麻花鉆桿排渣，遇到卡鉆時可以用低轉速來處理卡鉆問題，因為轉速和扭

矩是成反比的，轉速越高扭矩越小，轉速越低扭矩越大。另外轉速高破出的巖粉

粗，轉速低破出的巖粉細，在軟弱破碎的巖層中，特別是堅硬破碎的巖層中鉆孔

要正確選擇轉速，不能過低，也不能過高，必須適當。如果扭矩太大，一旦發生

卡鉆時，將很難處理，給掉沖擊器造成了機會。

1.4.4裝卸鉆桿和油管不嚴格按操作規程辦

　　在施工過程中，為了方便，接鉆桿時絲扣不涂油，不先擰入幾扣，而是用鉆

機將鉆桿硬擰入，對鉆桿絲扣的磨損嚴重，長此下去絲扣必然過早損壞，造成掉

鉆桿和沖擊器的可能性。卸掉的鉆桿到處亂扔，不按規定擺放整齊有序。卸掉的

油管端頭不封堵保護，致使塵土甚至砂粒進入油管內，對油泵損壞極大，一臺油

泵用不了多長時間壓力劇減，油泵報廢；油管不封堵，液壓油浪費大，裝卸油管

有打彎時存在硬拉現象，致使油管破裂。

1.4.5在鉆進過程中眼睛不盯著鉆機進行操作

　　在鉆進過程中，操作手的眼睛要始終看鉆進情況，以便及時發現問題：進尺

突然加快，不進尺，卡鉆，并能根據具體情況，及時采取正確的方法處理，當遇

到突然進尺加快，可能遇到軟弱破碎帶或大裂縫，這時要減少推力，反復排渣，

避免出現卡鉆現象，防止掉沖擊器；當遇到不進時，可能是沖擊器不工作，或遇

到什么障礙,也必須判明情況及時處理；當遇到卡鉆時，要加強排渣，前后拉動鉆

桿，直到不卡鉆時再正常鉆進，實在不好處理時，可適當加大扭矩和提拔力，慢

慢進行處理，直到解決問題為止。

1.4.6對鉆具檢查保養不及時

　　對于我們的操作手來說，只要鉆機能打孔就繼續使用，很少對鉆機各個部位

進行檢查，這樣就使本來是小毛病，因不及時檢查維護，最后變成大毛病，致使

鉆機無法使用。對一個鉆機操作手來說，必須時時刻刻注意鉆機的各個部位。緊

固螺絲松動要馬上擰緊，該注油涂油的部位要及時涂油和注油，這樣可以延長鉆

機的使用壽命，不致于過早的損壞鉆機，對于鉆桿也要在使用前檢查好，發現螺

紋磨損嚴重，有脫扣可能的鉆桿，有裂紋的鉆桿必須剔除，不能與好的鉆桿放在

一起，免得一根鉆桿不好，造成其他鉆桿掉在孔中。

1.5缺少鉆桿打撈工具

　　進入邊坡治理工程施工快5年了，我們的鉆桿都是自己加工的，鉆桿的中孔直

徑均為φ20左右，而工地現有的打撈工具的尺寸與現有的鉆桿不配，掉了鉆桿就無

法打撈。結果是孔淺一點的就用人工開挖取沖擊器和鉆桿，孔深了或不具備開挖

條件的，只好把鉆桿和沖擊器丟在孔中。如果有相應的打撈工具，就不會丟那么

多鉆桿和沖擊器。為此我們要在有加工能力的廠家及時加工鉆桿的打撈器。

2目前國內加工麻花鉆桿的方法和存在的問題

2.1麻花鉆桿的加工方法

2.1.1φ54以下麻花鉆桿的加工方法

　　首先加工公絲與母絲接頭，在加工之前先把材料調直，其硬度≥HRC28。焊

接方法有兩種；一種是坡口焊接，即將接頭的焊接處和鉆桿本身的焊接處均車成

邊口，然后將接頭和鉆桿本體對齊，在焊口周圍均勻焊接，這種方法簡單易行，

采用的比較多。另一種是采用摩擦焊接法，該法的焊接質量要好于對焊。焊接后

再在鉆桿本體上焊麻花葉片，麻花葉片的加工方法有兩種；一種是在鋼板上切割

同心圓環片，然后把圓環片切一個口子，在燒紅狀態下拉成螺旋葉片，然后把一

個個螺旋葉片焊在鉆桿本體上。另一種方法是把鋼板切成帶狀板條，在鉆桿本體

上車成螺旋線，然后把帶狀板條沿螺旋線焊在鉆桿本體上，其方法是在焊接時用

乙炔把板條燒紅，沿鉆桿本體的螺旋線逐漸焊接。這種方法要好與前種方法，焊

出的葉片規整，位置準確，葉片的接頭很少。

2.1.2φ73以上麻花鉆桿的加工方法

　　這種鉆桿的直徑較大，首先加工公絲與母絲接頭，同時在鉆桿本體兩端上加

工出梯形母絲，公絲接頭一端加工成錐形螺紋，另一端加工成與鉆桿本體相配的

梯形公螺紋，再將接頭裝入鉆桿本體上，接口處采用焊接，有的還在接頭處裝上

焊接銷；母絲接頭一端加工成錐形母絲，另一端加工成梯形公螺紋，連接方法與

公螺紋接頭相同，接頭加工前也是先調直，其硬度≥HRC28。焊完接頭之后再焊

麻花葉片，加工方法與φ54鉆桿相同。

2.2麻花鉆桿存在的問題

　　麻花鉆桿主要應用在破碎巖層中鉆孔，加上麻花葉片以后，鉆桿的摩阻力相

當大，鉆桿本身要承受特別大的扭矩。所以用上述方法加工的鉆桿存在如下問

題：

2.2.1在大量的工程實踐中發現鉆桿的公絲接頭壞的約占90%，斷裂部位都是在焊縫

附近，個別斷在公絲的根部，母絲斷的相對較少，其斷裂部位也在焊縫附近，其

原因是焊接后，焊縫附近的材料晶體組織產生變化，易脆斷。

2.2.2焊接銷沒有起好的作用，斷裂的鉆桿大都在焊接銷處開裂，其原因是在鉆桿

接頭處鉆孔，必然產生應力集中現象，在動扭矩的長期反復作用下，首先在孔邊

產生小裂紋，裂紋很快發展，致使鉆桿接頭斷裂。

2.2.3接頭沒有進行熱處理，僅在加工前調直，接頭螺紋的表面硬度不夠，在使用

中螺紋易磨損。

3在今后的施工中應采取的對策

　　大量的工程實踐表明，國內生產的鉆桿質量不能滿足工程需要，我們深受其

害，既造成了經濟損失又影響了工程進度。為此，我們必須采取切實可行的有利

措施，徹底解決此類問題，再不能從市場上和廠家直接購買鉆桿，必須自己加

工。

3.1麻花鉆桿的加工方法

3.1.1選擇優質無縫厚壁的無縫鋼管作為鉆桿材料。目前國內可用的鋼材有：R780

和D40厚壁鋼管，如果有條件可選用國外的優質鋼材。鉆桿鋼材的力學性能要好，

特別是抗扭強度要高，抗疲勞強度要好。

3.1.2加工方法

　　(1)φ54鉆桿壁厚不小于6mm，取消接頭焊接法，其做法如下：首先把鉆桿兩端

墩粗，在墩粗時僅讓內孔縮小，外徑可增加5mm左右，加工公絲端的內孔要縮到

φ20，加工母絲端內孔縮到φ25左右，然后再加工公絲和母絲梯形螺紋，除掉螺紋

深度后，管壁厚不得小于8mm，在鉆桿本體上車出螺旋線，采用16Mn鋼條帶板材

焊麻花葉片，板材厚6～8mm，螺距10～12mm，葉片直徑要比鉆孔直徑小2～

2.5cm，焊麻花葉片前，先在鉆桿上車出螺旋線，加工完后進行熱處理（僅是螺紋

部分，最好是表面熱處理），硬度為HRC36左右。

　　(2)φ73以上麻花鉆桿采用半整體加工方法，管壁厚不得小于8mm，兩端都要墩

粗，然后在鉆桿的一端加工成錐形母螺紋（除掉螺紋深度后，管壁厚不得小于

10mm），另一端加工成梯形母螺紋（除掉螺紋深度后，管壁厚不得小于10mm），

管內要留有臺階，臺階的寬度不小于10mm，螺紋的長度不小于錨桿外徑。然后按

φ54鉆桿麻花葉片加工方法焊上葉片，最后對兩端螺紋進行熱處理，硬度HRC36。

采用40Cr棒材加工公絲接頭，一端加工成錐形公螺紋，另一端加工成梯形公螺

紋。其長度要比鉆桿上的梯形母螺紋長10～20絲，加工后進行熱處理，硬度與本

體上的相同，把這個接頭擰在鉆桿本體上即可，接口處不許焊接。

3.2對鉆機操作手進行嚴格培訓

　　我公司現在的操作手都沒有經過嚴格培訓，在施工中養成一些孤僻動作，對

鉆具威脅很大。即造成經濟損失又嚴重影響了施工進度，因此必須下決心培養鉆

機操作手。

3.2.1鉆機操作手的選擇對象

　　鉆機操作手的文化程度必須在初中以上，頭腦比較靈活，好學上進，有一定

鉆研精神，身體健康，年齡18～25歲（有鉆孔經驗的年齡可在35～40歲之間），

有耐性，吃苦耐勞，作風樸實。

3.2.2培訓內容

　　(1)100D、100B、30型、50型等鉆機的構造，工作原理，操作方法，操作規

程，鉆機和沖擊器的維護和保養。

　　(2)卡鉆原因及處理方法

　　(3)目前國內在不良地質條件下的鉆孔方法

　　培訓后要對操作手進行考核，筆試與實際操作，合格者錄用并發上崗證，今

后無上崗證的不得操作鉆機。

3.3加工一批打撈鉆桿的工具

　　目前市場上出售的打撈工具，在我們使用的鉆桿上都用不上，所以我們要開

發研制一些適合自己使用的鉆桿打撈工具，以備鉆桿斷裂后在孔中打撈鉆桿，減

少鉆桿的損失，保證鉆孔施工的順利進行。

3.4開發和研制旋轉套管鉆進鉆機

3.4.1目前國內的套管鉆進方法及存在的問題

　　目前國內現有的套管鉆進設備都是偏心鉆頭跟管，套管都是由偏心鉆頭帶進

孔中的，這種跟進方法是被動的，既消耗沖擊器的沖擊功，摩阻力又大，加之采

用的鋼管質量和加工方法的問題，在作業過程中經常斷管，鉆進過程中裝卸管速

度很慢，應用起來問題較多，所以這種方法沒有大面積推廣起來。

3.4.2開發同心旋轉跟管鉆機

　　為了徹底克服國內現有跟管鉆進方法的弊端，我們必須下決心研制同心旋轉

跟管鉆機，這種鉆機也采用偏心鉆頭，且大鉆頭前有一個小鉆頭（大小鉆頭為一

體），小鉆頭始終在孔的中心上，這樣能比較好的保持鉆孔的方向，起定位作

用，大鉆頭擴孔。套管的前端為一空心鉆頭，起切削孔壁巖石作用，套管本身是

旋轉的，這樣可克服摩阻力，鉆后便于拔管，鉆桿采用光面鉆桿，既便于排渣又

減少了摩阻力。

3.5進一步研究鉆孔注漿方法

3.5.1對目前采用的鉆孔方法進行分析研究，現用的方法比較粗糙，一般都聽鉆機

操作手的，他們說在什么地方注漿就在什么地方注漿。注漿的材料配比掌握得不

準確，基本是自由注漿。漿液的固化時間長，在孔中加熱也沒有掌握熟練。為此

必須對注漿手進行培訓，使他們能熟練操作，提高注漿質量和效果。

3.5.2購買潛孔電視設備

　　有這種設備可詳細探察鉆孔情況，提供準確的注漿位置，另是能詳細了解孔

內的大裂縫情況，給采取措施提供了可靠的依據。

3.5.3研究封堵裂縫的有效方法

　　在錨索鉆孔施工中經常遇到較大裂縫，使注漿量大得驚人，既廢材料又影響

工期，為了解決這一難題，必須著手研究封堵裂縫的有效方法，以便減少注漿

量，加快施工進度。根據目前掌握的資料，可用發泡保溫材料進行封堵，然后掃

孔，再用潛孔電視檢查封堵效果，無問題時再推送錨索，而后注漿。

3.5.4孔內加熱固化是提高固化速度的有效方法

　　鉆孔注漿固化時間較長，一般都在8h以上，其原因是孔內溫度較低，一般為

15°～16°之間，低恒溫。溫度低是材料固化慢的根本原因，即使加了早強材料

（三乙醇胺、水玻璃）在這種溫度下固化也比較慢，也是因為溫度低，再者是早

強劑注入孔后比例嚴重失調，早強劑在壓力作用下大部分被擠到巖縫中。為了徹

底解決這個問題，必須解決孔內加熱的問題，如果解決得好可不摻早強劑。如果

注漿材料的強度比較高，能夠把孔壁碎石固牢，有可能采用光面鉆桿打孔。

四、結束語

　　上述分析研究是筆者根據大量工程實踐所得，所采取的實際對策也是從實踐

中得出來的，且有的也是在實踐檢驗中證明都是有效的，有的方法雖未在實踐中

應用，但思路是對的，所提到的幾種新設備（潛孔電視、旋轉套管鉆機）有的在

國內應用多年（潛孔電視），有的在國外早有應用，效果都是比較明顯的?？山?/FONT>

研制為我所用。