大位移井钻井技术（大口径专用工程井及特殊钻井）

一、发展与应用范围

地下连续墙钻井，就是多个单井连续成槽，多槽连续成墙，地下连续墙在工程界使用广泛，如防渗墙，挡土墙、水下建筑防掏墙，地下铁道两壁，以及大直径井的井壁等方面。

地下连续墙最早使用时由意大利依柯斯公司，于1950年用抓斗式钻机，建造了第一道水库地下连续防渗墙。

二十年后在欧洲已形成了一种很普通的施工方法，由于这种方法具有很大的优越性，已完全取得工程界的信赖，目前不仅大型工程，就是规模不大的高层建筑，也多采取这种施工方法，如广州市有名的白天鹅饭店等。

它已发展到下述工程领域。

1.地下油库、蓄水池，污水处理工程的挡土墙；

2.地下建筑，火车站、商店，铁路，公路停车场及建筑物挡土墙；

3.输水管道竖坑挡土墙；

4.水库地下连续防渗墙；

5.立交桥底层的挡土墙。

总之，凡是深埋地下需要开挖的工程，都可以事先筑好地下连续墙，在开挖时坑壁是垂直的，不渗水，减少开挖量及施工占用面积，同时墙已构成工程建筑物的一部分，解决了施工中很大的难题，为地下工程创造了有力的施工方法，将原来认为不可能的，变为可能。

我国使用这种方法，是在建国初期，当时用冲击钻井法钻造槽然后沿槽浇钢筋混凝土连续墙，起到防渗作用；以后又沿用到高层建筑，大桥基础，过江隧道出口等工程。

随着建设的发展，科学技术的进步，造槽的方法和工艺，墙的厚度和深度都有了新的发展，不断出现新的工艺及机具，逐渐代替了旧的冲击式的造槽工艺。

目前，已较成熟的有抓斗法或采用多头钻井机，一次就可以钻出一段槽，此外还发展了反循环全断面钻井法，不仅解决了厚度和深度问题，还可以使墙脚嵌入基岩。

最突出的是，固壁泥浆。目前，在钻井完成后只需加入水泥和其他化学材料泥浆即可凝固，构成墙体，而不需换浆浇注水泥材料。这一科研成果的出现，大大降低了墙的建造周期和成本。

二、地下连续墙的施钻方法

地质条件和泥浆质量都直接影响到槽的长度；其施钻方法可分为槽断法和排井法。

1.槽断法：

（1）地面设导向槽，是槽的定线和槽的范围。钻进时起导向作用，槽内充满泥浆并保持一定的液面，起到固壁作用；

（2）导槽的宽应比钻具宽30~50毫米，深度一般在10米以内。

（3）确定槽长的依据：

地质情况和地下水对槽的影响；

钢筋笼的重量和起吊设备的能力；

工程设计要求。

（4）施钻机具：日本制造的BW型钻机使用于槽的钻进，一次成槽时，槽的宽度和长度受钻机性能限制，其技术性能及槽的尺寸见表1。

BM型多头钻机性能表表1

型号	BWN-4055	BWN-5580	BWN-80120
钻头体宽 mm	400—500	550—800	800—1200
槽长 mm	2500—2650	2470—2720	3600—4000
钻深 m	50	50	50
小钻头个数个	7	5	5
小钻头转数转/分	50	35	20
排渣管内径 mm	150	150	200
电动机功率 KW	15x2	15x2	18.5x2
钻机重量 kg	7500	10000	18000
砂石泵泵量/扬程	300/18	300/18	360/15
砂石泵电机 KW	44.5	44.5	52.5

这种钻机是长形，装有5-7个小钻头，由潜水电动机驱动，钻头分别向不同方向转动，并互相平衡转动扭矩，使钻进中能保持平稳状态，采用框式钻架，钢丝绳和滑车组升降钻机，悬吊钻进，洗井排渣采用泵吸反循环，排渣管为150~200毫米结构如图1所示。

大位移井钻井技术（大口径专用工程井及特殊钻井）(1)

图1 BWN-5580型多钻头反循环钻机结构图

该机装有偏斜显示器，在地面仪表上显示数据，同时两侧有四个导向板，操作人员可籍偏斜显示器的数据，调正导向板，使钻机垂直。

据资料介绍，某工程使用这种钻机，钻宽800毫米，40米深的槽，其偏斜度仅为槽深的450~600分之一，满足了设计要求。这种钻机，是钻地下连续墙的专用设备。自从1969年问世以来得到了广泛的应用，除日本国自己用外，已发展到欧洲，美洲等许多国家，我国上海已制成这种钻机并投入了生产使用。

该机只适用于松散的覆盖层，如沙土、砾石、小卵石、小于排渣管道孔直径的块石和卵石。

这套设备，包括了地下连续墙的整个工艺流程，从造槽，下钢筋笼浇水下混凝土等，其中还包括了泥浆制造，净化及槽内泥浆回收的设备。

2.排井法：是由多个单井联钻套钻成槽；

井的排列：有四种型式，如图2所示；

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图2 排井法排列方式及钻进次序

图2中每种类型各井的编号是钻井的次序，目的是钻井成槽之前使之稳定。

在这四种类型中，交错型虽然加厚了墙，但下入钢筋笼易受阻，如是嵌入基岩的墙，则入基岩时易产生偏斜，其他类型不存在上述问题，若从墙厚这角度考虑，搭接型比较好。

3.钻井次序：分为平钻法和立钻法。

平钻法：即钻机移动，加一次钻杆将一个平面钻完，再接钻杆进行下一个平面，而立钻法，也可称垂直打法，即一个井一个井按顺序先1、3、5、7再2、4、6、8的进行。两种方法的选用，视地层条件及所用机具而定。

4.钻井机具：除前述专用钻机外，冲击，回转，冲击回转以及正反循环洗井法都能使用。当然嵌入基岩的墙以全断面反循环钻井法为最好。

5.连续墙钻进实例：我国某水库，地下连续防渗墙。

（1）地层情况，冲积砂卵石层厚3~8.5米，含泥砂卵石层2~6米，冰碛堆积层1~6.5米，风化基岩1~4米，半风化层2~10米，其中冰碛层以下不透水。

（2）工程质量及要求：

墙长645.38米，墙的总面积19290米。

墙厚0.6米

要求：中心线不得偏离0.3米

深度：进入风化层0.5米，嵌入冰碛层4.6~5米，端头井斜小于2%；

槽底沉淀物小于10厘米。

（3）所用机具：使用可以正、反循环的回转钻机，三翼形刮刀钻头，进入基岩时换滚刀钻头，反循环排渣，泥浆固壁。

（4）槽长：根据地层条件分别为3~7.2米不等。

（5）钻槽方式：如长6米槽，布19个井，单数井为切线井然后在两井之间再钻一井排列号为双数，实钻次序有时两端井，一钻到底，待测斜合格后，再平打中间井。

（6）排井钻进应注意的问题：

在钻中间井时，每层均需检查，切掉小墙及两井间的小角。

利用震动筛并加长沉淀槽，尽量排除泥浆中岩屑，减小槽底淤积层；

实践中证实，只有基岩中留有小墙需进行处理，其他地层尚好。

（7）造槽效率：表2为造槽时，单井效率；

造槽时单井钻进效率表2

项目	粘土层	砂卵石	水积层	土状风化	块状风化	混凝土
钻进效率米/时	7.62	2.91	1.32	0.86	0.53	1.61
生产效率米/日	43.33	30.08	14.45	5.61	2.97	11.38
平均效率米/日	36.10	24.63	13.92	5.11	1.84	9.45
最高效率米/班	20.12	23.76	4.88	3.31	2.65	7.56