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在岩土工程领域,如基坑和边坡支护,锚杆是常用的一种支护手段。锚杆是将受拉杆件的一端(锚固段)固定在稳定地层中,另一端与工程构筑物相联结,用以承受由于土压力、水压力等施加于构筑物的推力,从而利用地层的锚固力以维持构筑物(或岩土层)的稳定。锚杆的极限抗拔承载力标准值可按下式估算:
Rk,j=πdj∑qsk,ili式中:dj—第j层锚杆的锚固体直径;qsk,i—第j层锚杆锚固体与第i土层的极限粘结强度标准值;li—第j层锚杆滑动面以外的部分在第i土层中的长度。
根据上述公式,在其他条件相同时,锚杆的极限抗拔承载力与其锚固体直径的大小成正比。因此成孔孔径是锚固工程质量控制的关键。
锚孔施工应根据地层类型和钻孔直径、长度以及锚杆的类型选择合适的钻机和钻孔方法。跟管钻进工艺主要用于钻孔穿越填土、卵砾石、碎石、粉砂等松散破碎地层,通常用锚杆钻机钻进,采用冲击器、钻头冲击回转全断面造孔钻进,使用套管隔离破碎、松散易坍塌的地层,保证成孔质量。
在目前的锚孔施工中,应用跟管钻进工艺因为现场实际情况的限制常常达不到要求的孔径,主要有以下两方面原因:(1)现场套管跟管钻进设备的套管规格达不到设计要求的成孔直径尤其是非常规孔径;(2)施工过程中由于设计变更部分锚杆孔径增大,而现场套管跟管钻进设备的套管规格满足不了要求的成孔直径。而施工方往往由于工期紧凑,来不及采购或定制满足要求的套管跟管钻进设备,而采购或定制新的套管造成施工费用增大,且易造成新设备因后期闲置而出现资源浪费。
跟管钻进技术的发展背景
在众多的复杂地层锚杆钻进施工中,塌孔、埋钻是施工人员经常碰到且又十分头疼的问题。采用常规的钻进工艺方法很难保证钻孔的质量和施工效率。潜孔冲击跟管钻进技术充分利用了风动潜孔锤高效冲击破碎岩石的优势,在高效碎岩钻进的同时,同时跟入套管保护钻孔孔壁,利用套管的刚性导向作用,可以抑制钻孔弯曲,保证钻孔的垂直度。
潜孔冲击跟管钻进按其结构型式主要分为两种类型:偏心式跟管钻具及同心式跟管钻具。同心跟管钻具因其外钻头的壁厚较厚,同样孔径施工,冲击功传递效果不如偏心钻具,只有在钻孔直径较大,选择高风压冲击器时,效果才比较好,但制造费用比偏心钻具高的多。偏心式跟管钻具不仅成孔直径大,而且结构简单,制造成本低,使用方便,因此得到了更广泛的应用。
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