泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用

随着国家加大基础工程建设的投入力度，基础工程建设在很多时候要进行降水位后，才能进行其他施工工作。泵吸反循环钻进工艺施工具有成孔速度快、质量高等优点，因此被广泛地应用于降水工程中。

1工程概况

北海市铁山港煤电厂拟建的3层楼水泵房，泵房为框架结构，建成后泵房有2层需要沉降到地面以下，下沉后要在泵房前面开挖，泵房的抽水口与大海相通。水泵房基底砂层的涌水量约120m3/h，相对隔水层为第二层黏土层。在距离基础的10 m，15m处，设计两排降水井共有一百口井，井距5m，第二排井井位在第一排井的两井之间连线的中垂线上外延5m处，呈梅花型布置。

南宁市琅东金湖广场附近某商场地下室地基开挖，基坑边坡用锚杆护坡，表面喷浆防雨水冲刷，已开挖了10m左右，因涌水量大，无法往下开挖施工，采取轻型井点降水、后开挖措施，因而设计了降水井，我们参与了部分降水井的施工。以上工程的降水井设计井深在20m～40m之间，钻孔直径500mm，降水井用PVC塑料管做井管，外径300mm，外层填砾。

1.1地层特征

铁山港煤电厂地层条件如下：0～15m左右，为素填土，中、粗砂，吹砂填海的砂填成，结构松散；15m～18m为淤泥、淤质土层，淤泥、淤质土褐色，结构松散；18m～20m为黏土层，黏土紫红夹白色，硬塑性；20m～36m为粗、砾砂层，结构松散；36m～40m为黏土层，硬塑性，该层未揭穿。

南宁琅东金湖广场附近某商场地层：已开挖了10m左右，从基坑底面算起，0～10m为含中砂黏性土，褐黄色；10m～20m 为中、粗、砾砂层，结构松散；20m～30m为卵石层，结构松散，粒径一般为3cm～7cm，最大达20cm；30m～32m为泥岩岩层，灰褐色。

1.2施工工艺选择

由于第四系地层结构松散，因此保持降水井孔壁稳定是关键，在地表砂层处，孔口应埋设护筒。施工中要配制合格的泥浆，保持孔壁稳定。为了提高降水井的成井速度和降水井的出水量，降水井采用泵吸反循环钻进工艺施工。

2施工准备

确定采用泵吸反循环施工方案，采用GY—50型轻便轮式转盘钻机、水泵组施工设备；转盘通孔直径135mm，确定钻杆直径，完成Φ108×4.5岩芯管改制主动钻杆、钻杆及配套水接头工作，准备需要的材料和设备进场。3降水井主要施工工序及施工要点

井位桩—下护筒—配制好泥浆—钻机就位—连接好正反循环管路—采用注浆启动法，启动砂石泵—形成反循环—钻进至符合设计要求—提钻—下井管—填砾—抽水至抽出清水。

施工要点为：配制泥浆、下护筒、钻孔、下井管、填砾和抽水等阶段。

4钻探设备选择和施工

一般泵吸反循环设备质量较大，为了便于搬迁与孔位间移机，选择轻便设备：

钻机：GY—50型轻便轮式转盘钻机（长沙探矿机械厂制造），配195S柴油机动力，2台套。

水泵组：能向钻孔内输送清水、泥浆，实现正循环，又能通过钻杆从钻孔内抽吸含有黏土、砂、卵石的混合体，实现反循环钻进施工。离心泵配175柴油机，砂石泵配S110柴油机，2台套，水泵设备串联（根据泵吸反循环工作原理，用阀门启闭来控制冲洗液流向，关闭砂石泵阀门，进行正循环送、注水；打开砂石泵阀门，关闭离心泵实现泵吸反循环），并装在板车上，便于移动。

主动钻杆、钻杆：由Φ108×4.5岩芯管改制而成，主动钻杆外层做成六槽的花键轴，用6条宽度2cm，高度1.2cm的钢板条六等分点焊在Φ108×4.5岩芯管，轴外配花键套，转盘带动花键套转动。

该配套设备总体约1.5t，质量轻。

5泵吸反循环的工作原理

泵吸反循环是利用砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱压强和大气压的作用下，冲洗液由泥浆池经钻杆外环与孔壁之间的环状空间流向孔底，将钻碴带进钻杆内腔，再将砂泵石排到地面，喷射到筛网（便于观察和清碴），冲洗液流入泥浆池经沉淀后，冲洗液流向孔内，形成反循环。

5.1技术参数

流体上返速度选择，从理论上说，钻杆内流体上返速度越大，携带钻碴能力越高，钻速高，但是流速过高会使水接头上的弯管磨损速度加快，同时下流的冲洗液对孔壁冲刷力加强，不利保持孔壁的稳定。按钻杆内径99mm计算，粒径90mm～95mm 岩块，悬浮速度小于1.0m/s，选择上返速度约为2m/s～4m/s较为合适，相应的砂石泵的泵量选择在56m3/h～112m3/h，小口径选择泵量在60m3/h左右。

钻进深度，由泵吸反循环的工作原理知道，循环动力的砂石泵的真空度，一般砂石泵的工作压力在0.09MPa～0.098MPa之

文章编号：1005－6033（2009）25－0225-03收稿日期：2009－07－08泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用

李振海

（广西壮族自治区二七四地质队，广西北海，536005）

摘要：以煤电厂、商场工程为例，介绍了泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用。

关键词：泵吸反循环钻进工艺；降水工程；水井施工

中图分类号：P634文献标识码：A

225间，最大连续吸程为8m左右。如果忽略不计循环时不携带钻碴在管内的形成的水头损失，钻进深度基本上不受。但是实际上，反循环的钻进深度受到流体在流动时阻力，液面与水泵的高差等不利因素的影响，钻进深度将受到。一般深度在40m～50m时钻进效率最高，70m内可以维持额定泵量和最大的排碴能力，超过70m后，效率明显降低。因此泵吸反循环的钻进深度在80m内较为合理。上述两个工程的降水井施工，井深在40m 内，因此选择泵吸反循环工艺是合理的。

钻头选用，泵吸反循环钻进使用的钻头对钻进效率影响极大。为了使钻头能将钻碎的钻碴及时顺利吸入钻杆内，钻头在回转过程中应形成一个中心向内凹的锥体，才有利于抽吸钻碴。根据吸口管内径，选用三翼状，吸口以下用一字翼片与中心管焊接，三翼片下方与中心管焊接，上方与导正环焊接形成锥状硬质合金钻头。

5.2钻进参数

钻压：由于第四系地层松散，钻进压力只要能搅动浮起钻碴即可，在卵石层钻进可适当增加钻压。钻压按单位直径长度压力0.3kN/cm～1.2kN/cm，钻压为15kN～60kN，一般选取低值，甚至是超低钻压。

转速：以不蹩车、排碴正常为宜，小口径钻进，钻头外径线速度控制在0.5m/s～1.2m/s，松散地层转速选取低值，选取钻机上的转速54r/min。

泵量：选择在60m3/h左右，地层稳定时适当加大泵量，可提高钻速。

6施工方法

6.1埋设护筒

护筒长0.6m，用旧200L铁油桶改制而成，对正桩位埋好。

6.2泥浆配制

配制足够泥浆满足循环的需要量，泥浆的质量分数控制在1.05～1.10，施工第一个钻孔，用黏土粉倒入孔口利用水流搅拌均匀；施工第二个钻孔，抽取第一个孔泥浆池的泥浆。泥浆槽是泥浆池流到钻孔的通道，为了能够迅速回流，孔口端应低于泥浆池槽口端，且槽底要有一定的坡度，槽宽不小于50cm。

6.3钻进和钻速控制

连接好主动杆后，把主动钻杆提到最高处，采用注浆启动法，启动砂石泵。利用离心泵向砂石泵、钻杆注满清水或泥浆，观察孔口水面不冒气泡时，启动砂石泵，全部打开其阀门抽水，逐渐关闭离心泵阀门，形成反循环后，关闭离心泵阀门，停下离心泵，转动下降钻具，进行反循环钻进。

钻速控制：根据不同地层选择最佳钻速。在松散粗颗粒地层，钻速过高，则吸入管内钻碴增多，冲洗液比重增大，管内外压力差减小，形成管路堵塞，不能正常施工；钻速低，钻进效率差，影响施工进度。笔者通过多次施工总结了一些经验，以砂石泵，钻孔直径500mm为例，钻孔每米深度体积约为0.2m3，泵量为60m3/h，淤泥层、砂层选择钻速为0.5m/min～1.0m/min，按钻出即排走计算，含碴量为9％～17％之间，卵石层，泵量为60m3/h，选择钻速为0.3m/min～0.6m/min，孔隙率忽略不计时，含碴量约为6％～11％。

保持孔口水位。发现回流不足，立即关闭砂石泵，配制足够泥浆，采用注浆启动法，启动砂石泵，形成反循环后，才能继续钻进，如果孔口水位过低容易发生孔壁垮塌。

观察排碴情况和水量的大小。钻进过程中观察喷射筛网的排碴情况、水量的大小及观察地层情况，发现钻碴量突然减小或返水量减少，这是管路不畅通的征兆，应该及时提动钻具，减轻孔底压力，控制进尺或者停止钻进，恢复正常后继续钻进。换层时要控制给进速度，防止管路堵塞。管道堵塞时，提钻进行检查，一般多在孔底吸入口、弯管、阀门、砂石泵内腔等部位堵塞。

防止管路堵塞。保证管路畅通，在加接钻杆或暂停钻进出口或提升钻具前，停车后砂石泵运转1min～2min，使钻杆内的钻碴排到地面；吸入管道内径应小于或等于砂石泵吸入口的内径；控制钻进速度，防止因泥浆含碴率过高，发生管路堵塞。发生堵塞故障时，检查排除故障。如在卵石层钻进，发生管道堵塞，一般多在孔底吸入口、弯管、阀门、砂石泵内腔。

防止管道泄漏，保持管道内真空度。吸入管道、接头泄漏是反循环不能正常运行的常见原因。常见有：水接头、钻杆接头漏水，如漏水点在液面以上，容易发现；在液面下，不易察觉。因此施工中各连接部位要密封好。

6.4下井管

钻至设计深度，经甲方验收合格，根据含水层位置，第一节管头包纱网固定好，花管下在含水层的位置上，井管下到底后对中。

6.5填砾

按甲方提供的砾料和填砾要求进行。

6.6抽水和验收

填砾完成后，下潜水泵进行抽水试验，至符合要求，经甲方验收合格签字。

7正循环钻进与泵吸反循环钻进工艺对比

7.1泥浆的质量分数

在第四系地层钻进，特别是在砂卵石层，正循环泥浆的质量分数要求在1.2以上，才能满足排碴要求，保持孔壁稳定；泵吸反循环泥浆的比重在1.05～1.10，就能满足排碴要求，保持孔壁稳定。因此采用反循环钻进工艺，减小了黏土材料的消耗量，节约材料费用。

7.2钻速对比

正循环钻头切削下来的岩土碴，大块的要破碎到适当的块度，才能排出孔外，存在重复破碎现象，钻头磨损严重；泵吸反循环钻头切削下来的岩土碴，通过流体作用，能够立即从孔底上返到地面，减少重复破碎，钻进阻力低。因此泵吸反循环钻进工艺与正循环钻进工艺比，具有钻速高以及钻头的磨损小，孔底沉碴少的优点。

7.3地层分层

泵吸反循环钻进工艺，钻出岩土碴能够立即从孔底上返到地面，通过观察喷射到筛网的岩土碴，可以反映的层位清晰，从而分层准确；而正循环钻进工艺，存在重复破碎，上返的时间差，前后的钻碴混杂，分层相对困难。

7.4洗井速度及出水量对比

正循环钻进工艺，钻进行时间长，泥浆比重大，孔壁形成的泥皮厚，下井管前要进行换浆，洗井时间约需要一天半的时间；泵吸反循环钻进工艺，泥浆质量分数小，孔壁形成的泥皮薄；基本上不需要洗井，抽水0.5h即出清水；反循环洗井进度快。出水量，经过抽水试验，反循环工艺施工的井与正循环工艺施工的井对比，反循环施工的井其出水量比正循环施工的井大20％左右，成井质量好。

7.5成井速度对比

比如在北海市铁山港煤电厂施工一口井深约40m左右的井，正循环钻进约要1.5天的时间，洗井要1.5天时间，一般需要3天时间左右才能完成一口井的施工；同样，施工一口井深约40

李振海泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用本刊E-mail:bjb＠sxinfo．net实践与创新226

科技情报开发与经济

SCI -TECH INFORMATION DEVELOPMENT ＆ECONOMY 2009年第19卷第25期

The Application of Pump Reverse Circulation

Drilling Technique in Dewater Construction

LI Zhen-hai

ABSTRACT :Taking the coal－fired power plant and shopping plaza engineering as the examples ，this paper introduces the application of the pump reverse circulation drilling technique in dewater construction .

KEY WORDS :pump reverse circulation drilling technique ;dewater construction ;well construction

m 左右的井，泵吸反循环钻进要3h ，抽水时间需要0.5h ，3.5h 即可完成。因此泵吸反循环钻进效率高。2003年10月在北海市铁山港煤电厂两台钻机只用了30天完成了100口降水井的施工工作。2003年11月在南宁市琅东金湖广场附近某商场地下室地基开挖降水工程，两台钻机只用10天完成22口降水井施工。

8结语

泵吸反循环钻进工艺技术与正循环对比，有成井效率高以

及钻头磨损低、孔底沉碴少、孔壁稳定、地层分层清晰、成井质量

好、经济效益显著等优势，特别是在第四系地层施工优势尤为明显。该工艺应用于水文水井施工具有明显优势。

参考文献

［1］工程地质工程施工钻工［M ］.北京：地质出版社，1999.

（责任编辑：王永胜）

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第一作者简介：李振海，男，1961年3月生，1984年毕业于长春冶金地质学校钻探专业，助理工程师，广西壮族自治区二七四地质队，广西壮族自治区北海市海城区高德路69号，536005.

1工程概况

太原市集中供热（二电）管线过汾河管线工程位于胜利桥以

北约500m 处，管线由东向西，从省林业学校以西先穿过在建的滨河东路，穿越汾河，再穿过在建的滨河西路接西线，管径800

mm ，管道埋深12m 。滨河西路下埋设有黄河供水有限公司供水主管道，管径2000mm ，管型为球墨铸铁管。

本工程2号小室与供水管道相邻。根据地质资料，2号小室0～6m 范围为人工回填土，主要成分：由炉灰、砖块、碎石等建筑

垃圾和生活垃圾堆积而成；

6m ～10m 为细砂，10m ～15m 为粉质黏土。15m ～18.5m 及以下为粉土。地基承载力：粉土和粉质黏土135kPa 。2号小室结构设计尺寸为8m×6.1m×15.65m ，基底高程777.683m ，地面高程793.34m ，地下水位786.00m 。

2工程特点分析及施工部署

因2号小室东侧有三条d 800mm 管道，南侧有2条d 800

mm 管道与小室连接，

原设计为大开挖施工。考虑到地下水、开挖深度以及周围管线等不利因素，基坑大开挖支护成本过高，施工风险大。经过反复考虑改为沉井施工较为合理。

施工流程：场地平整—深井降水—基坑开挖到－6m 处，人工回填土全部挖去—细砂及粉质黏土作为持力层，制作沉井主体结

构—沉井结构部分拆模后封闭预留洞口—用附近管线基槽开挖

出的细砂回填基坑至自然地平—拆除沉井刃角支撑，

人工取土下沉—下沉至－10m 左右处，因摩阻力与沉井自重相当，沉井周围机械均匀取土到－5m 处—沉井下沉至－12m 处，因粉质黏土摩阻力较大，沉井周围注水减小阻力—下沉到距预定位置－0.5m 处，逐步停止注水—下沉到位后，沉井封底，小室管道施工

3沉井降水设计

施工方法为沉井施工，降水水位按降到基底下－1m 处考虑。

据地质报告，沉井所在土层以细砂、粉质黏土为主，故采用坑外降水，防止刃脚附近产生渗流破坏，导致沉井失稳。为保证沉井工作面以及商品混凝土浇筑，深井井位距沉井井壁8m 。

基坑涌水量计算条件为：2号小室属潜水含水层圆形基坑降水，距河边界补水问题因管线同时降水，河流补给可不予考虑，按潜水

不完整井公式计算，可得Q ＝1811m 3

/d ，单井理论出水量为q ＝580m 3

/d ，深井井数为1.1×1811÷580＝3.43孔，深井布置为4孔。

4

沉井施工流程

4.1

沉井的制作

文章编号：1005－6033（2009）25－0227-02

收稿日期：2009－07－10

过汾河热力管道小室沉井施工

郑建伟

（太原市安装工程有限公司，山西太原，030012）

摘要：结合具体工程的施工情况，制定了供热管道小室沉井的施工方案，介绍了具体

施工方法，实践证明该施工方案合理可行。关键词：供热管道；施工方案；小室沉井施工中图分类号：TU833+.12文献标识码：A

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