创新推广项目 | 卵石地层的一次成井技术研究

完成单位：

北京城建勘测设计研究院有限责任公司

主要完成人：

万家和、马健、冯科明、宋克英、韩泽坤

1. 关键技术内容及技术路线

总体思路

为了满足上路施工、提高成井效率、减少环境污染并满足降水设计要求等方面的问题，项目主要从以下几方面进行研究：

1）风动潜孔锤成井工艺试验，检验其场地的适应性；

2）卵石地层钢管井一次成井工艺的可行性与优越性；

3）钢管井一次成井工艺钢管井开孔工艺研究；

可行性分析

1）现场进行了风动潜孔锤成井工艺试验，以检验其场地的适应性。现场实施潜孔锤成孔工艺成孔直径189mm，32m深管井需施工时间1天左右。与乌卡斯钻机冲击成孔相比，潜孔锤钻机有如下优点：

①施工占用场地面积较小，上路施工围挡（宽3.5m）内作业不受限制，能够满足要求。

②取消埋设钢护筒、砌泥浆池。不需泥浆护壁，不需专门车辆外运大量泥浆。

③成孔之后不需填料或填少量料。取消下管，直接把套管作为井管。

④成井效率高，32m深管井需施工时间1天左右。

2）为验证潜孔锤成井后出水效果，根据现场条件，选取8眼管井采用潜孔锤施工，同时进行了三组单井抽水试验，对钢管井分别用32m3/h、50m3/h的潜水泵进行了单井一次降深抽水试验。抽水试验井布置、施工，抽水试验观测精度、时间间隔，抽水试验稳定判定等均执行《供水水文地质勘察规范》（GB 50027-2001）。

钢管抽水试验井平面布置图

2. 主要技术特点和创新点

1）风动潜孔锤钻进技术

针对深大基坑的降水工程，一般采用管井降水。目前管井的成井工艺主要有正、反循环，冲击钻、旋转钻等，以上施工方法存在明显的弊端，例如机械体积大、成孔时间长、洗井质量差、对地面交通影响大、不灵活，成井过程中产生的泥浆、渣土对环境影响较大，施工成本高等一系列问题。地铁线路大部分地处建筑物林立、地下管线密集的繁华市区，在施工过程中，如何处理好与交通、占地的关系，解决好遏制地面沉降，确保周围地面及高大建筑物安全，这是地铁施工的一个难题。

风动潜孔锤钻进技术在降水工程中作为一种新的钻进工艺，在北京地区地铁降水工程中尚属新的尝试。因其具有成井周期短、钻进效率高、钻孔保直精度高、无需专门洗井、施工占地小、噪声小、污染小等特点，解决了以往施工工艺在漂、卵、砾石地层难于成孔等一系列问题，在地铁降水井施工过程中取得了良好的效果，为地铁降水施工单位解决钻探难题提供了一种新方法。

潜孔锤钻机成孔现场施工

2）钢管井一次成井工艺

传统潜孔锤钻进所需要的设备及机具有:钻机、空气压缩机、套管、钻杆、潜孔冲击器、钻头、管靴等，施工工艺包括空压机产生的压缩空气通过钻杆进入底部的潜孔锤，潜孔锤在压缩空气的作用下产生高速捶击、破碎岩石。自潜孔锤下部排出的气体携带岩粉从钻杆与孔壁间的环状间隙快速上返至孔口，待钻进至设计井深时，拔出钻杆，下入井管后拔出套管。工艺较为繁琐，而且在下入井管后提套管的过程中，极易发生井管被带出的现象，导致井管连同套管被全部拔出。

钢管井一次成井工艺采用跟管钻具，套管跟随钻头一并钻进至预定地层时，可将跟管钻具收敛，使跟管钻具的最大外径小于管靴、套管的内径，从而从套管内取出钻具，套管则留在地层内形成井管，无需拔出。钢质井管即套管的开孔工艺也是钢管井一次成井工艺的关键技术。

开孔工艺对成井质量至关重要，它不仅可以根据地层条件控制出水含砂量及井底沉砂量，对出水量的影响也起着举足轻重的作用。根据不同的地质条件，采取不同的开孔工艺，使钢管井一次成井工艺日趋成熟。本次钢管井井管外径189cm，内径181cm，每节管长3m，管与管连接采用焊接，井身下部过水段采用等离子切割开缝形式，上下各留20cm，中间开孔为长缝，缝宽0.2cm，长10cm。纵向间距为3cm，横向间距为1cm。

钢管井身结构

1. 使用效果评价

钢管井一次成井工艺在国内外降水工程中也属新的尝试。其成井机械：风动潜孔锤钻机的引入，使人们对于风动潜孔锤钻进技术有了新的认识，解决了传统施工方法存在的机械体积大、成孔时间长、洗井质量差、对地面交通影响大、不灵活，成井过程中产生的泥浆、渣土对环境影响较大等一系列问题。特别是满足上路施工要求，对交通的影响小。在北京地铁7号线01标降水工程中得到推广使用。在未来类似工程中，利用本项目的实践经验及科研成果，可以大范围成井，并能很好的满足降水及环境等其它方面的要求。

2. 产业化前景分析

经过本项目的实践及科研成果，今后降水工程中，在成井工艺的选择上多了一种选择，钢管井一次成井技术将在降水工程中引起革命性的变化。其井身结构的设计，也将打破传统的成井工艺所用的井结构，给降水工程提供更广阔的空间。钢管井一次成井工艺在卵石地层条件下的应用也将更加广阔，将为满足降水需求在降水工程中不断改进。其对控制出水含砂量及提高出水效果等多方面都将不断成熟，为降水工程处理好与交通、占地的关系、解决成井效率、确保工期、保护环境等各方面提供了实践经验和科学依据。

风动潜孔锤钢管井一次成井工艺极大的提高了施工效益，节约了施工成本。

风动潜孔锤钢管井一次成井工艺是一种环保的施工工艺。取消砌泥浆池，不需泥浆护壁，不需专门车辆外运大量泥浆。相对其它成井工艺来说具有施工占地小、噪声小、污染小等特点。解决了上路施工的难题，对地面交通的影响小。对老百姓的日常生活影响小，减少了环境的污染。