履帶式雙管雙動跟管鉆機在滑坡搶險中的應用

向元敏，王勇，吳丹妮，趙秋冬

（四川省地質工程集團有限責任公司，成都 610000）

我國是地質災害多發的地區，地質災害突發性強，隨著習近平新時代治國理政理念的推進，各級政府對地質災害防治工作越來越重視，特別是對應急搶險處置提出了更高的要求，與時間賽跑，盡快使災害體得到控制，最大限度降低損失。該項目是一個應急搶險工程，屬于邊勘查、邊設計、邊施工的“三邊工程”。

1 工程概況

1.1 滑坡概況

該滑坡為老滑坡復活，滑坡長約650 m，寬約450 m，平均厚度約20 m，滑坡體積約450×104m3，屬大型推移式土質滑坡?；略谟昙厩鞍l生變形，造成斜坡建筑傾斜，地面多次出現開裂，嚴重威脅斜坡區1 000 余住戶生命財產安全。通過監測數據反饋，每日最大變形量可達5 mm，處于蠕滑加劇變形階段。

1.2 地質條件

該滑坡位于大巴山弧形緊密褶皺帶萬源向斜構造的南西翼，斜坡結構為土石質混合結構，覆蓋層為崩坡積層，下伏基巖順坡向產出，巖性主要為三疊系上統須家河組砂巖。據了解該滑坡區為原有的煤礦礦區和鐵礦廠區，存在覆土回填、煤系地層、地下構筑物、地下巷道、采空區回填、原有治理工程和建筑工程產生的地下隱蔽工程等。整個滑坡體的地層主要表現為第四系覆蓋層，塊碎石土，大部分地方孤石較多，碎石的主要成分為石英砂巖，質地堅硬。

1.3 治理工程內容

該滑坡應急搶險治理工程主要在中下部左側布置了兩區鋼管樁，共387 根；在滑坡中下部斜坡體布置了三序六排格構錨索，共計布置了441 根錨索，錨索孔徑170 mm，長度65～70 m。在實施完鋼管樁后滑坡加速變形得到暫時緩解，為錨索施工贏得了時間?，F場施工工期緊、任務重、要求高，斜坡場地和腳手架承受能力有限，限制了作業鉆機數量，提高成孔效率是搶險施工的關鍵。

2 滑坡體錨索跟管成孔技術難點與問題

預應力錨索技術是采取特殊手段將鋼絞線轉變成可以長期處于高溫狀態下的受拉結構體,利用該技術可以有效提升土體錨固的強度,對增強巖體穩定性具有重要作用（李延敬等，2014）。

在滑坡體中鉆孔，常用氣動潛孔錘跟管鉆進技術成孔（丁曉慶和何龍飛，2015），空氣潛孔錘鉆進技術是一種用連接在鉆頭上的沖擊器給予鉆頭高頻沖擊能量，進行沖擊回轉鉆進的技術（石荊京等，2021）。主要面臨滑坡巖土體結構松散、成分復雜，孔壁穩定性差，滑坡蠕滑擠壓造成孔壁變形以及地下水干擾等問題，這里主要表現在鉆孔漏風、返風返渣不暢，跟管進尺效率低、時間長，拔管困難。

2.1 滑坡體結構松散，漏風嚴重，成孔困難

本次實施錨索的范圍是一個滑坡堆積體，在歷史上曾發生過多次滑坡，滑坡區地層復雜，滑坡體中有老采空區，并且還有原治理工程布置的抗滑樁和鋼管樁，地層主要為塊碎石土，塊碎石含量達到了60%以上，局部孤石，基巖與覆蓋層接觸帶含有豐富的地下水。在邊坡堆積體錨索施工過程中，由于堆積體本身的復雜性，各孔均出現了不同程度的孔口不返風，不返渣以及卡鉆、埋鉆等現象，有的孔段甚至出現了透水、涌水情況，極大地影響了施工進度，施工安全、質量、成本得不到很好的控制（浦靜怡，段立強，馬少華，2021）。所以選用空壓機時，在充分參考潛孔錘規定風壓值的同時，也要考慮因管路消耗、克服水柱背壓、氣動潛孔錘的壓力及維持空氣的壓降等部分組成的額外壓力（田宏亮等，2019）。

2.2 地層摩阻力大，跟管困難

氣動潛孔錘跟管鉆進技術，是針對復雜地層鉆探的工藝方法，在鉆進的同時，套管能夠隨之下入已完成的孔內，起保護孔壁、隔離含水層的作用（劉家榮等，2010；鄭英飛等，2014）。潛孔錘跟管鉆進，從理論上講鉆頭成孔直徑要大于套管的直徑，套管依靠潛孔錘的沖擊作用能夠順利跟進，但事實上，在跟管跟進一段距離之后，由于鉆孔的不規則、孔壁坍塌擠壓，隨著孔深的加大，套管受到孔壁的摩擦力作用不斷增大，到達一定深度后跟管效率大大降低，即便成孔后拔管也同樣困難。潛孔錘作為機械沖擊破巖的重要工具之一，其具有鉆頭壽命長、能量利用率高的優點，被廣泛應用在小口徑鉆探鑿巖地質鉆探中（周元，2016），其被視為鉆進硬巖地層最高效的工具（張承飛等，2012）。使用ZSY-70 錨桿鉆機進行成孔，平均成孔時間在48 h 以上，最短的也在24 h 左右，時間長的可能要110 h 才能成孔。

2.3 滑坡蠕動變形導致跟管握裹力增大

應急搶險施工在雨季進行，該滑坡仍在蠕動變形，導致穿越滑動帶的鉆孔發生變形擠壓套管，套管靜止時間越長，擠壓越緊密，握裹力越大，跟管阻力增大，成孔時間越長導致后期拔管越困難。

表1 鉆機參數對比表

3 履帶式雙管雙動跟管鉆機成孔效果對比

3.1 鉆機型號

本次主要使用了兩種型號鉆機成孔，一種是ZSY-70 錨索鉆機，另一種是履帶式HDL-200D型鉆機。兩種鉆機各自有各自的優缺點，ZSY-70型錨索鉆機個體比較小，重量不大，在斜坡施工中比較靈活，鉆機轉移比較方便；HDL-200D 鉆機成孔速度很快，在搶險項目中應用具有很大的優勢，但它體積較大，對場地的要求比較高（周紅軍，2009）。

3.2 鉆機參數

HDL-200D 鉆機主要參數，運輸狀態尺寸：7.3 m×2.4 m×3 m，鉆孔深度可達220 m，鉆孔最大直徑可達300 mm，動力頭輸出扭矩達14 000 N.m，沖擊功900 N.m，沖擊頻率可達2 100 bpm，動力頭提升力80KN，動力頭給進力80KN，鉆機重量15.8 t。

3.3 鉆機主要性能

HDL-200D 鉆機采用全液壓履帶式底盤，功率大，動力強（楊彬，2019）。液壓傳動的動力頭馬達可實現無極調速，液壓控制鏈條式長進程給進機構，液壓控制調整鉆孔角度，配備跟管震動回轉裝置和液壓擰管裝置，可實現跟管回轉與升降聯動，以及機械輔助擰管，擁有履帶式行走機構，移動方便（方鵬，2014）。

圖1 履帶式鉆機施工

3.4 成孔工藝流程

施工工藝流程：測設錨索孔位→開挖工作面→鉆機就位→跟管鉆孔（開孔、鉆進、洗孔、加鉆桿、跟管）→清孔→編制錨索→下索→錨索注漿→錨墩澆筑→錨索張拉→錨索封錨（宋偉，2018）。

3.5 鉆機效率

履帶式鉆機需要的工作面較寬，需要使用挖掘機開挖平整，在本次施工中，主要使用履帶式鉆機的位置位于3 序錨索的A 區，該區域相對平坦并與公路相連接，便于挖掘機進入現場開挖施工便道。

開挖的施工便道長約70 m，寬約5 m，施工便道開挖完成后，由測量人員現場放孔位，移動鉆機到鉆孔位置開始鉆進，HDL-200D 鉆機采用雙動雙管方式鉆進，Φ168 套管跟管鉆進，單根鉆桿長度1.5 m，套管長度1.5m，正常鉆進單根鉆桿所用時間大約6～8 min，純鉆進時間約4～5 min，輔助作業時間約1～2 min，單孔成孔時間約7 h。

普通的ZSY-70 錨桿鉆機正常鉆進單根鉆桿所用時間大約20～25 min，純鉆進時間約18～22 min，輔助作業時間約2～3 min，單孔成孔時間約24 h。

從兩種鉆機的成孔時間可以看出HDL-200D 型履帶式鉆機的成孔速度比ZSY-70 型鉆機成孔速度快很多，在工期要求非常緊張的應急搶險項目中有相當大的優勢。

鉆進效果對比，全液壓履帶式鉆機在拆、遷、安過程比較節約時間，也就是說時間利用率高，在鉆進過程中，全液壓履帶式鉆機操作靈活、方便，加減鉆桿用時較少，這樣一來大大減少輔助時間，從而提高了純鉆進時間，也就是說純鉆進時間利用率高（何正勇和李應平，2021）。

表2 鉆機鉆進效率對比表

4 履帶式雙管雙動跟管鉆機的優缺點與適用性

與傳統錨桿鉆機相比，全液壓履帶式雙管雙動跟管鉆機在鉆進效率方面有著相當大的優勢（萬海田，1992）。功率大，動力強，跟管深度大；液壓傳動的動力頭馬達可實現無極調速，可滿足不同的鉆進工藝要求；配備液壓擰管裝置，實現加減鉆桿及跟管的機械化操作，可節省大量輔助時間；配備跟管震動器，跟管能同步回轉，減少孔壁對跟管的握裹力，降低跟管阻力，從而提高跟管鉆進效率；通過液壓控制鏈條給進機構，可實現鉆具的液壓加壓及減壓鉆進；可實現跟管回轉與升降聯動，方便處理孔壁垮塌，減少孔內事故；長進程給進方式，滿足多工藝鉆進要求；多角度可調，實現大部分鉆孔角度要求；機械化程度高，可降低勞動強度；該鉆機配有履帶式行走機構，可實現鉆機快速就位（肖春陽等，2021）。

當然，全液壓履帶式鉆機也存在以下的缺點：由于鉆機能實現多工藝鉆進要求，操作方便快捷，所以使得設備復雜龐大，而且鉆機液壓元件繁多且對液壓元件的質量要求很高，這就使鉆機的成本較普通錨桿鉆機高；維修困難，該鉆機液壓管線及液壓閥較多，在使用過程中，會出現一系列液壓系統發生故障而導致鉆機不能正常的工作，而確診問題需在眾多液壓管線及液壓閥中尋找，這給設備維修帶來了極大困難。體積大，適用場地有限，由于采用履帶式底盤，對作業場地有一定要求，限制了履帶式鉆機在斜坡體上的使用；可實現多角度成孔，但可調高度不大，難以實現平臺以上3m 高度的鉆孔施工。

由此認為履帶式雙管雙動跟管鉆機在快速成孔方面有著較強的優勢，特別是應對復雜地層的快速跟管成孔，適合應急搶險工程中的鉆孔作業。當然，履帶式鉆機也存在使用的局限性，對場地要求相對較高，不適用無法開挖平臺的陡斜坡上施工。

5 結論

（1）履帶式雙管雙動跟管鉆機以其具有成孔快、跟管深、移動快的特點，在滑坡搶險中具有明顯優勢；

（2）履帶式雙管雙動跟管鉆機能夠實現較大深度的全跟管鉆進，適應復雜地層的鉆進，適用的地層廣；

（3）履帶式雙管雙動跟管鉆機具有行走機構，移動靈活，不需要搭設腳手架，適用交通便利的邊坡和滑坡區成孔；

（4）該鉆機體積較大，重量較重，需要近5m 寬的工作平臺，對場地要求較高；鉆機開孔高度受限，不適宜平臺以上3 m 高度的鉆孔施工。