360°全回轉套管鉆機清障施工工法探析

延娟娟

摘 要：現代城市在高速發展，隨著建筑可用面積不斷減少，高層及超高層建筑在城市中不斷涌現，但在地下工程施工過程中，經常會遇到障礙物導致施工無法繼續，如果障礙物埋深較淺或體積較小，即可采取人工清除或破碎機進行清除；相反，如果障礙物體積很大又比較深，就需要使用專業清障設備進行清除。工程實踐表明，套管旋轉沉入360°旋轉鉆進，清障安全性能好，無振動、無擾動、無影響，不會對臨近構筑物造成影響，既環保又安全。套管對四周土體及臨近構筑物無影響和擾動，保證了清除地下障礙物和回填的質量。使用該機械清障有效的提高了工程質量，加快施工進度，顯著提高文明施工的標準，在項目上應用效果良好，經過總結后，形成本工法。

關鍵詞：全回轉套管鉆機；清障；施工工法；質量控制

1 工程概況

本工程廈門第二西通道上跨地鐵段圍護結構鉆孔灌注樁在鉆孔勘察過程中發現，整個基坑樁基施工范圍內位置存在較厚的微風化孤石障礙物，嚴重影響樁基施工進度。《上跨地鐵1#線專項施工方案》專家評審意見中明確指出：嚴禁采用炸藥爆破作業施工，灌注樁嚴禁使用沖擊鉆施工。根據本工程特點，考慮到設備的垂直度、刀頭受力均勻程度、刀頭磨損等因素，結合障礙物的特殊性，以及結合業主單位廈門路橋集團，設計單位中交第二公路勘察設計研究院有限公司，重慶中宇工程咨詢監理有限公司J3監理辦多次會議溝通商討后，調查調研咨詢論證結果，最終確定選用引進日本生產的200H型360°全回轉套管鉆機進行地下障礙物的清除。

2 工法特點及適用范圍

2.1 工法特點

（1）精度高。全回轉套管鉆機安放到位后，可通過調整四個支腿油缸使鉆機安放水平，通過鉆機的垂直監視系統或經緯儀確定鉆機的垂直度，確保套管鉆進的垂直度。

（2）安全可靠，對周邊土體擾動小。全回轉清障拔樁施工工法在鋼套管內進行清障拔樁及回填施工，對地下原狀土不破壞或破壞小，對地下土體不產生擾動或產生很小的擾動。由于鋼套管對孔壁的支撐，在鋼套管周邊的土體應力尚未釋放時，就已經將障礙物清除并及時回填，對周邊的構筑物無影響。

（3）施工速度快、質量高，且適用范圍廣泛。該工法可根據工程需要進行各類拔樁清障施工，如各種形式、各種規格、環境復雜、各種難度的舊鉆孔灌注樁、預制樁、預應力管樁、地下殘留舊鋼筋混凝土、塊石等障礙物。

（4）風險小、能夠確保后續工程施工。全回轉清障拔樁施工工法對障礙物進行切割清障或將舊樁完整拔除，一般情況下能順利達到施工目的。即使遇到特殊情況，采用履帶式起重機懸掛小型液壓沖抓斗進入鋼套管內將剩余的斷樁或障礙物抓出，100%確保清障徹底。

（5）節能環保、優質高效。本工法在拔樁的過程中，不會產生任何泥漿，且施工設備低噪音，施工速度快，且能保證施工質量。施工過程中，套管對孔壁起到很好的保護作用，且鉆進過程中，鉆機不產生震動和噪聲，不會對周邊的居民產生干擾，不使用泥漿，避免了泥漿的加工和儲運，作業面干凈。

2.2 適用范圍

本工法適用于沖鑿破碎既有地下障礙物，如果障礙物較大，則需配合使用重錘進行沖鑿，會產生一定程度的振動和噪聲，但不會影響周圍建筑物的基礎，適合于樁基施工及市政明挖基坑施工前的地下障礙清除。其可適用于幾乎所有土質，在風化巖層、卵石層及砂土層及卵石層及砂土層中只需采用相應的鉆挖技術，亦能順利成孔；由于采用了通長套管，在接近已有建筑物時也能施工，特別適合于城區內作業。只要配備相應規格的套管，可以鉆挖多種直徑的樁孔。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

全回轉設備是能夠驅動鋼套管進行360°回轉鉆進，在壓入力和扭矩的共同作用下將套管壓入土層深部，首節套管帶合金刀頭，在鉆進同時切割障礙物。在套管內部重錘對套管內的大體積混凝土障礙物進行破碎，用沖抓斗清除桶內土體和障礙物，抓斗有兩扇可以活動的斗葉，在整個沖抓過程中斗葉在閉合與張開兩種狀態之間轉換，實現破碎和抓取。該設備定位快捷、準確，鉛直精度高，施工速度快，噪音低，無污染，是一種新型的清除地下障礙物施工工法。360全回轉清障工法施工程序如圖l。

3.1.1 施工準備

（1）場地平整及測量放線。對需清障部位進行場地平整，再對軟弱地面進行場地硬化或鋪設鋼板；然后由測量人員對圍護結構放樣，并用明顯的標志做好標記。（2）設備進場。設備開始進場，包括RT200H全回轉套管鉆機主機、套管、液壓動力站、操控室、反力配重、路基板及定位鋼板、沖抓斗、反力叉、楔形錘及十字沖錘等。

3.1.2 鉆機就位

根據鉆孔樁中心位置將鉆機就位，就位過程如下：（1）安放定位鋼板，定位鋼板安放必須平整，且孔位中心與需清障的孔位中心精確重合，定位鋼板的四個定位基點必須全部在路基板的中心，定位鋼板的孔位中心可通過兩根細線確定，安放時與預先測量好的需清障孔位中心重合即可。（2）安放鉆機，鉆機四個支腿全部安放入定位鋼板的四個基點，安放到位后，可通過鉆機的垂直監視系統或經緯儀確定鉆機的垂直度，通過調整四個支腿油缸使鉆機安放水平。（3）液壓泵站就位，并與鉆機液壓系統連接完畢，檢查、調試好設備，并確保各個系統工作正常（啟動前須保證泵站各個系統工作良好，包括油料、冷卻液、油管連接、各閥門等）。（4）安裝鉆機配重架及反力配重，注意反力配重應對稱安放。（5）安裝反力叉，反力叉安裝好后，反力叉遠離鉆機的一端用履帶吊或者挖掘機的履帶頂死，以防鉆機帶載旋轉切削時產生的反力造成鉆機主機旋轉。（6）將已安裝刀具的鉆頭（2m長）與一截6m或4m的套筒連接好后，安放入鉆機。

3.1.3 套管壓入及鉆進

在鉆機就位后，開始進行套管的埋設和鉆進作業。

（1）啟動液壓泵站，將發動機的轉速從低轉速逐步調整至高轉速，鉆機回轉液壓馬達調至0位，啟動夾緊油缸按鈕，確認鉆機夾緊機構已將套管夾緊后，方可啟動回轉驅動系統，回轉馬達初始啟動必須低轉速運行，待回轉阻力穩定且低于設定值時，方可適量調高轉速。

（2）試運轉正常及垂直度修正完成后，開始正式鉆進，正式鉆進同樣是發動機高轉速，鉆機低轉速，壓力、扭矩穩定且未達到設定值時，可適量調整轉速及收縮支腿油缸進行鉆進。一般初始5米以內，鉆機轉速控制在3～5轉/分鐘，旋轉扭矩穩定在額定最大扭矩的30%～50%左右，以確保初始鉆機設備的穩定及鉆進垂直度。

（3）注意事項。施工過程中每節套管壓入的精度都將直接影響鉆孔的施工質量，特別是上部5m范圍的精度最為重要。每節套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機和導向糾偏裝置將套管的垂直度精度調整到要求的范圍內。鉆進過程中隨時利用設備自帶的水平監測系統檢驗套管垂直度，并每孔三次在套管的兩個垂直方向架設經緯儀進行垂直度復核控制。

每節套管連接好并檢查垂直度后，通過全回轉鉆機的回轉裝置使套管進行不小于360°的旋轉，以減少套管與土體的摩擦阻力，并隨即利用套管端部的刀齒切割土體或障礙物，壓入土中，開始正常作業。

3.2 主要工序施工要點

360全回轉工法施工最關鍵的是挖掘推進、連接套管—成孔；回填水泥土，提升套管三道工序，下面分別加以討論。

3.2.1 成孔方法

鉆機水平就位后，將第一節套管立于樁位處，在自重力、夾持機構回轉力及夾持機構壓力的復合作用下，將第一節套管沉入；然后在上邊連接第二節套管。第一、二節套管的垂直度對整個樁孔垂直度起著決定性的作用，只要頭一節套管成垂直狀態，以后的挖掘方法及套管連接方法又適當，后續套管自然成垂直狀態。利用落錘抓斗將套管內的土體抓出孔外，卸在地面上，用裝載機裝入翻斗車運出場外，隨著套管的下沉，不斷連接套管，直至鉆到孔底標高。

3.2.2 拔管及回填

嚴格控制拔管過程與回填過程的配合，確保套管拔管過程安全防護。為防止全套管取出后孔壁塌方，在管內樁體及垃圾全部清除完成后，管內用水泥土回填，邊回填邊拔全套管，直至回填完成，再將全套管全部拔出。操作時要注意：（1）回填深度不宜過大，間距2m一次；（2）回填挖機注意對設備保護；

4 質量控制

4.1 套管垂直度控制

施工過程中，套管下放垂直度要嚴格控制在1/300以內，措施如下。

（1）開始壓入套管時，要確保套管勻速緩慢下沉。（2）在五經路主體結構底板-11.072m以上，套管每壓入2m利用鉆機本身的水平監測系統檢測一次垂直度。（3）在五經路主體結構底板以下時，套管每壓入5m檢測一次垂直度。（4）記錄套管壓入過程中各個時間段內的垂直度數據，通過數據來判斷接下來套管垂直度的變化，指導套管壓入。（5）若發現套管垂直度超過1/300，立刻暫停壓管，上報項目經理部，查找原因并采取措施糾偏。

4.2 偏移量控制

套管壓入過程中，若套管朝五經路地道方向傾斜，應停止施工，拔除套管重新壓入；套管朝五經路地道相反的方向傾斜，偏移量應小于100mm；若偏移量大于100mm，立即停止施工，拔出套管重新壓入。

5 結語

在全回轉施工中，不產生任何泥漿，并且施工設備噪音低，對周邊居民影響較小，在本工程障礙物清理過程中，不論是白天還夜間均進行了清障工作，減少了因障礙物對總工期的影響，與其他施工工法相比，質量高、施工速度、快工期可控，對于工期要求比較緊的工程，適用性很強。此外，大大節約工程施工成本，具有較好的經濟效益和社會效益，為以后城市地下工程的障礙物清理時，提供了可靠的決策依據和技術參考，同時本工法技術將促進地下工程施工技術不斷發展，也將在以后施工中將會得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 袁俊相.全回轉鉆機深層清障結合地下施工工藝探析[J].建筑科技，2017（3）：27～28.