潜孔锤钻孔技术在营岔调蓄水池工程中的应用
张家口赛区营岔调蓄水池工程范围内，地质情况复杂，地下水位高，施工现场部署紧凑，水电供应困难，且工期十分紧张。由于工程需要进行降水作业，依据上述条件，采用了潜孔锤成孔的方式进行降水井施工。潜孔锤根据传动方式的不同，可分为气动和液压两种类型。本工程所采用的气动潜孔锤是利用钻杆的旋转力，在潜孔锤的撞击力与破坏围岩的钻头共同作用下完成钻进，将滤水钢管同步埋设安装的施工方法。此工艺适用于多种复杂地质的钻进施工，而且相比其他钻进方法，钻进效率明显提高。
１ 工程概况
１．１ 工程概述
张家口赛区营岔调蓄水池工程是２０２２年冬奥会和冬残奥会崇礼赛区建设工程的重要组成部分，工程主要由蓄水池、沉沙池、泵站、净化池等组成。需要建造６座蓄水池，提供冬季滑雪场造雪用水，其中一个大蓄水池，蓄水容量约２０万ｍ³，最大开挖深度１９ｍ，同时兼顾场区景观效果即“澄福砚”景观；另外５个蓄水池蓄水容量一共约５万ｍ³，最大开挖深度１２ｍ。边坡的运用条件属于正常运用条件。受地质条件和地下水位影响，采用潜孔锤进行降水井施工，以提高施工速度和成孔率。本工程共完成降水井施工１３４眼，总米数２６８０ｍ。
１．２ 地质及地下水情况
工程位于崇礼区东南部的古杨树村西侧的低中山区太子城河上。场地复杂性和地基复杂性均为二级。场区分布的岩石主要为卵石和不同风化程度的花岗岩。大蓄水池土层厚度约８.５ｍ，小蓄水池平均土层厚度约６ｍ，土层以砂砾为主，土层以下均为岩石。稳定的地下水位为０.５０～９.９０ｍ，松散岩土类型的孔隙水是地下水的最主要类型。水在土体、岩石缝隙中的渗流，一方面会引起水量损失或基坑积水，影响工程效果和速度，另一方面将引起土体变形，降低稳定条件，因此需要降低地下水位。
１．３ 社会环境
蓄水池为冬奥会和冬残奥会造雪的必要工程，工程进度直接影响造雪和测试赛的时间。而且本工程开工时间较晚，大蓄水池及１号、２号小蓄水池还要提前蓄水，工程量很大，工期十分紧张。降低地下水位是开挖工作的必要条件，因此，选取合理的施工工艺缩短降水工期十分必要。
２ 施工工艺原理
潜孔锤采用风动潜孔锤，降水井钻进和滤水钢管安装同步进行。利用ＳＬ６００型钻机的回转力和潜孔锤的冲击力共同形成动力，进行土层和岩石的破碎，利用空压机提供的风能将碎渣吹出孔外。
空压机为潜孔锤提供动力以产生冲击能量，传递给专用钻头形成冲击力，钻机带动钻杆形成旋转力，与冲击力共同作用，破碎岩石完成钻进。由冲击装置排出的压缩气体作为洗井介质，把通过潜孔锤冲击、回转破碎的碎石和粉末吹出孔外从而实现在土体、岩体成孔。
钻孔时，利用偏心钻的冲击力带动钢管与钻孔同时推进，钻出的岩屑吹送至孔外，降水井达到要求深度后，把内钻杆与偏心扩孔钻头反转，将扩孔钎头收进中心位置后，从滤水钢管内拔出。
３ 潜孔���钻孔施工技术
为保证降水达到预期效果，在基坑周边环向布置管井，构成封闭降水体系，井中布置自动化水泵，并使用水泵将地下水抽出，以实现阻截蓄水池基坑外围地下水进入基坑的目的，同时也能满足降低地下水位的要求。
根据设计深度及相关参数，确定降水井井距为１５ｍ，降水井深为２０ｍ，施工时根据降水效果增加了降水井。井管采用φ２７３桥式滤水钢制管道，排水总管为直径４００ｍｍ的ＰＶＣ管，并根据现场排水口情况，沿降水井周围布设，排水管按照一定的坡度布置。为减少资源浪费，抽取的地下水用于钢筋混凝土养护、防尘、冲厕、清洗工地车辆等；蓄水池防渗结构完工后，将地下水排入湖中蓄集，作为造雪水源。
３．１ 施工工艺
施工机械设备进场后要做好机械设备进场检验登记并存档，检验合格的机械设备可投入使用。表层杂草清理干净后，将设备基础平整夯实，局部淤泥要进行开挖换填，以确保钻进过程中设备的稳定。
通过计算，降水井的布置间距顶为１５ｍ，局部位置按照实际需求进行加密。北侧沿建设范围线以外５ｍ进行布置，其他方向沿现状基底线范围环形布置，根据设计单位提供的测量控制点以及现场布置条件，利用ＧＰＳ测放所有井位及标高，测量完毕后在确定好的降水井位置标记清楚。
钻孔前要进行测试试验。试验中应确保提供压力平稳的空气源，试验时用专用击锤，锤头下铺垫一块厚硬木板，试验过程中轴压的确定，要以冲击器不脱离锤头，锤头不脱离硬木为准。钻孔施工采用ＳＬ６００型钻机配置气动潜孔锤成孔，局部水量较大的位置增加降水井深度。降水井井管采用２７３型桥式滤水钢管。井孔外形应保持圆正，方向垂直，且降水井深与设计井深之间的最大偏差不大于３００ｍｍ。潜孔锤钻进时，用钻头将过滤水的钢管下入井中，用过滤水的钢管固定孔壁。
降水井滤水钢管下入后立即填入直径为３～７ｍｍ干净砂卵石作为滤土材料，滤料中的杂质含量要小于３％。滤料填筑时，应由人工用铲子沿井孔的四周缓慢均匀填入。在滤料填筑完毕之后，要对降水井进行清洗，清洗利用水泵抽出，抽停循环，直到抽出的水清澈为止。降水井底沉淀应不大于０.３ｍ。
每眼降水井内安装一台潜水泵作为排水设备。潜水泵采用专用绳索吊放入降水井内。经过试验检测水泵能够正常运转，管路无渗水漏水现象后进行水泵排水。施工流程见图１。
３．２ 注意事项
在利用潜孔锤进行降水井钻进及下管施工过程中，钻杆的余量应该适宜，钻杆连接安装时，锤头要与降水井井底留有０.５ｍ的安全距离；在安装下一段钻杆之后，必须在钻进前供气；在本轮钻进结束时，应该吹孔底部２ｍｉｎ，以清除沉积在底部的碎片。
４ 设备参数及工作效率
４．１ 设备选择与效率
根据工程需要选择设备（见表１），钻进成孔和滤水钢管焊接、铺设同时进行。建设范围内上层覆土约２ｍ，土层以下为４～５ｍ砂砾料层，下层均为中风化花岗岩，平均成活速度为７ｍ／ｈ。
４．２ 技术参数
４．２．１ 风量
风量的大小影响钻进过程中降水井内碎渣的排出，会对施工速度造成影响。风量通过以下公式确定：Ｑ＝ＶＳ。式中，Ｑ为所提供的风量，ｍ³／ｍｉｎ；Ｖ为排渣上返风速，ｍ／ｍｉｎ；Ｓ为滤水钢管与井壁空隙面积，ｍ²。排渣风速设定为１１００ｍ／ｍｉｎ，降水井直径约０.３ｍ，风量１３.４ｍ³／ｍｉｎ。
４．２．２ 风压
风压的大小直接决定了钻进速度，根据钻机型号和潜孔锤参数，本工程选用的风压为１.７ＭＰａ。供风装置的压力表、安全保护阀、调压设备等要齐全灵敏，并且经过检验和标定。
４．２．３ 钻机转速
潜孔锤跟管钻进的施工方法要求低转速，控制在５０转／ｍｉｎ以下。
５ 技术特点
该技术适用于各种地质，钻进效率高；对于岩石地质的钻进施工更为有利且降低了材料损耗和施工成本，对于土质或不稳定地层跟管钻进省去了下管的步骤，避免了塌孔造成的工期影响；对钻孔底部的快速冲击，保证了钻孔的垂直度，也降低了孔壁岩石坍塌，设备布置灵活，操作简单，对于现场条件要求低。
根据风动潜孔锤跟管钻进施工工艺特点，钻进过程中不需要护壁泥浆，利用压缩的空气作为动力把沉渣排出，避免了环境污染，在松散地质及不稳定地层钻孔时，有利于成孔。
６ 结语
气动潜孔锤钻进方法适用于多种地质，在硬质岩层中潜孔锤钻进更为有利。在潜孔锤装置的破碎作用下，坚硬的岩石层被破碎成为小块，利用高压空气吹出井外，施工效率明显提升。在施工过程中发现，气动潜孔锤在岩石、漂砾层等钻进难度大的地质中应用效果明显。
张家口赛区营岔调蓄水池工程对工期和质量的要求极为严格，在工期无法满足建设要求的情况下，通过此工艺，大大加快了施工进度，使工程提前完工。