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【摘 要】通过对双套管风动潜孔锤在北京地铁降水工程中的试验运用，解决了在大粒径砂卵砾石地层中诸如反循环钻机咬钻、卡钻等不能成孔的弊病。本文介绍了双套管风动潜孔锤与反循环钻机降水工程中在施工成本、质量、进度、安全文明施工等方面的对比分析，从而为今后类似水文、地质条件下降水施工提供了借鉴和指导意义。
【关键词】双套管风动潜孔锤；卵砾石地层；地铁降水工程
引言：目前我国地铁工程建设正如火如荼的进行，地铁工程施工里程逐渐增加，施工工法不断完善，施工深度逐渐增加，水文地质也更加复杂多变，这就要求地铁建设的辅助施工工艺——降水施工要不断完善其施工工艺，以满足从原来降几米到现在降十几米甚至几十米，从原来降潜水到现在降承压水的要求。地铁工程降水井一般采用管井降水。目前管井的成井工艺主要有正、反循环、冲击钻、旋转钻等。这些钻机施工机械体积大、成孔时间长、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，增加了施工成本。风动潜孔锤施工技术有成孔速度快、不需采用泥浆护壁、对环境影响小等诸多优点，但是其具有成孔孔径小的缺点，风动潜孔锤在北京地区地铁降水工程中尚属新的尝试。
一、工程概况
北京地铁16号线是北京地铁在建的一条地铁线路，全线长36公里，设置车站24座。 线路南起于丰台区宛平，经过北京丽泽金融商务区、西城三里河、国家图书馆、西苑等地，北端在永丰与北京地铁山后线接轨，建成后将极大带动北京南城特别是丰台南部地区的发展。
16号线16标，为16号线中间一个标段，包括一站一区间，分别为二里沟站～甘家口站区间、甘家口站。标段位于三里河路上，自南向北沿路重要建筑为钓鱼台国宾馆、解放军报社、甘家口大厦、中国建筑大厦等。
甘家口站（原车站名称为阜外大街站）是M16线和M3线的换乘站。位于阜成门外大街西端与三里河路十字交叉处，跨阜成路南北向布置在三里河路路中下方。M3线车站为远期规划实施，跨路口设置与M16线“十”字相交，东西向设置。车站为岛式车站，车站长273.9m，总宽23.2m，拱顶覆土厚度约为12.5～13.8m，底板埋深约31～31.5m。主体结构为地下两层直墙三连拱结构。主体结构采用暗挖PBA工法，上部、下部各设4个导洞，逆筑施工。车站主体共设置三座施工竖井，分别结合B出入口、C2出入口及安全出入口设置。本站附属结构共设4个出入口（包含A、B、C1、C2出入口）、1个安全出口、2个无障碍出入口，2个风道。
降水工程概况见表1。
1.1工程地质。按照地层沉积年代、成因类型、地层岩性及其物理力学性质对地层进行划分，具体为：
①人工堆积层：包括粉土填土及杂填层，一般厚度在1.5m～4.7m。
②第四纪全新世冲洪积层：粉土层、粉质粘土层、粉细砂层厚度在1.5m～5.8m。
③第四纪更新世冲洪积层：卵石、粉细砂、粉土、粉质粘土、卵石、中粗砂、粉细砂、粉土、卵石、粉质粘土、卵石。厚度在23m左右。其中主要地层为卵石，其他地层为夹层，分布不均，厚度不一。
1.2水文情况。水位埋深24.80～24.91m，水位标高24.52～25.70m，含水层主要为卵石⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层、粉土⑦3层。粉土⑧2层、卵石⑨层、中粗砂⑨1层、粉细砂⑨2层，粉土⑨3层、粉土⑩2层、细中砂⑩3层、卵石?层，含水层底板主要为砾岩?层和泥岩?1层。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开采方式排泄。该层水受水源三厂开采的影响，水位标高由北向南逐渐升高。
水文地质剖面图
甘家口站暗挖结构的中下部位于层间水（三）含水层中，底部位于粉质粘土和卵石夹层中。层间水含水层岩性主要为卵石⑦层和卵石⑨层，对结构施工影响较大，因此需将地下水进行疏干控制。根据结构资料、场区地下水情况，车站主体结构施工受地下水影响。拟建结构底板与地下水水位关系见表2
二、降水设计方案
拟在甘家口车站四周设置管井进行降水。管井为潜孔锤成孔，井径为273mm，管径为194/5mm钢管，井深40m，标准井距5m。共计管井109眼。
2.1施工工艺流程。空气潜孔锤施工工艺流程图见下图。
空气潜孔锤施工工艺流程图
2.2关键施工工艺
2.2.1定井位：根据降水施工设计方案提供的井位图、地下管线分布图及甲方提供的坐标控制点，并参照结构控制点施放降水井井位。正常情况下井位偏差≤50mm，若遇特殊情况（比如地下障碍、地面或空中障碍）需调整井位时，应及时通知技术人员在现场调整。
2.2.2钻机就位、调整：钻机就位时调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，以保证钻机安装平稳。安放带管靴的套管和钻杆、钻头和冲击器，连接空压机并进行试运转。
2.2.3钻孔、排渣处理：为防止偏孔，開孔时要采取慢速冲击。冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升。边钻进边排渣，直至达到设计孔深。
2.2.4提钻杆、清孔：钻孔达到设计孔深后，提钻杆，加大风量清孔。
2.2.5下管：下管前检查井管是否已按设计要求包缠尼龙纱网，井管确保在井孔居中不歪斜，钢管采用焊接。
2.2.6填滤料：填料从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，填料高度严格按设计要求执行。边填料边起拔套管，套管起拔时应避免孔内井管被一起拔出。
2.2.7水泵安装、试抽水：安装满足设计要求的潜水泵，并进行试抽水。
2.3施工设备及材料。施工中采用的设备型号、数量与降水井材料如表3和表4所示。
2.4降水效果。截止2014年6月底，甘家口站降水井已全部施工完毕，抽水水量满管，达到设计降水标高，满足设计要求。 3优点分析
3.1施工进度
反循环：钻孔、制备泥浆、清孔、下管等工序每井施工时间每孔超过30h，对于居民区内夜间施工扰民现象时常发生，不利于施工。
潜孔锤：潜孔锤钻进效率高，生产实践证明，其钻研进效率比回转钻进效率高了3～10倍，效率提高的原因是：单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；由于无液柱压力，在无地下水的情况下，改善了孔底破条件。钻孔3h～5h，无需制备泥浆、清孔，下管简便，每井施工时间8h内可完工。
3.2施工质量
反循环：孔深越大，扭矩越大，成孔垂直度无法保证，反循环在砂卵石地层难成孔，极易卡钻、咬钻，孔径大小无法保证。
潜孔锤：比起回转钻进，风动潜孔锤钻进所需的钻压和扭矩要小得多，由于为空气作为动力，故钻进扭矩不随深度的增加而增加。这样可减轻钻机的设备的质量和能力，而且钻具转速低，钻具对孔壁的碰撞机会较少，而且这种钻进方法是以高频对孔底冲击，降低了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时，也可减少孔壁地层坍塌。
3.3環保
反循环：占地大，需要制备泥浆循环系统，产生大量泥浆，施工噪声较大。
潜孔锤：风动潜孔锤钻进采用的无循环干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，不污染环境。干成孔工艺，无泥浆，且孔径较小，每井排渣量不到1m?；采用静音空压机，钻机外罩帐篷，施工噪声较小。
3.4成本
反循环：包括泥浆池、泥浆循环水沟、设备占地、堆渣场地等每孔施工占地不小于100㎡，在市区内施工占地困难，占地费用高昂。而且钻井速度慢，时间长，拉长工期致使成本增加，而且反循环钻头为金刚石钻头容易磨损，需及时更换，从而造成成本增加。
潜孔锤：设备占地、堆渣场地等每孔施工占地20㎡～30㎡即可满足施工要求，故占地费用较低。潜孔锤钻头在坚硬破碎岩石中伴用，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，大大降低了钻头成本。它改变了传统的切削和研磨碎岩方式，使岩石成体积破碎，大大提高了钻进效率和对坚硬及复杂地层的适应性。
结语：本文从施工进度、质量、环保、成本等方面对反循环法与潜孔锤施工方法进行分析比较，可以看出潜孔锤在城市卵砾石地层施工降水井具有广泛的前景。
【关键词】双套管风动潜孔锤；卵砾石地层；地铁降水工程
引言：目前我国地铁工程建设正如火如荼的进行，地铁工程施工里程逐渐增加，施工工法不断完善，施工深度逐渐增加，水文地质也更加复杂多变，这就要求地铁建设的辅助施工工艺——降水施工要不断完善其施工工艺，以满足从原来降几米到现在降十几米甚至几十米，从原来降潜水到现在降承压水的要求。地铁工程降水井一般采用管井降水。目前管井的成井工艺主要有正、反循环、冲击钻、旋转钻等。这些钻机施工机械体积大、成孔时间长、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，增加了施工成本。风动潜孔锤施工技术有成孔速度快、不需采用泥浆护壁、对环境影响小等诸多优点，但是其具有成孔孔径小的缺点，风动潜孔锤在北京地区地铁降水工程中尚属新的尝试。
一、工程概况
北京地铁16号线是北京地铁在建的一条地铁线路，全线长36公里，设置车站24座。 线路南起于丰台区宛平，经过北京丽泽金融商务区、西城三里河、国家图书馆、西苑等地，北端在永丰与北京地铁山后线接轨，建成后将极大带动北京南城特别是丰台南部地区的发展。
16号线16标，为16号线中间一个标段，包括一站一区间，分别为二里沟站～甘家口站区间、甘家口站。标段位于三里河路上，自南向北沿路重要建筑为钓鱼台国宾馆、解放军报社、甘家口大厦、中国建筑大厦等。
甘家口站（原车站名称为阜外大街站）是M16线和M3线的换乘站。位于阜成门外大街西端与三里河路十字交叉处，跨阜成路南北向布置在三里河路路中下方。M3线车站为远期规划实施，跨路口设置与M16线“十”字相交，东西向设置。车站为岛式车站，车站长273.9m，总宽23.2m，拱顶覆土厚度约为12.5～13.8m，底板埋深约31～31.5m。主体结构为地下两层直墙三连拱结构。主体结构采用暗挖PBA工法，上部、下部各设4个导洞，逆筑施工。车站主体共设置三座施工竖井，分别结合B出入口、C2出入口及安全出入口设置。本站附属结构共设4个出入口（包含A、B、C1、C2出入口）、1个安全出口、2个无障碍出入口，2个风道。
降水工程概况见表1。
1.1工程地质。按照地层沉积年代、成因类型、地层岩性及其物理力学性质对地层进行划分，具体为：
①人工堆积层：包括粉土填土及杂填层，一般厚度在1.5m～4.7m。
②第四纪全新世冲洪积层：粉土层、粉质粘土层、粉细砂层厚度在1.5m～5.8m。
③第四纪更新世冲洪积层：卵石、粉细砂、粉土、粉质粘土、卵石、中粗砂、粉细砂、粉土、卵石、粉质粘土、卵石。厚度在23m左右。其中主要地层为卵石，其他地层为夹层，分布不均，厚度不一。
1.2水文情况。水位埋深24.80～24.91m，水位标高24.52～25.70m，含水层主要为卵石⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层、粉土⑦3层。粉土⑧2层、卵石⑨层、中粗砂⑨1层、粉细砂⑨2层，粉土⑨3层、粉土⑩2层、细中砂⑩3层、卵石?层，含水层底板主要为砾岩?层和泥岩?1层。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开采方式排泄。该层水受水源三厂开采的影响，水位标高由北向南逐渐升高。
水文地质剖面图
甘家口站暗挖结构的中下部位于层间水（三）含水层中，底部位于粉质粘土和卵石夹层中。层间水含水层岩性主要为卵石⑦层和卵石⑨层，对结构施工影响较大，因此需将地下水进行疏干控制。根据结构资料、场区地下水情况，车站主体结构施工受地下水影响。拟建结构底板与地下水水位关系见表2
二、降水设计方案
拟在甘家口车站四周设置管井进行降水。管井为潜孔锤成孔，井径为273mm，管径为194/5mm钢管，井深40m，标准井距5m。共计管井109眼。
2.1施工工艺流程。空气潜孔锤施工工艺流程图见下图。
空气潜孔锤施工工艺流程图
2.2关键施工工艺
2.2.1定井位：根据降水施工设计方案提供的井位图、地下管线分布图及甲方提供的坐标控制点，并参照结构控制点施放降水井井位。正常情况下井位偏差≤50mm，若遇特殊情况（比如地下障碍、地面或空中障碍）需调整井位时，应及时通知技术人员在现场调整。
2.2.2钻机就位、调整：钻机就位时调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，以保证钻机安装平稳。安放带管靴的套管和钻杆、钻头和冲击器，连接空压机并进行试运转。
2.2.3钻孔、排渣处理：为防止偏孔，開孔时要采取慢速冲击。冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升。边钻进边排渣，直至达到设计孔深。
2.2.4提钻杆、清孔：钻孔达到设计孔深后，提钻杆，加大风量清孔。
2.2.5下管：下管前检查井管是否已按设计要求包缠尼龙纱网，井管确保在井孔居中不歪斜，钢管采用焊接。
2.2.6填滤料：填料从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，填料高度严格按设计要求执行。边填料边起拔套管，套管起拔时应避免孔内井管被一起拔出。
2.2.7水泵安装、试抽水：安装满足设计要求的潜水泵，并进行试抽水。
2.3施工设备及材料。施工中采用的设备型号、数量与降水井材料如表3和表4所示。
2.4降水效果。截止2014年6月底，甘家口站降水井已全部施工完毕，抽水水量满管，达到设计降水标高，满足设计要求。 3优点分析
3.1施工进度
反循环：钻孔、制备泥浆、清孔、下管等工序每井施工时间每孔超过30h，对于居民区内夜间施工扰民现象时常发生，不利于施工。
潜孔锤：潜孔锤钻进效率高，生产实践证明，其钻研进效率比回转钻进效率高了3～10倍，效率提高的原因是：单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；由于无液柱压力，在无地下水的情况下，改善了孔底破条件。钻孔3h～5h，无需制备泥浆、清孔，下管简便，每井施工时间8h内可完工。
3.2施工质量
反循环：孔深越大，扭矩越大，成孔垂直度无法保证，反循环在砂卵石地层难成孔，极易卡钻、咬钻，孔径大小无法保证。
潜孔锤：比起回转钻进，风动潜孔锤钻进所需的钻压和扭矩要小得多，由于为空气作为动力，故钻进扭矩不随深度的增加而增加。这样可减轻钻机的设备的质量和能力，而且钻具转速低，钻具对孔壁的碰撞机会较少，而且这种钻进方法是以高频对孔底冲击，降低了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时，也可减少孔壁地层坍塌。
3.3環保
反循环：占地大，需要制备泥浆循环系统，产生大量泥浆，施工噪声较大。
潜孔锤：风动潜孔锤钻进采用的无循环干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，不污染环境。干成孔工艺，无泥浆，且孔径较小，每井排渣量不到1m?；采用静音空压机，钻机外罩帐篷，施工噪声较小。
3.4成本
反循环：包括泥浆池、泥浆循环水沟、设备占地、堆渣场地等每孔施工占地不小于100㎡，在市区内施工占地困难，占地费用高昂。而且钻井速度慢，时间长，拉长工期致使成本增加，而且反循环钻头为金刚石钻头容易磨损，需及时更换，从而造成成本增加。
潜孔锤：设备占地、堆渣场地等每孔施工占地20㎡～30㎡即可满足施工要求，故占地费用较低。潜孔锤钻头在坚硬破碎岩石中伴用，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，大大降低了钻头成本。它改变了传统的切削和研磨碎岩方式，使岩石成体积破碎，大大提高了钻进效率和对坚硬及复杂地层的适应性。
结语：本文从施工进度、质量、环保、成本等方面对反循环法与潜孔锤施工方法进行分析比较，可以看出潜孔锤在城市卵砾石地层施工降水井具有广泛的前景。