长期以来，旋挖钻机在碎卵石地层施工都是一个不小的难题。因此选择合适的钻具(钻齿)和操作方法是在碎石层高效施工、减少施工成本的必由之路。下面将对旋挖钻机在碎、卵石地层的钻进方法、常见事故处理等提出一套可行的施工方法。

　　(1)碎石土的定义及分类

　　①碎石土的定义。粒径大于2ram的颗粒含量超过全重50％的土。根据颗粒级配和颗粒形状可按下表分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。

　　碎石土分类                

土的名称	颗粒形状	颗粒级配
漂石	圆形及亚圆形为主	粒径大于200mm的颗粒超过全重的50%
块石	菱角形
卵石	圆形及亚圆形为主	粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%
碎石	菱角形为主
圆砾	圆形及亚圆形为主	粒径大于2mm的颗粒超过全重的50%
角砾	菱角形为主

　　②碎石土的密实度分类。碎石土密实度野外鉴别采用的是定性或半定量的方法，对碎石土在现场进行观察，根据其骨架颗粒含量、排列，可挖性及可钻性鉴别可将碎石土密实度分为密实、中密和稍密3级及6个亚级，详见下表。

　　碎石土密实度野外鉴别方法

密实度		骨架颗粒含量和排列	可挖性	可钻性
级	亚级
密实（Ⅰ）	Ⅰ1	骨架颗粒含量大于总重的85％，呈交错排列，密集连续接触	锹、镐挖掘很困难，用撬棍能松动；井壁稳定	钻进极困难；冲击钻探时，钻杆吊锤跳动剧烈；孔壁稳定
	Ⅰ2	骨架颗粒含量大于总重的70％且小于等于总重的85％，呈交错排列，连续接触	锹、镐挖掘困难，用撬棍能松动；井壁一般较稳定	钻进困难；冲击钻探时，钻杆吊锤跳动较剧烈，孔壁较稳定
中密（Ⅱ）	Ⅱ1	骨架颗粒含量大于总重的65％且小于等于总重的70％，呈交错排列，绝大部分接触	镐可挖掘；井壁少有掉块从井壁取出较大颗粒处，能保持现象，颗粒凹面形状	钻进较困难；冲击钻探时，钻杆吊锤跳动一般不剧烈；孔壁局部有坍塌现象
	Ⅱ2	骨架颗粒含量大于总重的60％且小于等于总重的65％，呈交错排列，大部分接触	锹、镐可挖掘；井壁有掉块现象，从井壁取出大颗粒处，能保持颗粒凹面形状	钻进一般；冲击钻探时，钻杆吊锤跳动不剧烈}孔壁有坍塌现象
稍密（Ⅲ）	Ⅲ1	骨架颗粒含量大于总重的55％且小于等于总重的60％，排列较混乱，大部分不接触	锹可以挖掘；井壁较易坍塌}从井壁取出大颗粒后，填充物砂土立即坍落	钻进较容易；冲击钻探时，钻杆有跳动；孔壁较易坍塌
	Ⅲ2	骨架颗粒含量小于总重的55％，排列混乱．绝大部分不接触	锹可挖掘，井壁易坍塌，从井壁取出大颗粒后，填充物砂土立即坍塌	钻进容易；冲击钻探时，钻杆稍有跳动；孔壁易坍塌

　　(2)碎石土的工程地质特征

　　碎石土又称卵粒土，主要由颗粒大小不均、形状不规则、风化程度各异的岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成，呈单粒结构及块石状和假斑状构造，具有孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大的特点。但其具体的工程地质特征又与颗粒间的填充物有直接的关系，填充物主要有黏土或砂两类。

　　(3)碎石土的可钻性

　　经过实践证明，在科学的钻进方法的指导下，根据碎石粒径的大小选用合理的钻头，并根据碎石颗粒间填充物的差异选择适合的护壁方法，旋挖钻机可在碎石地层实现高效钻进。

　　(4)碎石土层的护壁方法

　　①护筒护壁。这种护壁方法，针对碎石颗粒结构松散，粒径大小不均，稳定性差，压缩性大，钻进过程中孔壁不稳定，极易出现掉块卡钻和孔壁坍塌的碎石土层。具体的操作方法下图所示，随着钻斗钻进同时，压入护筒，当感到护筒压人困难时，可以使用短螺旋钻头捞取护筒下脚的碎石块，清除障碍物后，再向下压人护筒。如此循环往复，使用护简护壁直到穿过整个碎石土层。

 

　　在压入护筒的时，要注意护筒外围的坍塌情况，如下图所示，一旦发生松动或坍塌情况，应及时填充并压实以防止护筒发生倾斜或更深层的孔壁坍塌。

　　②黏土(干水泥)+泥浆护壁。同样在填充物为砂的碎石土层中，使用静浆护壁的方法也是可行的，但必须配合其他一些特别的措施才能有效地进行。如图所示，当钻进碎石层时，可先向孔内抛人黏土，然后使用钻头缓慢旋转，将黏土挤入碎石缝隙，形成稳定的孔壁并防止泥浆的漏失，再配合泥浆的运用，来保障碎石层钻进过程中孔壁的稳定和泥浆位的平衡。

 

　　另一种相似的方法是使用干水泥配合黏土使用。当钻进碎石层时，把干水泥装成体积适当的小袋和黏土一起抛入孔底，再使用钻头旋转，将黏土块和干水泥一起挤入碎石缝隙，静滞一段时间后，可形成稳固的孔壁，干水泥的作用，是增强黏土的附着力。

　　(5)碎石层钻进中钻头的选择

　　钻头是施工过程中的核心工具，也是影响施工效率的关键因素。钻头的选择要依据地层的不同而不同。另外，对钻齿的选择，包括齿形的选择、数量的确定、角度的设计，是保证钻进轻便高效的前提。经实践证明，在碎石地层，短螺旋钻斗、嵌岩筒钻、双层嵌岩筒钻配合钻进可保证较高的钻进效率。常见钻头及其碎石层钻进示意图见下图。

 

　　在双层嵌岩筒钻的设计中，层间隙的大小应该与碎石的粒径相对应。一般情况下，间隙约等于l.5倍的碎石粒径。值得强调的是，在碎石层的钻进过程中，截齿并不是最好的选择，在条件成分的条件下，可以用高锰钢或者调质钢来代替子弹头齿使用，这样减小了齿的锥度，能更有效地嵌入碎石缝隙，提高钻进效率。遇到大粒径的碎石横在底部时，可用螺旋松动后带出，如果螺旋带出困难，可使用嵌岩筒钻带出。若在筒钻内增加楔断器，则更有利于大岩块被钻筒内壁卡紧。

　　(6)钻杆的选择与钻杆事故预防

　　碎石土压缩性低、抗剪强度大，钻进过程中振动强烈，在此地层钻进一般要选用机锁式钻杆钻进。在碎石土层中使用钻杆，由于易受冲击作用，极易造成断钻杆。

　　出现事故的原因如下：

　　①由于钻进过程中地层、孔径的大小超过钻杆的额定扭矩；

　　②钻进中选用的转速不当，使钻杆所受到扭转或弯曲等应力增大，因而造成钻杆发生损害；

　　③地质坚硬，进尺太快，使钻杆超负荷工作；

　　④孔中出现异物，突然增加阻力而未能及时停钻。

　　预防措施如下：

　　①选择钻杆时应根据钻孔直径钻进地层的特点，按实际工况计算决定选择何种钻杆。当现有钻杆的抗扭强度不能满足钻孔需要时，也可以使用分级钻进的方式，来减少一次钻进对钻杆的破坏。

　　②不使用弯曲严重的钻杆，要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接完好，钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施。

　　③钻进过程要严格控制进尺速度和转速。

　　④钻进过程中要经常检查钻足够，不合要求要及时更换。

　　⑤在钻进中若遇异物，需经处理后再钻。

　　⑥通过减小刀头覆盖率或者分级钻进的方式，减少对钻杆的破坏。

　　(7)钻进操作的特点

　　在碎石土地层中成孔，首先要认真研究工程勘察报告，搞清楚碎石粒径的大小、成分、含量、层厚。分析造成易掉块、易塌孔、易孔斜的程度，了解地下水位和地层渗透性等，以制订正确的施工工艺来确保成孔的质量。钻进中遇到碎石等地下障碍物，采用轻压慢转上下活动切削钻碎障碍物。若钻进无效，可以通过正反交替转动的方式，当正传遇到较大阻力时，立即反转，然后再次正传，如此循环反复。采用专有的钻具(如短螺旋钻头、嵌岩筒钻、双层嵌岩筒钻)处理后钻进。对于碎石含量大的地层可使用短钻筒，配置黏土加泥浆护壁，控制钻速；对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后再换上钻斗继续钻进。钻斗继续钻进。

　　若碎石层胶结程度密实，为了易于钻进，可先用筒式钻头成孔(筒体直径小于孔径150～400mm)，即分级钻进，然后再加大块扫孔达到设计孔径要求。否则也可直接用有加大压力快速的筒式钻头一次成孔。若用筒式钻头直接开孔，初钻时应轻压慢钻，防止孔斜。分级钻进一般使用带扶正器的嵌岩筒钻来完成，如下图所示。

 

　　这种钻头不但能满足分级钻进的要求，而且在碎石层的钻进中有其独特的优点。首先中心的小筒钻有良好的携带碎石块的能力，可实现快速钻进；其次，在碎石层完成小孔的钻进后，就明显地松动了孔壁周边的地质，减少了后续用捞砂斗进行第二级钻进的难度，被松动后的碎石很快掉落在先前的小孔内，对钻进速度和钻渣的捞取都有很大的益处。