边坡治理工程

施工损坏钻具原因与对策

　　我公司自2001年开始进入边坡治理工程施工以来，先后承接了十几项边坡治

理工程。为了保证施工任务的顺利完成，据不完全统计先后购进了30型钻机5台，

50型钻机2台，100D型钻机8台，100B型钻机5台，购入各种规格钻杆1500多米，冲

击器120多台，钎头180多个，相应的过度接头近220个。在这些钻具的保证下绝大

部分工程都完成了任务，有的在施工中得到了好评。但在施工中钻具损失惊人，

据不完全统计，到目前为止，在施工中损失钻杆400多根，冲击器掉入孔中无法取

出的900多台，间接的损失难以统计。跟管损失也很大，断管现象严重，给公司造

成的经济损失很大，教训相当深刻。我们必须总结经验和教训，从中找到切实可

行的对策，以便使今后的边坡治理工程施工顺利，尽量避免出现掉冲击器和断钻

杆问题，加快施工速度，为公司创造更多的经济效益。

1钻具损失的原因

1.1地质条件不良

　　边坡治理工程都是在出现地质灾害后设计的，所以产生地质灾害，其主要原

因是地质条件太差，岩体软弱破碎，构造十分发育，经过滑坡之后，岩体松动，

张开裂隙纵横分布，在石灰岩中还存在溶洞。各滑坡体的岩性、成因也不尽相

同，有的是在施工过程中古滑坡体的复活；有的是坡体陡峭，岩石软弱破碎，在

切坡脚时坡体失稳，产生新的滑坡；有的是坡积层很厚，在削坡脚时产生滑坡。

不管是那种形式的滑坡，其成因都有地下水的作用，水对坡体的滑动层是一种润

滑剂，对坡体滑动起促进作用，在滑体中大多都存在较大裂缝，有的裂缝有充

填，一般为土夹碎石或碎石夹土，有的裂缝无充填物。综上所述滑体的地质情况

相当复杂，给造孔工作带来了很大困难，往往容易损失或丢失钻具（钻杆和冲击

器），这是客观存在的现象，但不是绝对的，我们在施工中通过钻孔可以了解客

观，认识客观，从中悟出改造客观的有效方法，经过主观努力完全可以找到钻孔

的规律，减少或避免过多损坏钻具的问题。

1.2钻杆质量问题

　　1.2.1开始施工时，为了及时进场，几批钻杆都是在市场上购买的，这些钻杆

的壁薄，公丝与母丝都是焊接的，且公丝和母丝都是经调直后加工的，未经过热

处理。到工地后自己用A3钢板焊接成麻花叶片的，叶片直径几乎与钻孔直径相

同，叶片螺距较小，加工形状不规整，加之用100B钻机，钻杆的摩阻力相当大，

钻杆断裂经常发生，基本上未成几个孔，冲击器损失很多，致使钻孔作业一时受

阻。

　　1.2.2自己加工钻杆，第一、二批钻杆加工方法同前，只是叶片加工比较规

整，但没有解决接头焊接问题，这些钻杆又不能正常使用；第三批自行设计后委

托专业厂家加工的，并将公丝的一端拧入钻杆体内，取消了焊接；这批钻杆使用

时间较长，大部分孔都是这批钻杆施工的。

　　1.2.3在专业加工厂加工的φ73麻花钻杆，其加工方法也不适用于在不良地质条

件下使用的，公丝母丝都是在调直后加工的，然后插入钻杆本体内，采用打孔插

入销钉，并把销钉焊在孔内，接头的连接处采用焊接，采用这种方法加工的钻杆

至少有2～3批，结果钻杆大部分都断在公丝的焊接处，少数断在公丝的根部和母

丝的焊口处，其原因是焊口与销钉不同时受力，首先是焊口受力，焊口是不能承

受很大扭矩的，销钉孔必然产生应力集中，破坏了钻杆的本身强度。因此致使这

批钻杆损坏严重。

　　1.2.4在昆明加工的φ73麻花钻杆，母丝仍然用焊接，公丝采用螺纹与钻杆本体

相接，然后在接口处焊接。但因钻杆不可能拧得非常牢靠，在使用中焊口开裂，

加之用的钎头直径偏小，麻花叶片被严重磨损，返回厂后又重新加工叶片，且在

公丝接头处加了焊接销，仍然未解决根本问题，多数都在焊接处裂断。

1.3跟管钻进的利弊

　　目前在破碎岩层中钻孔，在通常方法不能成孔时，往往采用偏心跟管钻进。

跟管钻进的利在于不塌孔，很少出现卡钻现象，但这样跟管的弊端也突出。一是

这种跟管法的摩阻力很大，消耗了不少动能，削弱了钎头的破岩功率。二是跟管

接头非常薄弱，经常在丝扣处断裂，有的也在管靴处断裂，致使跟管作业半途而

废。三是作业速度慢，主要是装卸管花费的时间太多，进度相对较慢。四是钻孔

较深，跟管往往不能到底，有时跟到底又拔不出来。

　　上述这些问题在水电站边坡施工时都遇到过，跟管作业仅成了4个孔，后来放

弃了跟管方法。

1.4操作方法问题

　　公司录用的钻工，绝大部分人都没有经过专门的技术培训，都是学中干，干

中学，加之文化水平偏低，对所使用的机械性能没有进行深入细致的了解，都是

凭自我感觉来操作，不严格按操作规程进行施工，其表现如下：

1.4.1施工初期采用100B型钻机，遇到卡钻现象时，采用频繁的正反转来处理，以

为正转卡住反转就能解卡。其实不然，我们使用的是麻花钻杆，其钻杆本身的阻

力就相当大，钻杆是多节结合体，反转只能在某节的接头处松动，根本解决不了

卡钻问题，在钻进过程中要绝对禁止反转。频繁正反转的结果，必然对丝扣造成

磨损，长此下去就会把丝扣磨坏，造成掉冲击器问题的发生。

1.4.2钻杆推力过大

　　在施工过程中，工人为了追求钻孔速度，往往都加大钻杆的推力，以为这样

进尺快，这是不正确的想法。在钻进过程中必须根据地质情况来选择钻杆推力

（钻压），合适的推力可以提高钻进的速度，一般情况下，在比较完整坚硬的岩

层中钻孔要适当提高推力，相反在比较破碎软弱的岩层中，特别是在有裂隙破碎

带的岩层中钻孔，必须适当减少推力，否则推力过大，遇到严重卡钻时就无足够

的后退力，结果既是转不动，也退不出来，最后把钻杆弄断，丢掉冲击器。钻杆

推力过大会造成偏孔现象，尤其在孔中岩石软硬不均时更为突出。所以在钻孔过

程中钻杆的推力始终不能太大，要留有余地。

1.4.3钻机转速选择不当

　　我们现有的各种钻机，除100D型钻机以外，其他钻机都能调节转速。100B钻

机是用进气量（风压一定）来调节的，30型钻机是用油压来调节的，50型钻机是

用档位来调节的。在施工过程中，必须根据岩层情况来正确选择转速，通常情况

下，岩体坚硬完整性好时，钻机的转速要低一些，这样凿出的岩粉细，便于排

渣，在岩体比较软弱破碎时，钻机的转速要适当高一些（不能使用最高转速），

有利于麻花钻杆排渣，遇到卡钻时可以用低转速来处理卡钻问题，因为转速和扭

矩是成反比的，转速越高扭矩越小，转速越低扭矩越大。另外转速高破出的岩粉

粗，转速低破出的岩粉细，在软弱破碎的岩层中，特别是坚硬破碎的岩层中钻孔

要正确选择转速，不能过低，也不能过高，必须适当。如果扭矩太大，一旦发生

卡钻时，将很难处理，给掉冲击器造成了机会。

1.4.4装卸钻杆和油管不严格按操作规程办

　　在施工过程中，为了方便，接钻杆时丝扣不涂油，不先拧入几扣，而是用钻

机将钻杆硬拧入，对钻杆丝扣的磨损严重，长此下去丝扣必然过早损坏，造成掉

钻杆和冲击器的可能性。卸掉的钻杆到处乱扔，不按规定摆放整齐有序。卸掉的

油管端头不封堵保护，致使尘土甚至砂粒进入油管内，对油泵损坏极大，一台油

泵用不了多长时间压力剧减，油泵报废；油管不封堵，液压油浪费大，装卸油管

有打弯时存在硬拉现象，致使油管破裂。

1.4.5在钻进过程中眼睛不盯着钻机进行操作

　　在钻进过程中，操作手的眼睛要始终看钻进情况，以便及时发现问题：进尺

突然加快，不进尺，卡钻，并能根据具体情况，及时采取正确的方法处理，当遇

到突然进尺加快，可能遇到软弱破碎带或大裂缝，这时要减少推力，反复排渣，

避免出现卡钻现象，防止掉冲击器；当遇到不进时，可能是冲击器不工作，或遇

到什么障碍,也必须判明情况及时处理；当遇到卡钻时，要加强排渣，前后拉动钻

杆，直到不卡钻时再正常钻进，实在不好处理时，可适当加大扭矩和提拔力，慢

慢进行处理，直到解决问题为止。

1.4.6对钻具检查保养不及时

　　对于我们的操作手来说，只要钻机能打孔就继续使用，很少对钻机各个部位

进行检查，这样就使本来是小毛病，因不及时检查维护，最后变成大毛病，致使

钻机无法使用。对一个钻机操作手来说，必须时时刻刻注意钻机的各个部位。紧

固螺丝松动要马上拧紧，该注油涂油的部位要及时涂油和注油，这样可以延长钻

机的使用寿命，不致于过早的损坏钻机，对于钻杆也要在使用前检查好，发现螺

纹磨损严重，有脱扣可能的钻杆，有裂纹的钻杆必须剔除，不能与好的钻杆放在

一起，免得一根钻杆不好，造成其他钻杆掉在孔中。

1.5缺少钻杆打捞工具

　　进入边坡治理工程施工快5年了，我们的钻杆都是自己加工的，钻杆的中孔直

径均为φ20左右，而工地现有的打捞工具的尺寸与现有的钻杆不配，掉了钻杆就无

法打捞。结果是孔浅一点的就用人工开挖取冲击器和钻杆，孔深了或不具备开挖

条件的，只好把钻杆和冲击器丢在孔中。如果有相应的打捞工具，就不会丢那么

多钻杆和冲击器。为此我们要在有加工能力的厂家及时加工钻杆的打捞器。

2目前国内加工麻花钻杆的方法和存在的问题

2.1麻花钻杆的加工方法

2.1.1φ54以下麻花钻杆的加工方法

　　首先加工公丝与母丝接头，在加工之前先把材料调直，其硬度≥HRC28。焊

接方法有两种；一种是坡口焊接，即将接头的焊接处和钻杆本身的焊接处均车成

边口，然后将接头和钻杆本体对齐，在焊口周围均匀焊接，这种方法简单易行，

采用的比较多。另一种是采用摩擦焊接法，该法的焊接质量要好于对焊。焊接后

再在钻杆本体上焊麻花叶片，麻花叶片的加工方法有两种；一种是在钢板上切割

同心圆环片，然后把圆环片切一个口子，在烧红状态下拉成螺旋叶片，然后把一

个个螺旋叶片焊在钻杆本体上。另一种方法是把钢板切成带状板条，在钻杆本体

上车成螺旋线，然后把带状板条沿螺旋线焊在钻杆本体上，其方法是在焊接时用

乙炔把板条烧红，沿钻杆本体的螺旋线逐渐焊接。这种方法要好与前种方法，焊

出的叶片规整，位置准确，叶片的接头很少。

2.1.2φ73以上麻花钻杆的加工方法

　　这种钻杆的直径较大，首先加工公丝与母丝接头，同时在钻杆本体两端上加

工出梯形母丝，公丝接头一端加工成锥形螺纹，另一端加工成与钻杆本体相配的

梯形公螺纹，再将接头装入钻杆本体上，接口处采用焊接，有的还在接头处装上

焊接销；母丝接头一端加工成锥形母丝，另一端加工成梯形公螺纹，连接方法与

公螺纹接头相同，接头加工前也是先调直，其硬度≥HRC28。焊完接头之后再焊

麻花叶片，加工方法与φ54钻杆相同。

2.2麻花钻杆存在的问题

　　麻花钻杆主要应用在破碎岩层中钻孔，加上麻花叶片以后，钻杆的摩阻力相

当大，钻杆本身要承受特别大的扭矩。所以用上述方法加工的钻杆存在如下问

题：

2.2.1在大量的工程实践中发现钻杆的公丝接头坏的约占90%，断裂部位都是在焊缝

附近，个别断在公丝的根部，母丝断的相对较少，其断裂部位也在焊缝附近，其

原因是焊接后，焊缝附近的材料晶体组织产生变化，易脆断。

2.2.2焊接销没有起好的作用，断裂的钻杆大都在焊接销处开裂，其原因是在钻杆

接头处钻孔，必然产生应力集中现象，在动扭矩的长期反复作用下，首先在孔边

产生小裂纹，裂纹很快发展，致使钻杆接头断裂。

2.2.3接头没有进行热处理，仅在加工前调直，接头螺纹的表面硬度不够，在使用

中螺纹易磨损。

3在今后的施工中应采取的对策

　　大量的工程实践表明，国内生产的钻杆质量不能满足工程需要，我们深受其

害，既造成了经济损失又影响了工程进度。为此，我们必须采取切实可行的有利

措施，彻底解决此类问题，再不能从市场上和厂家直接购买钻杆，必须自己加

工。

3.1麻花钻杆的加工方法

3.1.1选择优质无缝厚壁的无缝钢管作为钻杆材料。目前国内可用的钢材有：R780

和D40厚壁钢管，如果有条件可选用国外的优质钢材。钻杆钢材的力学性能要好，

特别是抗扭强度要高，抗疲劳强度要好。

3.1.2加工方法

　　(1)φ54钻杆壁厚不小于6mm，取消接头焊接法，其做法如下：首先把钻杆两端

墩粗，在墩粗时仅让内孔缩小，外径可增加5mm左右，加工公丝端的内孔要缩到

φ20，加工母丝端内孔缩到φ25左右，然后再加工公丝和母丝梯形螺纹，除掉螺纹

深度后，管壁厚不得小于8mm，在钻杆本体上车出螺旋线，采用16Mn钢条带板材

焊麻花叶片，板材厚6～8mm，螺距10～12mm，叶片直径要比钻孔直径小2～

2.5cm，焊麻花叶片前，先在钻杆上车出螺旋线，加工完后进行热处理（仅是螺纹

部分，最好是表面热处理），硬度为HRC36左右。

　　(2)φ73以上麻花钻杆采用半整体加工方法，管壁厚不得小于8mm，两端都要墩

粗，然后在钻杆的一端加工成锥形母螺纹（除掉螺纹深度后，管壁厚不得小于

10mm），另一端加工成梯形母螺纹（除掉螺纹深度后，管壁厚不得小于10mm），

管内要留有台阶，台阶的宽度不小于10mm，螺纹的长度不小于锚杆外径。然后按

φ54钻杆麻花叶片加工方法焊上叶片，最后对两端螺纹进行热处理，硬度HRC36。

采用40Cr棒材加工公丝接头，一端加工成锥形公螺纹，另一端加工成梯形公螺

纹。其长度要比钻杆上的梯形母螺纹长10～20丝，加工后进行热处理，硬度与本

体上的相同，把这个接头拧在钻杆本体上即可，接口处不许焊接。

3.2对钻机操作手进行严格培训

　　我公司现在的操作手都没有经过严格培训，在施工中养成一些孤僻动作，对

钻具威胁很大。即造成经济损失又严重影响了施工进度，因此必须下决心培养钻

机操作手。

3.2.1钻机操作手的选择对象

　　钻机操作手的文化程度必须在初中以上，头脑比较灵活，好学上进，有一定

钻研精神，身体健康，年龄18～25岁（有钻孔经验的年龄可在35～40岁之间），

有耐性，吃苦耐劳，作风朴实。

3.2.2培训内容

　　(1)100D、100B、30型、50型等钻机的构造，工作原理，操作方法，操作规

程，钻机和冲击器的维护和保养。

　　(2)卡钻原因及处理方法

　　(3)目前国内在不良地质条件下的钻孔方法

　　培训后要对操作手进行考核，笔试与实际操作，合格者录用并发上岗证，今

后无上岗证的不得操作钻机。

3.3加工一批打捞钻杆的工具

　　目前市场上出售的打捞工具，在我们使用的钻杆上都用不上，所以我们要开

发研制一些适合自己使用的钻杆打捞工具，以备钻杆断裂后在孔中打捞钻杆，减

少钻杆的损失，保证钻孔施工的顺利进行。

3.4开发和研制旋转套管钻进钻机

3.4.1目前国内的套管钻进方法及存在的问题

　　目前国内现有的套管钻进设备都是偏心钻头跟管，套管都是由偏心钻头带进

孔中的，这种跟进方法是被动的，既消耗冲击器的冲击功，摩阻力又大，加之采

用的钢管质量和加工方法的问题，在作业过程中经常断管，钻进过程中装卸管速

度很慢，应用起来问题较多，所以这种方法没有大面积推广起来。

3.4.2开发同心旋转跟管钻机

　　为了彻底克服国内现有跟管钻进方法的弊端，我们必须下决心研制同心旋转

跟管钻机，这种钻机也采用偏心钻头，且大钻头前有一个小钻头（大小钻头为一

体），小钻头始终在孔的中心上，这样能比较好的保持钻孔的方向，起定位作

用，大钻头扩孔。套管的前端为一空心钻头，起切削孔壁岩石作用，套管本身是

旋转的，这样可克服摩阻力，钻后便于拔管，钻杆采用光面钻杆，既便于排渣又

减少了摩阻力。

3.5进一步研究钻孔注浆方法

3.5.1对目前采用的钻孔方法进行分析研究，现用的方法比较粗糙，一般都听钻机

操作手的，他们说在什么地方注浆就在什么地方注浆。注浆的材料配比掌握得不

准确，基本是自由注浆。浆液的固化时间长，在孔中加热也没有掌握熟练。为此

必须对注浆手进行培训，使他们能熟练操作，提高注浆质量和效果。

3.5.2购买潜孔电视设备

　　有这种设备可详细探察钻孔情况，提供准确的注浆位置，另是能详细了解孔

内的大裂缝情况，给采取措施提供了可靠的依据。

3.5.3研究封堵裂缝的有效方法

　　在锚索钻孔施工中经常遇到较大裂缝，使注浆量大得惊人，既废材料又影响

工期，为了解决这一难题，必须着手研究封堵裂缝的有效方法，以便减少注浆

量，加快施工进度。根据目前掌握的资料，可用发泡保温材料进行封堵，然后扫

孔，再用潜孔电视检查封堵效果，无问题时再推送锚索，而后注浆。

3.5.4孔内加热固化是提高固化速度的有效方法

　　钻孔注浆固化时间较长，一般都在8h以上，其原因是孔内温度较低，一般为

15°～16°之间，低恒温。温度低是材料固化慢的根本原因，即使加了早强材料

（三乙醇胺、水玻璃）在这种温度下固化也比较慢，也是因为温度低，再者是早

强剂注入孔后比例严重失调，早强剂在压力作用下大部分被挤到岩缝中。为了彻

底解决这个问题，必须解决孔内加热的问题，如果解决得好可不掺早强剂。如果

注浆材料的强度比较高，能够把孔壁碎石固牢，有可能采用光面钻杆打孔。

四、结束语

　　上述分析研究是笔者根据大量工程实践所得，所采取的实际对策也是从实践

中得出来的，且有的也是在实践检验中证明都是有效的，有的方法虽未在实践中

应用，但思路是对的，所提到的几种新设备（潜孔电视、旋转套管钻机）有的在

国内应用多年（潜孔电视），有的在国外早有应用，效果都是比较明显的。可经

研制为我所用。