干钻

不用冲洗介质的钻进工艺

干钻是指不用冲洗介质的钻进工艺。干式钻进对于环境的影响很小，而且在某些特殊场合如没有冷却液供应的情况下（如干旱地区、地外星球等）也能够顺利工作。

国内背景

国内对干式钻进用钻头的研究主要集中在对薄壁金刚石钻头的研究。薄壁金刚石钻头具有钻孔尺寸精确、钻进速度快、工作噪音低、对材料周边无损坏以及不需后续工序等特点，广泛用于建筑工程、桥梁道路及水电工程等的各种石材和钢筋、混凝土的钻孔。但国内对于干式钻进用薄壁金刚石钻头的研究主要集中在对钻头结构的研究，即在干钻过程中如何排屑和冷却钻头，对于干钻用钻头胎体材料的研究很少。

适用范围

干钻施工可根据地质情况选择干钻法或泥浆护壁法成孔。对黏结性好的土层、稳定砾岩层，可采用干式钻进工艺，无需泥浆护壁；对于松散易坍塌地层，或有地下水分布、孔壁不稳定地层应采用静态泥浆护壁进行钻进。本作业指导书主要针对黏结性好的土层、稳定砾岩层采用旋挖钻干式成孔法钻孔桩施工，对于原地面0~3m范围内的埋设钢护筒起到护壁作用。

工艺过程

先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示钻杆工作画面。从钻杆工作画面中可实时观察到钻杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将钻杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立控制。实现钻杆平稳同步起立。同时采集限位开关信号，对起立过程中钻杆左右倾斜角度进行保护。

在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在钻杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而钻杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的钻杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使钻杆最终达到作业成孔的设定位置。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示——动力头压力、加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到土方运输车方向的位置，用装载机将钻渣装入土方车，清运至适当地点进行弃方处理，以免造成水土流失或农田污染。完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。施工过程中通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，确保成孔质量。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时,要减速慢进；在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径；钻渣要及时运出工地，弃运到指定弃土场以达到环境保护的要求。

旋挖钻机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度及孔底标高；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录；标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；钻孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔时要及时清运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，测量孔深及沉渣厚度（沉渣厚度等于钻深与灌注前孔深的差值）。

钻孔达到设计深度后，必须核实地质情况。通过钻渣，与地质柱状图对照，以验证地质情况是否满足设计要求。如与勘测设计资料不符，及时通知设计地质专业到场核查。

优点

干式钻进由于具有诸多优点，也越来越引起人们的重视。干钻技术可用于地表及地外星球表面取样钻探、在建筑物上施工钻孔等。由于不需要钻孔冲洗介质，这种方法具有安全环保、节约成本等优点

存在问题及解决方案

由于在干钻过程中，钻头与岩石/混凝土的摩擦会产生高温，易导致钻头中的金刚石发生石墨化，从而降低钻头的性能，影响钻头的寿命，最终在影响施工

近年来，德国多特蒙德大学材料工程研究所的W. Tillmann教授提出了一个新的主要用于干式钻进的金刚石复合材料的概念，即“热保护层概念”。即通过向胎体材料中添加ZrO2、Al2O3等具有隔热作用的材料颗粒，减缓钻头工作过程中其表面产生的摩擦热向内部的传递，从而实现保护内层金刚石的目的。这种特殊的金刚石复合材料设计能够在胎体材料内层保护金刚石，使其温度不至于过高，从而防止金刚石石墨化，直至钻头磨损至该层。这一新的金刚石复合材料概念为干式钻进提供了可能，将使得新一代金刚石钻头设计得以实现。具有低热传导率的材料可以作为一种热屏蔽从而提高工件的耐磨性和工作寿命。

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