第二章鉆孔灌漿設備第一節鉆孔設備1鉆孔設備的一般配置灌漿工程的鉆孔設備包括鉆機和鉆進工具。鉆進工具是指水龍頭以下與其連接組成的全套工具。不同的鉆進方法機具配置不完全相同。圖2.1-1為回轉式巖芯鉆機主要設備布置及鉆具結構示意圖。本節介紹水利水電工程中常用的鉆機和主要鉆孔工具。（a）（b）（c）（d）圖2.1-1回轉式巖芯鉆機主要設備布置及鉆具結構示意圖a-金剛石鉆進的鉆具；b-硬質合金鉆進的鉆具；c-全斷面鉆進的鉆具；d-鋼粒鉆進的鉆具；1-鉆機；2-動力機；3-水泵或泥漿泵；4-鉆塔；5-鋼絲繩；6-水龍頭；7-送水管；8-吸水管；9-水箱；10-主動鉆桿；11-套管；12-鉆桿接箍；13-鉆桿；14-鉆桿鎖接頭；15-沉淀管；16-沉淀管接頭；17-巖芯管；18-鉆里鉆頭；19-鉆鋌；20-鉆鋌接箍；21-鉆鋌鎖接頭；22-巖芯管接頭；23-擴孔器；24-金剛石鉆頭；25-全斷面鉆頭；26-硬質合金鉆頭2鉆機2.1鉆機的功能鉆機是造孔的專用設備，其基本功能是以機械動力帶動鉆機，以回轉、沖擊、振動或沖擊回轉等方式在地殼中鉆進成孔。2.2鉆機的結構原理目前，水利水電鉆探灌漿主要應用油壓給進式立軸鉆機和轉盤鉆機。其基本組成可概括為“三大機構”、“兩大系統”，即：回轉機構、給進機構、升降機構；機械傳動系統和液壓傳動系統。2.2.1機械傳動系統機械傳動系統是將輸入的動力經變速、變向、變矩分配給回轉、升降機構。其作用有三：①變速變矩；②分配動力；③改變運動形式和換向。該系統主要包括聯軸節、離合器、變速箱和分動箱。2.2.2液壓傳動系統液壓傳動系統是利用油泵輸出的壓力油液驅動油馬達、油缸等液動機構，以使立軸回轉和控制給進機構、移動鉆機、松緊卡盤及擰卸鉆桿等。該系統主要包括：動力機構、操縱機構、執行機構及輔助裝置。動力機構——油泵或稱能力轉換器，由它供給油路系統的壓力油，作為整個液壓系統工作的動力源。常用的油泵有齒輪泵、葉片泵與柱塞泵等。操縱機構——又稱控制、調節裝置。它包括：調整壓力的壓力閥（溢流閥、減壓閥等）；調節速度的節流閥；變換方向的換向閥等各種不同的閥類。執行機構——又稱液動機，它包括實現往復運動的各種型式的油缸及旋轉運動的油馬達等。輔助裝置——包括油箱、油管、油接頭、濾油器及控制儀表等。2.2.3回轉機構回轉機構是回轉鉆具，帶動鉆頭破碎孔底巖石。油壓給進、機械傳動式鉆機的回轉機構有立軸式回轉器和轉盤式回轉器。2.2.3.1立軸式回轉器的組成、結構型式及特點立軸式回轉器的結構見圖2-1-立軸式回轉器具有下列特點：（1）立軸式回轉器與給進系統在結構上緊密聯系，構成一個獨立的部件。回轉和給進運動通過立軸與卡盤傳至鉆具。（2）回轉器的變角范圍大，導向性能好，適于鉆進任何傾角的鉆孔。圖2-1圖2-11—橫軸（或半軸）；2—主動傘齒輪；3—軸承；4—變速箱外殼；5—變角裝置；6—回轉器外殼；7—軸承；8—下壓蓋；9—立軸導管；10—立軸；11—被動傘齒輪；12—下卡盤；13—上卡盤；14—橫梁；15—活塞桿；16—油缸；17—活塞。（4）回轉器的錐齒輪傳動比較小。（5）回轉器本身不能擰卸鉆具，需另配擰管機。（6）回轉器的結構復雜，制造工藝要求較高。2.2.3.2轉盤式回轉器的組成、結構型式及特點轉盤就是轉盤式鉆機的回轉器。轉盤有兩種結構型式：一種是心管定位式，另一種是殼體定位式。前者應用較為廣泛。轉盤的組成和基本結構見圖2-1轉盤具有下列特點：圖2-圖2-11—鏈輪；2—橫軸；3—軸承；4—軸頸；6—軸承座；7—主動錐齒輪；8—軸承；9—心管；10—套軸；11—從動錐齒輪；12—轉盤；13—轉柱；14—回轉梁；15—卡筒；16—螺釘；17—變速部分；18—機座；19—箱體。（2）錐齒輪付傳動比較大。（3）轉盤可以完成擰卸鉆具任務，不必另配擰管機。（4）一般轉盤通孔都較大，升降鉆具可不讓開孔口。（5）轉盤的變角范圍較小，一般為60°～90°。（6）卡盤中心與轉盤中心的同心度很難保證。（7）轉盤結構簡單，加工制造較方便。2.2.3.3給進機構給進機構是調整破碎巖石所需要的軸向壓力和控制給進速度。目前，機械傳動式鉆機采用的給進機構有油壓給進和手動機械給進兩類。手動機械給進機構有手輪（把）給進、鋼繩給進、主動鉆桿給進與螺旋差動給進等形式。有的鉆機還具有雙重給進機構，如XJ-100型鉆機既有手動給進機構，又有蝸輪蝸桿——齒筒式和機械給進機構。液壓給進是一種先進的給進方式，通過操縱液壓控制閥，來調整軸向壓力和給進速度，實現加壓鉆進、減壓鉆進和快速倒桿。它除完成給進系統的功能外，還可完成松緊卡盤工作。2.2.3升降機構是用以完成鉆具、套管和附屬工具的升降工作。升降機構的主要工作件是升降機，它主要由傳動系統、卷筒和制動器組成。目前，常用的鉆機均采用行星輪系傳動式升降機，習慣稱游星式升降機。圖圖2-1-4游星式升降機結構示意圖1—升降機軸；2—升降機傳動齒輪；3—中心輪Za；4—游星輪軸；5—游星輪Zg；6—內齒圈Zb；7—卷筒；8—提升抱閘；9—制動抱閘；10—游星架（1）游星式升降機的結構：我國鉆進絕大多數采用卷筒與內齒圈固定的定軸輪系傳動型游星式升降機，其傳動系統結構見圖2-1（2）游星式升降機的工作原理與操縱狀況：升降機工作原理示意圖見圖2-1圖圖2-1-5行星式升降機工作原理示意圖（a）提升（b）制動（c）下降1—中心齒輪；2—行星齒輪；3—齒圈；4—支架提升：升降機接受動力后，中心輪處于轉動狀態，扳下提升抱閘手把，同時松開制動抱閘，提升抱閘閘住，提升制圈及行星齒輪的支架等，此時，行星齒輪在中心齒輪帶動下只能自轉并帶動齒圈轉動，卷筒就纏繞鋼繩進行提升。制動：扳下制動抱閘、剎住下降制圈，同時松開提升抱閘，卷筒、內齒圈被閘住不轉，鉆具停止升降。由于中心齒輪繼續轉動，故在齒圈及中心齒輪的影響下，行星齒輪構成的“轉動體”轉動，行星齒輪既自轉又公轉，轉動方向和速度是固定的。下降：提升和制動抱閘都處于松開狀態，在鉆具自重作用下，卷筒反轉，放松鋼絲繩，下降鉆具。2.3鉆機的種類與選擇應根據施工環境、巖石性質、鉆孔深度、鉆孔方向、鉆孔直徑和灌漿方法等因素選擇高效率的鉆孔方法和鉆機。2.回轉式鉆機是目前使用最多的一種鉆孔設備。按其回轉機構的不同，回轉式鉆機分為立軸式、轉盤式和動力頭式三種。其中立軸式又分為手把式、液壓式、螺旋差動式和全液壓式四種。其中，立軸式液壓鉆機由于分檔較多，轉速高，機體較輕，操作簡便、能耗較低，是我國帷幕灌漿鉆孔的主要設備，這種鉆機按其鉆進能力分為100米、300米、500（600）米、1000米，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種規格，在灌漿工程中四種規格的鉆機都有應用，但應用較多的還是Ⅰ、Ⅱ型輕型鉆機。我國許多鉆探機械廠都能生產各種規格的不同型號的立軸式液壓鉆機，表2-1-1表2-1-1鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（°）轉速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商XY-1A18015090～75140～101011500北京探礦機械廠XY-110075～11090～75142～5708.8500DK-15015036～590-360135～12897.5600XY-230056～3000-9065～117222950重慶探礦機械廠XY-2PC15056～1500-9081～119011650GX-ITD15075～1500-9090～60011500GX-5010075～1500-9099～3787.5360SGZ-1A15075～1100～36095～100011690杭州鉆機制造廠SGZ-ⅢA30075～1300～360129～120018.5920HXY-110048～1500-90145～60011500合肥探礦機械廠GXY-1A20046～1500-36061～65411650無錫探礦機械廠HT-150A15056～1100～36083～85411380衡陽探礦機械廠HY-1A10050～1100～360142～57011750注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.沖擊回轉式鉆機是以回轉式鉆機為基礎，在鉆頭上部連接一個專門的沖擊器（也稱潛孔錘），在鉆進中鉆機提供一定的軸向壓力和回轉力矩，沖擊器給鉆具一定頻率的沖擊能量，在孔底以沖擊和回轉切削的共同作用破巖鉆進的一種機械。按使用動力的不同，常用的沖擊器有風動式和液動式。與回轉鉆進相比，它鉆孔速度快，機動靈活，鉆孔費用較低。沖擊回轉式鉆機的種類較多，灌漿工程中常用的型號及其性能見表2-1-2表2-1-2鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（°）轉速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商QDG-2-150120～30012015～132303700北京探礦機械廠GZ-1508073～1500～9010～144372000QDG-125150～20020～9025～130111000DK－15010036～590～360135～12907.5300北京風動機械廠MGJ-506050～700～18026～4811720重慶探礦機械廠MGY-100100100～20020～1106～162373000MD-305065～1300～9011～11815無錫探礦機械廠MD-5050110～150－10～9020～16718.5590MD-100100110～2000～9011～212373460JMZ-15030～5080～150-10～90山東地質探礦機械廠MK-275750~9010~1557.5550煤科院西安鉆探研究所MK-4200750~9010~300221100SM系列60～3150～3600～46375～1109000～10500意大利soilmecKlemm802系列1502540～9080.5～1148500～21000德國寶峨公司Mustang系列★30～100阿特拉斯-柯普柯注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.3.3沖擊式鉆機（鑿巖機）在灌漿工程中多用于回填灌漿、固結（淺孔）灌漿和銜接帷幕灌漿的鉆孔。雖然沖擊鉆機的釬桿也須作回轉運動，但這種轉動并不是在打擊釬桿時發生，釬頭刃在沖擊破碎巖石時并不轉動，是一種純沖擊式鉆機。在施工中常用的沖擊鉆機有手提式鑿巖機、氣腿式鑿巖機（輕型、重型）等。2.4鉆機的維護保養鉆機是鉆探灌漿的重要設備，只有通過正常的維護和保養，才能使鉆機延長使用壽命和保持良好的工作狀況。2.4.1鉆機的維護2.4.1.1開動前的檢查與維護（1）檢查變速箱、回轉器、減速箱、液壓油箱等的油量是否適當。（2）檢查制動裝置、離合器、鎖緊裝置和分動機構等的作用是否可靠，必要時進行調整。（3）在開車試運轉中，注意檢查儀表是否靈敏可靠。2.4（1）掛檔變速前，先要扳開離合器。（2）操作離合器時，必須輕勻、平穩。（3）使用卷揚機時，嚴禁將升降手把和制動手把同時閘緊。（4）在鉆進過程中，隨時注意軸承、齒輪傳動力等有無沖擊聲；溫度是否超過燙手溫度（60℃2.4.2鉆機的保養鉆機的保養作業按以下要求進行。2.4.2.1每班保養（1）將機器外表洗擦干凈，注意保持底座滑道、立軸、導向桿的滑動面清潔和良好的潤滑狀態。（2）緊固外表所有起固定作用的螺釘、螺帽和保險銷。（3）按照要求向需要潤滑部位和油嘴加注適量的機油或黃油。（4）檢查各密封部位有無漏油現象，如有，立即消除。（5）檢查皮帶的松緊是否合適，有無損傷。（6）檢查各齒輪箱和壓力油箱的油位，必要時加添油液。（7）消除機器在本班內發生的一切故障。2.4.2.2每周保養（1）徹底進行每班保養所規定的各項作業。（2）檢查立軸箱或轉盤箱的油量是否適當，進行必要的加添。（3）檢查卡盤有無松動和損傷，將卡盤上蓋卸開，將卡盤外露部分擦拭干凈，并注入黃油。（4）檢查摩擦離合器、升降機的制帶的作用是否可靠，清除制帶上的泥、油等臟物，并進行必要的修整。（5）檢查手動油泵的作用是否可靠。2.4.2.3每月保養（1）徹底進行每周保養所規定的各項作業。（2）清洗液壓油箱和過濾器。檢查液壓油是否清潔，有無變質，必要時應予更換。（3）檢查傳動變速箱、立軸箱或轉盤箱、離合器油泵傳動齒輪箱中油料是否清潔，必要時應予更換。（4）對所有采用潤滑油潤滑的部位，普遍加上足夠的潤滑油。（5）檢查離合器、傳動變速箱、回轉器（或轉盤）、橫梁卡盤、升降機等主要部件的技術狀況，如有損傷應進行修理或更換。2.4.3鉆機檢修機械檢修工作十分重要，生產單位要合理安排，把工作和檢修有機結合起來，鉆機檢修周期參見表2-1-3。表2-1-3鉆機檢修周期表類別間隙時間（運轉小時）檢修要求檢查和修理內容小修356～400檢查調整更換機油，緊固各部位連接螺栓。調整鏈條和三角皮帶的松緊程度，壓緊圓錐滾動軸承的透蓋。檢查并調整轉盤大小傘齒輪背帽的松緊程度，個別銷鍵的更換。中修1500～2000主要零部件的拆檢達到運轉圓滑，溫度正常，減少晃動和噪音拆洗離合器，修圓制帶，修換銷鍵，主要易損零件（如軸、齒輪、軸承的修換）大修5000～6000全面檢查修理、恢復設計制造的技術性能機體磨損部分的焊補鏜孔，主要零部件的修換，校正機架，鉚接制帶，整釘銘牌，外表噴漆。3鉆具鉆具即鉆進工具，它由主動鉆桿、鉆桿、鉆鋌、巖芯管、沉淀管、各種連接接頭、接箍以及鉆頭組成。這里主要介紹幾種常用的鉆頭和擴孔器。3.1硬質合金鉆頭硬質合金鉆頭的結構要素有鉆頭體、切削具出刃、切削具鑲焊角、切削具在鉆頭底面的排布、切削具在鉆頭上的數目、鉆頭的水口和水槽等。硬質合金鉆頭適合于7級以下硬度的巖石中鉆孔，有較高的鉆進效率。與鉆粒鉆頭相比，它具有鉆進時鉆機平穩，成本低，孔壁圓整，不受鉆孔方向的限制等優點，但在堅硬巖石中鉆進效率不高。常用硬質合金鉆頭的結構型式及主要參數見表2-1-表2-1-4鉆頭結構型式鉆頭直徑（mm）主要尺寸（mm）肋骨數硬合金數（粒）備注DD1dC階梯肋骨鉆頭152/11215013011610414132/921301109610414112/7311091779.541293/57917561841277/427560467.5410單雙粒鉆頭154/131150142.5135——18134/112130123116——12～18114/9211010396——1295/73918477——979/57756861——959564942——6內外鑲合金鉆頭152/133150—135——10～12132/114130—116——10112/94110—96——893/7591—77——6～875/5975—61——658/4056—42——4三八連續掏槽式合金鉆頭94/7491—77——4組(12)78/5875—61——3組(9)59/3956—42——2組(6)扭方柱硬合金鉆頭113/9311010396——994/74918477——6～978/58756861——659/39564942——4品字形硬合金鉆頭114/9311010396——5組(15)95/74918477——4組(12)79/58756861——3組(9)全斷面矛式合金鉆頭114110—————9591—————7975—————6056—————全斷面翼片鉆頭結構型式和主要尺寸參見圖2-3-7和表2-3-4注：取芯鉆頭的鉆頭直徑表示方法是以分子表示包括出刃的外徑，以分母表示包括出刃的內徑。通常所稱“鉆頭直徑”是指不包括合金出刃的鉆頭最大外徑（D）。全斷面鉆頭的直徑是指包括合金出刃的鉆頭最大外徑。（1）階梯肋骨鉆頭。階梯肋骨鉆頭是用T105型硬合金切削具焊接而成的，其特點是肋骨片較厚、水口寬、鉆進時孔底呈階梯狀。可鉆進3～5級巖層。如頁巖、砂頁巖和膠結不緊密的砂巖等。（2）內外鑲硬合金鉆頭。內外鑲硬合金鉆頭鑲有T313型硬質合金，在較堅硬地層也可鑲T105切削具，可斜鑲也可直鑲。適用于3～5級巖層，如均質石灰巖、大理石、較松散的砂巖及頁巖等，也可鑲T110型合金，用以鉆進5～7級和部分8級不均質巖層，如長興灰巖、硅化灰巖和凝灰巖等。（3）三八式硬合金鉆頭。也稱三八連續掏槽式硬合金鉆頭，這種鉆頭把T105、T107、T110型小、中、大八角柱狀硬質合金切削具順序排成一組，產生連續掏槽，擴槽的破巖作用，耐磨性較高，適用于5～7級多裂隙地層。（4）扭方柱硬質合金鉆頭。也稱“負前角階梯鉆頭”，該鉆頭鑲T130型硬質合金，方柱切削具扭轉45°，分內、中、外三環分布。并把切削具成10～15°負前角斜鑲。三環的底出刃不同，成階梯狀。其特點是能承受較大的軸向壓力，不易崩刃，可鉆進5～7級及部分8級中硬巖層。特別適用于鉆進研磨性大，均勻性差的巖層，如輝長巖、玄武巖、砂巖、風化的輝綠巖、閃長巖、矽嘎巖、硅化的頁巖和石灰巖等。（5）矛式鉆頭。矛式鉆頭是一種不取芯、全斷面硬質合金鉆頭，鉆頭主翼片呈錐形，側翼片較短，起擴孔保徑作用，鑲T310型硬質合金切削具。鉆頭中間有一個φ27mm的水眼，為增大水流速度，可制成φ14mm的收斂式水眼，形成強力沖洗。適用于鉆進2～4級紅色黏土，疏松砂巖及塑性強的地層。（6）三翼片階梯硬質合金鉆頭。翼片階梯硬質合金鉆頭體的形狀呈炮彈形，可用普通鉆粒鉆頭改制，翼片用15mm厚鋼板制成階梯形，在翼片邊緣鑲S306型硬質合金。這種鉆頭適用于鉆進3～4級頁巖，部分5級砂頁巖及灰巖，是適于強力規程的一種鉆頭。其規格尺寸見表2-1-表2-1-5鉆頭直徑(mm)dDD1D2D3RL1L213411013094581107060180114901108662916055170957191674375505016079557551276640451503.2金剛石鉆頭3.2.1金剛石鉆頭與擴孔器金剛石鉆頭具有鉆進效率高，鋼材消耗少等優點。它不受巖石硬度、鉆孔方向的限制。金剛石鉆頭與擴孔器可分為表鑲或孕鑲兩種方式，這里主要介紹的是孕鑲金剛石鉆頭與擴孔器。根據地礦標準，孕鑲金剛石鉆頭和擴孔器的規格分別見表2-1-6、表2-1-表2-1-6金剛石鉆頭尺寸表類型規格D+0.5+0.3D1+0.1-0.1d+0.1-0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3+0.2d4d0水口（個）單管鉆頭φ464644293937.53234.5373～6φ565654394947.54244.5474～12φ666664495957.55254.5576～14φ767674596967.56264.5678～16雙管鉆頭φ36363521.53129.529.532.52～4φ464645294139.539.542.53～6φ565655395149.549.5524～12φ666665496159.559.5626～14φ767675597169.569.5728～16表2-1-7類型規格D-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3-0.1d0+0.2d1ˊ+0.1+0.05d2ˊ+0.1+0.05單管擴孔器φ464446.531.537.53634.539.537.539φ565456.541.547.54644.549.547.549φ666466.551.557.55654.559.557.559φ767476.561.567.56664.569.567.569類型規格D+0.1-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3d0d1ˊd2ˊ雙管擴孔器φ363536.5263129.5————φ464546.5364139.5————φ565556.5465149.5————φ666566.5566159.5————φ767576.5667169.5————3.2.2金剛石取芯鉆具灌漿工程先導孔和檢查孔常常需要采取巖芯，合理地選擇和使用取芯鉆具是提高巖芯采取率的重要條件。常用的有單管取芯鉆具、單動雙管取芯鉆具，較特殊的有三層巖芯管取芯鉆具、噴射式孔底反循環取芯鉆具等。①單管取芯鉆具它構造簡單，制造容易，操作方便。鉆具強度大，使用費用低。在完整、均質的巖層，或對取芯要求不很高的情況下使用。②單動雙管取芯鉆具這種鉆具的內管接頭與外管接頭之間設有軸承組，可使內管不隨鉆桿轉動，巖芯進入內管后能保持相對靜止，也不受循環液沖洗，因此取芯率高。使用單動雙管取芯鉆具能提高鉆速和回次長度，降低金剛石消耗，延長鉆頭使用壽命。單動雙管取芯鉆具可在節理、片理、裂隙發育和軟硬互層的地層中使用，是金剛石鉆進中常用和主要的配套工具之一。③三層巖芯管取芯鉆具在某些粉狀巖層、遇水溶解地層、膠結不好的土層或對巖芯品質要求很高的情況下，要在內管中設置第三層管，以便更好地保護巖芯。第三層管有兩種類型：一種是塑料管（低壓聚乙烯管），另一種是金屬半合管。鉆進時巖芯進入第三層管中，當裝滿巖芯的內管總成取出后，卸去兩端的連接件，有內管中取出第三層管。若是塑料管則用刀將其切開，若是半合管則將其分開即可取出滿足要求的巖芯。由于設置了第三層管，鉆頭內徑將減小3mm左右。④噴射式孔底反循環鉆具這種鉆具分為彎管型和分水接頭型兩種形式。其工作原理是沖洗液在泵壓作用下由鉆桿流至噴嘴噴出，經由稱承噴裝置進入彎管或分水接頭，再流至鉆具外的環狀間隙，向上返出或向下流動。由于高速射流的作用，噴嘴附近形成負壓，導致巖芯管中所存沖洗液被吸附流進承噴裝置混合、流出，從而形成孔底反循環。噴射式孔底反循環鉆具在硬、脆、碎地層中鉆進，取芯可靠，采取率高，同時由于孔內清潔，能大大減少卡、埋鉆事故。3.3鉆粒鉆頭由于人造金剛石的應用，金剛石鉆進工藝發展迅速，鉆粒鉆進的應用大大縮小。鉆粒鉆頭標準系列有φ75、φ91、φ110、φ130、φ150五種規格。其結構尺寸見表2-1-表2-1-8規格DD1D2dd1d2bR重量（kg）φ7575576268-1266.5-1266782006.3φ9191737884-1482.5-1482951727.8φ1101109095103-14101.5-1410111516110.9φ130130110115122-16120.5-1612013615712.7φ150150130135141-16139.5-1613915715315.33.4沖擊器按動力方式，沖擊器可分為液動沖擊器、風動沖擊器（潛孔錘）和機械作用式沖擊器。前兩種用得較多。3.4.1風動沖擊器（潛孔錘）潛孔錘是在孔底做功的沖擊器。分為閥式和無閥式兩種型式，無閥式沖擊器對風壓要求較低，零件使用壽命長，適應性強，較多采用。潛孔錘由配氣裝置、活塞、氣缸、外套和一些附屬零件組成。目前我國主要風動工具廠都能生產不同型號、性能和規格的無閥沖擊器，其主要類型與技術參數見表2-1-潛孔錘鉆頭一般有柱齒狀或球齒狀鉆頭，其型號有φ80、φ90、φ96、φ100、φ200、φ250等。表2-1-9型號鉆孔直徑（mm）外徑（mm）風壓（MPa）耗風量（m3/min）頻率（Hz）沖擊功（kg·m）CIR6568560.5～1.22.5～5.13.8～9.1CIR8089720.5～1.24.5～8.16.4～15.3CIR9095、100800.5～1.25.0～9.214.07.9～19CIR110110、120960.5～1.27.9～14.912.8～30.6CIR1501551360.5～0.715.913.324.7～59.4CIR1701751560.5～0.716.813.331.9～76.5J-100B105～115950.4～0.7914.515J-150B150～1601360.4～0.71514.233WC-8595～120850.518～2210～168～12WC-1501651420.55～7.51519～22.7DH-4105～115920.56～2.462.28～14.722.3～33.315.2～66.5DH-6152～1651360.56～2.467.1～36.820～3145～197.7DHD-340A105～115920.56～2.462.3～13.318.1～3015.8～69.43.4.2液動沖擊器液動沖擊器是以沖洗泵輸送的高壓液流做為動力源的。液動沖擊器種類較多，其中閥式沖擊器比較成功。可用于灌漿工程鉆孔的主要是閥式正作用液動沖擊器，有TK系列、ZF-56型、EPL-1型等。3.4.2.1TK系列液動沖擊器是一種正作用沖擊器，由冶金工業部第一地質勘探公司探礦技術研究所1980年研制成功的。這種沖擊器包括：TK-56型、75型、91A型、TK-60S型和TK-75S型。其中后兩種是繩索取心沖擊回轉鉆具中的沖擊器。實踐證明，使用TK系列沖擊器能夠較大幅度地提高鉆進效率和鉆探質量，降低生產成本，深受使用單位歡迎。主要技術參數見表2-1-（1）.結構與工作原理TK系列沖擊器是以高壓液流推動活塞沖錘下行沖擊鐵砧，而借彈簧力使活塞沖錘恢復到原來位置。當活塞沖錘在沖錘彈簧的作用下處于上位，其中心孔被閥蓋住。在高壓液流作用下，活塞和閥一同下行，壓縮彈簧打擊鐵砧。在即將打鉆之前的瞬間，閥由于閥座所阻，閥與活塞沖錘分開，在閥彈簧的作用下恢復到上位。在閥離開活塞沖錘后，中心孔開放，活塞上面卸壓。活塞沖錘在彈簧作用下上返，當其與閥接觸后，繼續下行。循環周而復始，形成連續沖擊。表2-1-10型號TK-56TK-75ATK-91A鉆孔直徑（mm）57、607591、110沖擊器外徑（mm）557373鉆進方法金剛石或硬質合金沖擊回轉金剛石或硬質合金沖擊回轉金剛石或硬質合金沖擊回轉工作壓降（MPa）高頻1.1~1.91.0~1.91.5~2.2低頻1.5~2.52.0~3.02.0~3.5工作泵量(L/min)高頻55~9060~12090~150低頻72~120120~180180~200單次沖擊功（kg.m）高頻0.4~1.30.6~1.80.7~2.0低頻0.9~3.52.90~7.205~7沖擊頻率（次/min）高頻2400~31002300~30002400~3200低頻1700~23001600~23001200~1500總長（mm）167216021700質量（kg）253537（2）鉆具的特點①沖擊器性能良好，工作可靠，易損件壽命長，故障少。TK-56、TK-75A型沖擊器主要易損件的壽命均高于國外同類產品。②沖擊器結構簡單，質量輕，制造和維修容易，造價低，適用范圍廣，既可用于清水鉆進，也可用于含砂量低的泥漿鉆進。③沖擊器適用于不同鉆進方法的需要。更換閥簧與閥簧座，調節泵量，可獲得不同的沖擊功和沖擊頻率。既可用于金剛石沖擊回轉鉆進，也可用于硬質合金沖擊回轉鉆進。④泵壓、泵量較低，操作簡單，使用方便，易于推廣應用。采用金剛石沖擊回鉆進時所用設備、附屬器具與回轉鉆進基本相同，僅需配備耐壓（大于10MPa）鋼絲編織膠管、穩壓罐（容積20L）、防震泵壓表以及耐高壓流量表。（3）應用效果TK系列液動沖擊回轉鉆具在全國冶金、地質、水利水電等8個系統所屬200多個勘探隊推廣應用，總進尺近30萬m，為提高鉆進效率和鉆探質量做出了較大貢獻，創造了巨大的經濟效益。繩索取心沖擊器還打入國際市場，進入澳大利亞和加拿大的鉆探機臺。該系列液動沖擊回轉鉆具榮獲1987年度冶金工業培科技進步一等獎和1988年度國家科技進步三等獎。生產實踐證明，TK系列沖擊器具有以下優點：①鉆進效率高，是克服金剛石鉆頭“打滑”的現象的有效手段。在6級以上中硬和堅硬巖層中，沖擊回轉鉆進的鉆速均高于普通回轉鉆進的鉆速。鉆速可提高15%~30%，最高達10余倍。巖層越硬，提高的幅度越大，在9~11級巖層中可提高30%以上。水利電力部成都勘測設計院1983年9月份使用TK-56型沖擊器鉆進10~11級流紋巖，進尺為835m，平均小時效率比金剛石回轉鉆進提高46%，回次進尺提高75%。黃委會設計院地質勘探總隊1994年在11級石英砂巖地層中使用TK-75型沖擊器進行沖擊回轉金剛石鉆進，平均小時效率比金剛石回轉鉆提高125%，最高達193%。長江委三峽勘測研究院1996年在11級石英砂巖“打滑”地層采用TK-91型沖擊器進行金剛石沖擊回轉鉆進，采用天然孕鑲金剛石鉆頭，胎體硬度HRC40±5金剛石粒度20~40目，平均小時效率是金剛石回轉進的幾十倍。四川冶金地質609隊在相同地層中采用相同金剛石鉆頭沖擊回轉鉆進，純鉆進時間利用率由24%提高到48%，臺月效率由200m提高到475m。②回次進尺長。沖擊回轉鉆進時，巖心管在高頻脈沖作用下發生顫動，使巖心順利進入巖心管，防止巖心堵塞。所以，無論是在破碎地層還是在傾角較大的地層，均不易發生巖心堵塞現象，從而提高了回次進尺。一般情況下，回次進尺可提高30%~50%以上，最高可提高110%。③取心質量好。由于減少巖心堵塞，避免了巖心磨損，因而沖擊回轉鉆進巖心采取率比回轉鉆進有顯著提高。如長江委三峽勘測研究院在石砂層地層采用沖擊回轉鉆進，巖心采取率由20%提高到91%，徹底改變了“打滑”地層巖心采取率過低的現象，深受地質人員歡迎。④提高壓水試驗成果質量。沖擊回轉鉆進，孔壁光滑規則，孔徑均勻，利于壓水試驗器順利升降及膠塞封隔試段，從而提高壓水試驗質量。⑤延長鉆頭壽命。金剛石回轉鉆進“打滑”地層時，往往用酸腐蝕、投石英砂或地表研磨鉆頭、采用軟胎體鉆頭等方式來克服“打滑”現象，導致鉆頭壽命降低。沖擊回轉鉆進一般使用胎體硬度為HRC40~45較硬胎體鉆頭，鉆頭平均壽命可提高一倍以上。⑥降低鉆探成本。沖擊回轉鉆進，小時效率提高，回次進尺增加，純鉆率提高，鉆頭壽命延長，縮短施工周期，從而可降低鉆探成本。一般可降低10%~30%。3.4.2.2ZF-56型液動沖擊器ZF-56型液動沖擊器是一種帶減耗閥的正作用活閥式高頻沖擊器，它是由河北省地質局綜合研究地質大隊研制的，經過生產試驗，取得了良好的實用效果。（1）主要技術性能外徑：54mm；鉆頭直徑：56~59mm；泵量：60~100L/min；泵壓：（2.0~3.5）MPa；沖擊頻率：42~57Hz；長度1.5m；質量18~20kg。（2）沖擊器的特點①高頻小沖擊功，可以用于金剛石或硬度較高的硬質合金沖擊回轉鉆進，不需配備減速裝置，便于大范圍推廣。②泵量小，泵壓適中，可以利用現有泥漿泵，無需采用新泵。③所需鉆具、鉆頭、鉆進規程、操作方法與常規鉆進方法大致相同，便于工人掌握。④結構簡單，便于調試，易于修理。易損零件容易更換，便于加工，具有一定壽命。⑤采用活閥式配水機構，密封點少，能夠采用輕泥漿鉆進。⑥啟動容易，工作穩定可靠調節范圍寬。在滿足泵量、泵壓進，性能不受孔深限制。沖擊器有沖孔機構，有較高的有效作用系數。（3）應用效果20世紀年代以來，地質礦產系統開發出6個系列近30個規格的液動沖擊器，ZF-56型沖擊器就是其中的一種。到90年代初，該系統推廣液動沖擊器總臺數2000臺套，進尺超過100多萬米。實踐證明，推廣液動沖擊器后普遍獲得較好效果，在中硬、堅硬和硬、脆、碎巖層中技術經濟指標均明顯優于回轉鉆進，鉆進效率提高30%~60%，甚至100%以上，成本降低15%，鉆孔彎曲度得到改善。硬、脆、碎地層中巖心采取率提高到90%以上。臺月效率提高52%~100%。陜西省勘測設計院在堅硬“打滑”地層（可鉆性11級）采用ZF-56型液動沖擊器。在金剛石沖擊回轉鉆進中，平均小時效率達0.47m/h，比金剛石回轉鉆進提高５倍。3.4.2.3ＥＰＬ－１型雙作用沖擊器ＥＰＬ－１型沖擊器是一種閥式雙作用沖擊器。原長江流域規劃辦公室勘測總隊承擔“六五”科技攻關項目“ＥＰＬ－１型雙作用沖擊器”的科研任務，并獲得原水利電力部科技進步四等獎。（1）沖擊器主要技術性能外徑：54mm；鉆頭直徑：59mm；泵量60~114L/min；泵壓（1.5~2.2）MPa；沖擊頻率：17~35Hz；長度：1.8；沖擊行程：12~14mm；啟動泵壓：（200~500）kPa；啟動泵量：32~45L/min；質量：25kg（以上數據由地質部勘探技術研究所測定）。（2）沖擊器的特點目前國內已研制的沖擊器，泵量、泵壓大都比較高，要求管路密封嚴格，現有水泵難以達到要求。水利水電勘探的特點是孔淺，為此，設計了一種泵壓較低、泵量較小的沖擊器，沖擊頻率和沖擊功不能滿足金剛石和硬質合金沖擊回轉鉆進的需要，測試表明，有以下特點：①起動性能好。泵量32L/min、泵壓200kPa便能啟動。活塞運動靈活性較好。②沖擊器正常工作時，泵壓不高，如泵壓2.1MPa、泵量90L/min。對管路密封要求可大大降低。③采用活閥式分流器，提高背壓以減少沖擊功。活閥式分流器，使送入孔底的流量占57%。（3）沖擊器工作原理在沖擊器工作前，沖錘活閥與下活閥停在鐵砧上。液流通過沖錘活閥、鐵砧中心的通孔流向孔底。當水泵送入的高壓液流通過鐵砧內孔下部的節流孔時，由于節流產生背壓、下活閥面積大于上活閥面積，液流將沖錘活閥與下活閥抬起，并使其與上活閥1接觸，切斷水路。這時在高壓水錘力作用下，推動上活閥及沖錘活閥、下活閥一同急速下行。當上活閥行至行程限位器時，因被限制而停止運動。而沖錘活閥與下活閥在慣性力和重力作用下，繼續下行，沖擊鐵砧。上活閥在彈簧作用下復位。如此反復動作，即可沖擊鉆進。在金剛石沖擊回轉鉆進中，要維持沖擊器正常工作所需的一般應大于100L/min。如果把這些泵量全部送入孔底，必然導致泵壓過大，對鉆頭產生浮托力，增加液流對鉆頭胎體的沖蝕和巖心的沖刷以及對鉆頭鋼體的沖蝕。因此，必須對沖擊器作功后的液體進行分流。活閥式分流器的工作原理：經沖擊器作功后的液流進入分流器活閥內腔，一部分從相隔120度的分流孔流入管外空間，另一部分從閥內腔收縮孔流入巖心管、鉆頭到管外空間與分流體一同返回地表。當下端壓力升高時，活閥失去原來的平衡狀態，便向上運動，堵塞部分或全部分流孔，造成憋泵，預示孔內故障，應立即提鉆。（4）應用效果長辦勘測總隊在萬安、構皮灘、三峽等水利樞紐堅硬或“打滑”地層中采用EPL—1型沖擊器進行金剛石沖擊回轉鉆進，臺時效率比金剛石回轉鉆進提高40%~70%，回次進尺提高75%，巖心采取率可以達到90%~95%，成本有所降低。該沖擊器性能就不斷完善。3.4.2.4鉆進技術參數應根據巖性、鉆頭直徑與結構、硬質合金塊數、金剛石鉆頭唇部面積等因素進行合理選擇。（1）鉆壓硬質合金沖擊回轉鉆進，鉆壓的作用主要是保證切削具與巖石能緊密接觸，以便有效地傳遞沖擊功，對碎巖不起主要作用。鉆壓不宜過大，一般以（4~5）kN為宜。金剛石沖擊回轉鉆進，鉆壓與金剛石回轉鉆進基本相同。（2）鉆速硬質合金沖擊回轉鉆進，轉速都較低，這是為了降低切削具的磨損和增加回次長度，一般常用低轉速60~70r/min。對硬巖或強研磨性巖石，碎巖主要靠沖擊作用。轉速一般為30~45r/min。裂隙發育地層，轉速可達120~170r/min。金剛石沖擊回轉鉆進，由于孕鑲鉆頭主要靠細粒金剛石磨削作用，因而轉速應高。一般應采用450~940r/min。（3）沖洗液量沖洗液量是沖擊回轉鉆進的一個關鍵參數。因為沖洗液不僅影響洗孔質量，而且直接影響沖擊器的工作性能——沖擊功和沖擊頻率，從而影響鉆進效率。在鉆進時，只要地層允許，水泵合適，應盡可能采用較大的沖洗液量。沖擊器所需的沖洗液量一般在60~150L/min，這樣的沖洗液量能夠滿足洗孔和冷卻鉆頭的需要。在一般情況下，沖擊器（500~600）kPa時就可以開始工作，當達到（1.8~2.0）MPa時，沖擊器工作就穩定。孔深增加時，會產生壓力損失，平均每百米增加（200~300）kPa。3.4.2.5操作注意事項（1）初次使用時，可在孔口進行啟動試驗。沖擊器啟動容易，工作正常，就可下入孔內使用。如啟不動，首先應檢查泵量、泵壓是否充足。必須保證足夠的泵量、泵壓，啟動正常后才可下入孔內。（2）水泵至水龍頭的高壓膠管及接頭連接應牢固、嚴密不漏水。鉆桿接頭要加密封，嚴防漏水。定期檢查各接頭及膠管的密封性、磨損情況，發現漏失與損壞，應及時處理。（3）必須配置穩壓缸，保證沖擊器正常工作。穩壓缸上面應安裝壓力表，便于觀察壓力變化情況。定期檢校水泵安全閥工作是否可靠。（4）當沖擊器下入孔內離孔底0.5m時，開泵送水，然后慢慢下降鉆具。沖擊器正常工作時，再開慢車回轉鉆進0.2~0.3m，然后改為正常參數鉆進。如果沖擊器不工作，應將沖擊器提離孔底，改變泵量重新啟動，直至沖擊器正常工作。如經多次啟動，仍不沖擊，應立即停鉆檢查。因故障，沖擊器停止工作。恢復鉆進時，必須將鉆具提離孔底0.2~0.3m，開泵送水，啟動沖擊器后，才可正常鉆進。（5）沖擊器下入孔底前，應認真檢查沖擊器、鉆桿與鉆具的各部連接螺紋及外管磨損情況，發現磨損嚴重或有裂紋時，就及時更換。定期檢查沖擊器及鉆具系統內孔有無堵塞現象，錘、閥系統作用是否良好，更換磨損嚴重的零件。（6）升降沖擊鉆具，操作要穩，路途受卡或遇脫落巖心時，可輕輕晃動鉆具，如無效，可送水啟動沖擊器震松卡塞物。（7）鉆進中可通過高壓膠管的顫動手感來判斷沖擊器是否工作，并隨時觀察泵壓變化情況。如發現泵壓突降，進尺變慢或不進尺，可上下活動鉆具或改變泵量、泵壓使沖擊器重新工作。如處理無效，應提鉆檢查。（8）TK系列沖擊器可通過更換閥座、閥簧來改變沖擊器的沖擊頻率。從沖擊器性能參數可以看出，采用低頻時產生的沖擊功比高頻時大數倍，對付“打滑”地層更有效。但沖擊器低頻時對泵量、泵壓的要求增大，需配備能滿足沖擊器性能參數要求的水泵和動力。（9）操作過程中，每隔24h必須拆開沖擊器，檢查密封圈、活塞桿、閥、錘頭、彈簧、鐵砧磨損情況。如磨損嚴重，應立即更換。檢查錘的自由行程是否正常，如不正常，應及時調整。（10）保持沖洗液系統的清潔，及時消除巖粉或更換沖洗液。拆卸沖擊器時，應使用自由鉗，防止夾扁沖擊器。（11）操作人員必須了解、熟悉沖擊器的性能、構造和特點。操作時集中精神，時刻觀察泵壓表和高壓膠管變化、機械運轉、孔口返水與鉆進效率等情況，發現異常，及時處理。4測斜儀在灌漿工程中，由于地質和工藝的原因，鉆孔偏斜是不可避免的。但孔斜會產生極大的危害性，如容易導致孔故發生，可能使技術人員對灌漿質量作出錯誤的判斷等。為了防止鉆孔偏斜和糾正鉆孔偏斜，都需要進行鉆孔測斜。在測斜工作中磁針式測斜儀是應用最廣泛的。它有許多型號：按記錄數據方式分，有機械頂卡型，液體凝固型，電測記錄型和照相記錄型等；按一次下孔測取讀數次數分，有單點式和多點式。磁針式測斜儀只能用于非磁性干擾條件下鉆孔偏斜的測量，不能應用于隨鉆測量中。灌漿孔不同于地質勘探孔，它是灌漿工程的一部分，數量很多，測斜工作量很大，因此用于灌漿孔的測斜儀應當滿足一定的精度要求，性能穩定、堅實耐用、操作和維修簡便，一般不需要追求過高的精度。我國生產的多種型號的測斜儀，能滿足灌漿工程鉆孔施工的需要。部分測斜儀型號與規格性能如表2-1-序號型號測量范圍測量精度井下儀器生產廠家頂角（°）方位角（°）頂角（°）方位角（°）外徑（mm）長度（mm）重量（kg）1KXP-10～504～356±0.5±44012306上海昌吉地質儀器廠2KXP-20～504～356±2±440123063KXZ-10～500～360±0.2±1.5404JXX-10～504～356±0.5±4401800115JTL-500～500～360±0.5±6566YSS-48F0～500～360±0.2±1.548北京海藍科技開發公司7YSS-48D0～500～360±0.2±1.5458YST-350～500～360±0.2±1.5489YSS-320～500～360±0.2±1.54510CX-10～40～3606′147800武漢勘探研究總院11CX-50～600～360±1′★±147100012CX-60～600～360±1′±555100013DUZ-D0～900～360±0.2±1.532西安石油儀器廠14JJX-3SⅡ0～150～360±6′±450135015上海地學研究所15JTL-50A0～500～358±0.5±4505601516GSX-400～1080～360±0.5±1.540地科院勘探技術研究所表2-1-10灌漿工程中使用的部分測斜儀型號與規格性能表第二節灌漿設備1灌漿設備的一般配置灌漿機具主要包括灌漿泵、制漿和儲漿設備、灌漿塞等。圖2-2-1為純壓式灌漿時主要設備配置示意圖，孔口封閉法灌漿的設備配置如第六章圖2-6-4。本節介紹常用的灌漿泵和漿液攪拌機和灌漿塞等。圖2-2-11-高速攪拌機；2-儲漿攪拌機；3-灌漿泵；4-記錄儀；5-灌漿塞；6-計量水箱；7、8-管路；9、10、11-管件；12-壓力表等2灌漿泵能產生一定的壓力，可將水泥漿或其他種類漿液灌入到巖石裂隙或土的孔隙中（或是其他需要灌漿的處所）的機械，稱為灌漿機，也叫灌漿泵。2.1灌漿施工對灌漿機要求灌漿施工對灌漿機的基本要求是：（1）結構簡單、輕便，易于拆卸和搬遷；（2）保證正常運轉，不出故障，安全可靠；（3）要有較大的工作壓力和排漿量，并且易于調節；（4）機體應堅固，受磨件的材質要好，經磨耐用，易損件易于更換。2.2灌漿機的分類灌漿機根據其構造型式和工作原理，可分為往復式泵、螺桿泵、隔膜式泵等；按其原理不同，分為氣壓式和活塞式兩種；按其工作壓力的大小，又可分為低壓（7～15大氣壓左右）、中壓（20～30大氣壓左右）和高壓（30大氣壓以上）三種。在灌漿施工前，根據灌漿的目的、技術要求和實際具體條件（包括巖石地質條件，工作地點條件等）慎重選用灌漿泵。我國灌漿經常使用的是往復式泵，其型式主要有：SGB6-10、2SNS、3SNS、BW250/50、BX200、BW200/60、2DN-6/30、2DN-15-40、YBS-250/120等，屬于隔膜式的泵主要是100/15（C232）砂漿泵。2.2.1往復式灌漿泵往復式灌漿泵是依靠活塞部件的往復運動引起工作室的容積變化，從而達到吸入和排出液體的。往復式灌漿泵有單作用和雙作用兩種結構型式。2.2.1.1單作用往復式灌漿泵的工作原理單作用往復式灌漿泵主要由活塞、泵缸、吸漿閥、排漿閥、吸漿管、排漿管等組成，如圖2-2-2，圖圖2-2-2單作用往復式泵工作原理圖曲柄；2—連桿；3—滑塊；4—活塞；5—水缸；6—排水管；7—排水閥；8—泵室；9—吸水閥；10—吸水管；11—水池單作用往復式泵的工作原理分吸入和排出兩個過程，當曲柄滑塊機構運動時，活塞將在兩個死點內作不等速往復運動。當活塞從泵缸左端開始向右端移動時，泵缸內的容積逐漸擴大，壓力逐漸降低，形成局部真空，這時排漿閥緊閉，漿桶中的漿液在大氣壓的作用下，頂開吸漿閥，進入泵缸內，這是吸漿過程。當活塞行至右端頂點后，再行返回往左移動時，泵缸內漿體受到擠壓，壓力增高，將吸漿閥擠閉，而推開排漿閥，漿液由此而出，這是排漿過程，活塞來不斷地往復運行，漿液就不斷地繼續排出。活塞往復一次，只有一次吸入和排出的過程，稱為單作用往復泵。2.2.1.2雙作用往復式灌漿泵的工作原理圖2-2-3雙作用往復泵工作原理圖雙作用往復式泵的活塞兩側都有吸排水閥（如圖2-2-3圖2-2-3雙作用往復泵工作原理圖2.2.1.3往復式灌漿泵的特點（1）能產生高的壓力。往復式泵所產生的泵壓可以無限升高，即往復式泵所產生的壓力在理論上只取決于泵本身以及管道材料的強度和原動機的功率，而與泵的幾何尺寸無關。（2）往復式泵的流量與排出壓力無關。即往復式泵的排漿量只取決于泵的活塞直徑、行程和往復次數，在排出管路中任何壓力下，其流量是基本不變的。（3）往復式泵是依靠活塞在泵室中改變容積而吸漿或排漿的，泵具有自吸能力。但在實際使用時，啟動前要向泵室和吸水管注滿漿（或水），以縮短啟動時間。（4）由于水力學和機械的原因，活塞的往復次數不可能太高。往復式泵是一種低速泵，且體積較大，結構較復雜。（5）排漿量不夠均勻，易產生脈沖壓力，泵壓力不穩，泵的缸數愈少，這種作用就愈明顯，所以，目前灌漿施工使用的泵多為雙缸泵或三缸泵。（6）閥門和閥座很易磨損；（7）清洗泵身較慢；（8）比較笨重，搬遷移動不便。2.2.1.4往復式泵的主要部件結構往復式泵主要由活塞、水缸、泵閘、空氣室、密封裝置等零部件組成。（1）活塞活塞有盤狀活塞（簡稱為活塞）和柱狀活塞（簡稱為柱塞）。它是往復式泵的主要運動件，是最容易磨損的零部件之一。1）盤狀活塞。盤狀活塞一般用軟質材料（如橡膠等）制成。雙作用泵的活塞如圖2-2-4圖2-2-4雙作用泵活塞結構1圖2-2-4雙作用泵活塞結構1—活塞襯圈；2—活塞桿；3—活塞座；4—活塞密封圈；5—活塞蓋2）柱狀活塞（柱塞）。柱塞在工作過程中不直接與泵體接觸，故磨損較小。一般由陶瓷和碳素鋼制成，如圖2-2-6圖圖2-2-5單作用泵活塞結構1—活塞桿；2—活塞座；3—橡膠活塞；4—壓蓋（2）水缸水缸的形狀很多，鉆探灌漿常用的往復式泵的水缸主要有直流式水缸和兩側式水缸。直流式水缸的吸入腔布置在水缸的下方，而排出腔布置在水缸兩側上方。一般雙作用泵大多使用這種水缸。圖圖2-2-6柱塞（a）球狀柱塞（b）拋物線狀柱塞（c）錐狀柱塞（3）閥閥可以分為盤狀閥和球閥兩種，前者為彈簧式，后者是重力式。1)盤狀閥。往復式泵的盤狀閥一般都為錐面閥，錐面閥可以減少水力損失。閥的結構主要由閥托、閥片、閥片壓蓋、彈簧等組成，如圖2-2-72）球閥。球閥是靠球的自重自行關閉的。球閥大多采用中碳合金鋼制成的鋼球（也有用鐵芯包膠的球），如圖2-2-8所示。（4）空氣室空氣室的作用是使泵排出的液體速度保持相對穩定，減輕流量和排出壓力的波動，以避免水擊現象的發生，從而減少孔內事故和提高管路使用壽命。如圖2-2-9所示，工作過程中，空氣室中的氣體體積是要發生變化的，空氣室壓力P1也在變化，因而管路中的流量也不可能是均勻的。所以空氣室只能起相對穩定作用。空氣室一般用鋼管或鋼板焊接成圓筒形的密封容器。（5）壓力表及減震裝置壓力表是用來指示泵在運轉中的排出壓力，它直接顯示鉆孔灌漿過程中管路內液流阻力的變化情況。目前使用的壓力表為彎管式壓力表。彎管式壓力表當扁形呈弧狀彎曲的包端管中液體壓力增高時，包端管極力伸直，其自由端移動，帶動拉桿使扇形齒輪旋轉，從而帶動指針軸轉動，以指針指示表盤刻度的形式顯示液流壓力。為了減輕指針偏擺和保護壓力表不被沖壞或串入漿液，常常在壓力表下端裝有緩沖減震裝置。減震裝置有浮塞式和皮蘘式兩種。1）浮塞式減震裝置。主要由接頭、減擺針、密封圈、浮塞等組成，見圖2-2-10所示。當空氣室內壓力增高時，浮塞壓縮密封圈上部的油液（內裝變壓器油或錠子油），通過減擺針的震動從而減弱彎管內油液壓力的波動，并防止管路中的漿液串入到壓力表彎管中。2）皮蘘式減震裝置。如圖2-2-11所示，其原理與浮塞式基本相同，它是用皮蘘代替浮塞的作用。這種減震裝置能更有效地防止管路中的漿液串入到壓力表彎管中，在水泥灌漿中應有較為廣泛。2.2.2螺旋泵這種泵的主要結構是：有一個螺旋型鋼轉子，在一個具有雙內螺線的定子中旋轉，推動漿體連續地從泵中擠出，這類泵不設閥門，磨損幾乎僅限于橡皮定子，當它損耗后，能很快地更換。螺旋泵機身輕，移動方便，壓力穩定，排漿均勻，無脈沖現象。但工作壓力低，單級泵的標準壓力約為10～15×105Pa，如果需要提高壓力需采用多級泵，最常用的是兩級形式。國外有些單位灌漿施工喜用螺旋泵，灌漿壓力多在30×105Pa以下，我國灌漿施工尚很少使用。2.2.3隔膜泵這種泵中有一園筒狀橡膠隔膜，裝在缸體的豎孔里，隔膜的上下端各裝有兩個球閥，依靠活塞的往復運動，使橡膠隔膜一脹一縮，從而將漿液吸入和排送出，使吸漿和排漿過程有節奏地進行。圖2-2-8圖2-2-8球閥示意圖圖2-2-7盤狀閥（錐面閥）閥托；2—閥片；3—閥片壓蓋4—彈簧圖2-2-10圖2-2-10浮塞式減震裝置壓力表；2—上接頭；3—橡膠墊；4—紫銅墊圈；5—減擺螺塞；6—減擺針；7—下接頭；8—密封圈；9—浮塞；10—墊圈；11—空氣室圖2-2-9空氣室作用圖圖圖2-2-11皮囊式減震裝置1—壓力表；2—上接頭；3—膠墊；4—銅墊圈；5—卡簧；6—減擺針；7—減擺螺栓；8—橡皮簧；9—下接頭隔膜泵的工作特點是漿體不和活塞直接接觸，可以用來灌注砂漿，所以又叫砂漿泵。該泵的壓力較低，排漿量也不很均勻。表2-2-1所列為常用灌漿泵型號及主要性能參數。表2-2-1型號流量（L/min）壓力（MPa）功率（kW）重量※※（kg）生產廠BW-160H泥漿泵1601.35.15130衡陽探礦機械廠HBW-150/10泥漿泵153～503.3～1011HBW-160/10泥漿泵160～442.5～1011BW-200/5泥漿泵200～1604.0～5.018.8BW-200泥漿泵200～1025.0～8.022BW-250泥漿泵250～352.5～715SXS200/高壓注漿泵※204～866～10221000中南黑旋風集團公司2SNS高壓注漿泵※135～634～8116123SNS高壓注漿泵※161～544～1218.57003SNST變量注漿泵85～0177～04～1018.5730ZBB-2變量泥漿泵178～352.7～611300BW-160泥漿泵※※1601.37.5200無錫探礦機械廠BW-200泥漿泵200～1254～611300BW-120QF泥漿泵1201.47.5120長沙探礦機械廠LGB-200/30螺桿泵2003.5北京探礦機械廠SGB-10泥漿泵1001018.5750杭州鉆探機械廠SGB-1泥漿泵90811400NSB100/30泥漿泵10037.5210ZBE-100灌漿泵905～147.5380瑞典克拉留斯ZBA150-01灌漿泵1500～3.7氣動190PUMPAS攪拌機組及泵組20010221300*可灌砂漿；**設備重量中有的包括電機重量，有的未包括。2.3往復泵的維護保養2.3.1在鉆場的安裝（1）一定要安裝在堅實的基礎上，用螺栓與基座固定；（2）安裝時動力機皮帶輪與泵的工作輪軸線要平行，而且都要在同一平面上；（3）要合理布置循環系統，盡可能縮短吸入管路及吸入高度。2.3.2開動前的準備工作（1）檢查濾水器。進水孔不得被臟物堵塞，活閥應開閉自如；（2）檢查各部件及零件緊固情況，管路連接情況是否良好；（3）檢查進、排水閥是否良好；（4）檢查連桿軸瓦、十字頭軸套及十字頭與滑套配合間隙；（5）檢查各部件潤滑情況；（6）檢查變速箱及離合器操縱機構是否靈活可靠；（7）向吸水管灌注引水；（8）三通閥門置于回水位置；（9）用手轉動泵的傳動系統，觀察運轉情況，檢查皮帶的松緊及旋轉方向是否與要求相同；（10）檢查各部分密封件的密封情況，發現漏氣、漏水要及時處理。2.3（1）將離合器的操縱手把放在空轉位置上；（2）把三通水門置于回水位置，當泵正常工作后，再逐漸關閉回水閥，以便平穩地向孔內輸送沖洗液；（3）變速操作切不可在運轉中進行，必須停泵操作，否則損壞機件。2.3（1）注意按時檢查各運動部件的潤滑情況，曲軸箱內要及時加油、換油，應選用純潔、優質的潤滑油；（2）注意壓力表、安全閥等是否工作正常；（3）注意泥漿的質量，其含砂量不能超過4%，最大砂粒直徑小于3mm，泥漿內不能有其它雜物；（4）泵的傳動軸轉速不能超過規定值；（5）在運轉過程中，不應有撞擊聲，如有異常聲響，應及時檢查原因，并排除；（6）經常檢查各密封處的嚴密情況，及時排除漏油、漏水、漏氣等不正常現象；（7）泵不能在無水（漿）情況下工作；（8）干式摩擦離合器摩擦盤上不能粘油，始終要注意保證摩擦離合器的正常工作。（9）濾水器要沉浸在液面下0.1～0.2m，距底部及側壁0.3m左右為宜。吸入底閥及濾罩要注意清洗，以免堵塞；（10）注意傳動皮帶的松緊情況，并及時調整；（11）經常保持泵的清潔，防止泥漿或水泥漿液滴到曲軸箱及其它運動件上。2.3（1）將三通閥轉到回水位置使泵卸荷，然后再停泵；（2）在冬季或寒冷地區，需停泵較長時間，要注意放出泵內及管道中的沖洗液，以免凍裂設備；（3）長期停泵時，需將泵中的水和油放出，清理個部件上的泥砂及污物，并將曲軸軸頸、齒輪、十字頭、十字頭滑套、柱塞桿、活塞桿及安全閥體內孔等部件涂上黃油。2.4灌漿泵的發展灌漿泵在70年代前，都是使用解放初期的陳舊設備或代用泵，到80年代，各單位才注意研究。水電八局為解決烏江渡高壓灌漿，研制出100/100型灌漿泵；水電十一局對BW-200型泥漿泵進行改造，制造出適用于水泥材料的灌漿設備。杭州鉆探機械廠設計制造出SGB系列雙缸雙作用曲軸活塞式灌漿機。國內其他煤田、探礦系統有一些注漿泵，但一般排漿量和體型較大。中南冶金機械廠生產的SNS系列注漿泵是一種可用于輸送清水、泥漿、水泥漿和水泥砂漿等多種漿液的新型泵，填補了我國砂漿注漿設備的空白。國外灌漿機械操作已發展到壓力、流量自動控制、自動記錄和資料整理打印電子計算機控制階段。我國隧道工程公司隧道施工技術研究所制造出全自動化注漿設備，它包括SYB50/50-1型能無級調節進漿量，自動控制壓力的液壓注漿泵；SM200-1型拌漿機，SS400-1型攪拌式儲漿桶，SPQ-850型自動記錄儀，可顯示并打印出漿液的流量和壓力，以及注漿總量。在施工中如果達到限定注漿總量或最高壓力，還能報警。唯一不足的是出漿量較小，只有50L/min。長江科學院、長江水利委員會施工研究所等單位聯合研制的GJY型灌漿自動記錄儀已經發展到第三代，能與工地現有灌漿設備配套使用，能自動監控顯示，記錄并打印漿液的流量、密度和壓力；清華大學與杭州鉆探機械廠聯合開發的TS型智能灌漿自動記錄儀能夠一拖二～一拖八，并直接采用計算機系統，操作方便。葛洲壩集團基礎工程有限公司研制的HL-2001位移智能測控儀監測抬動變形時能夠自動報警、自動記錄等，這些將在“灌漿施工自動化”章節進行介紹。化學灌漿過去都是使用手搖泵，它存在壓力低、流量小、勞動強度高等缺點。水電系統先后研制出可控硅調整齒輪泵和HGB型、SNS10/6型化學灌漿泵。長江水利委員會系統生產的HGB-2型化學灌漿穩壓泵，可以調節最高限制壓力，在施灌過程中自動控制，并能抽排孔深8m以內的積水。水電三局研制出的SSDM型手搖電動兩用化學灌漿泵以及SSMB-2/6型雙液化學灌漿泵，具有體積小、重量輕、結構簡單、攜帶、使用、維修方便等特點。3水泥漿攪拌機水泥漿攪拌機是重要的灌漿設備，它對漿液質量、灌漿施工的工效和質量影響很大。水泥漿攪拌機按其用途應分為制漿攪拌機和儲漿攪拌機，前者的作用是攪拌生產水泥漿，需要對漿液進行強力攪拌，充分分散水泥顆粒；后者的作用是儲存水泥漿，只需對漿液進行慢速攪拌，防止漿液沉淀。以前我國使用的制漿攪拌機和儲漿攪拌機沒有區別，都是轉速在600r/min以下的普通葉片式攪拌機。近年來，工效更高，攪拌漿液質量更好的高速制漿機逐漸推廣應用。2001《灌規》規定，“純水泥漿液的攪拌時間，使用高速攪拌機時應大于30s；使用普通攪拌機時應大于3min。”3.1高速制漿機高速制漿機，又稱高速攪拌機，高速膠體拌和機，這種攪拌機主要由桶體、高速攪拌室、回漿管和回漿閥、排漿管和排漿閥以及葉輪等組成，如圖2-2-11所示。高速攪拌室內裝有葉輪，設置于桶體的一側或兩側，由電動機直接帶動。其工作原理為：漿液由桶底出口被葉輪吸入攪拌室內，借葉輪高速（一般為1500～2000r/min）旋轉產生強烈的剪切作用，將水泥團粒充分分散、水化，而后由回漿管返回漿桶。當漿液返回漿桶時，以切線方向流入桶內，在桶內產生渦流，這樣往復循環，使漿液攪拌均勻。待水泥漿拌制好后，關閉回漿閥，開啟排漿閥，將漿液送入到儲漿攪拌桶內。表2-2-2為幾種高速制漿機的型號和技術性能。表2-2-2型號GZJZJ-200ZJ-400ZJ-800攪拌容量（L）200～800200400800額定功率（kW）7.55.55.529.5攪拌轉速（r/min）1440～28801460許用水灰比0.5:10.5:10.6:1攪拌時間（水灰比0.5:1）(min)2～323重量(kg)240315360生產廠長委陸水自動化設備廠杭州鉆探機械廠3.2儲漿攪拌機儲漿攪拌機的容量多為200L~600L，用于集中制漿站的儲漿攪拌機通常容量較大，如1000L、15004灌漿塞灌漿塞的型式很多，按膨脹塞體材料和構造形式主要可分為膠球式和膠囊式兩大類型。兩類灌漿塞都有單塞和雙塞兩種形式，單塞只封閉孔段的一端，多用于自上而下分段灌漿法、自下而上分段灌漿法或全孔一次灌漿。雙塞多用于預埋花管法灌漿和指定孔段的壓水試驗。4.1膠球式灌漿塞膠球塞的膨脹部分由實體天然橡膠材料構成，通過壓縮圓柱形的橡膠體（膠球）發生橫向膨脹，以封閉隔離孔段。膠球塞以往都是通過一套設置在孔口的螺桿裝置對膠球施加壓力，迫使膨脹（圖2-2-12），現在已可在塞體內設置液壓裝置對膠球施加壓力（圖2-2-圖2-2-11.射漿管2.燈籠架3.墊圈4.膠球5.回漿管6.密封7.手柄8.軸承圖2-2-11-射漿管；2-檔片；3-膠球；4-墊圈；5、7、13-蓋頭；6-推力管；8-密封；9-彈簧；10-液壓缸；11-密封圈；12-活塞；14-液壓介質入口；15-鉆桿接頭表2-2-3類型特征螺桿壓縮式液壓式膠塞直徑（mm）54～12654～126膠塞長度（mm）300～600300～600適用灌漿壓力(MPa)≤2.5≤5適應灌漿深度（m）4080膠球數量（個）2～63～8注：灌漿壓力較大時，采用較多膠球數量和膠塞長度。4.2膠囊式灌漿塞膠囊塞的塞體由耐高壓的橡膠囊構成，通過專用管道向囊體內注入氣體或水，使膠囊膨脹，達到封閉隔離孔段的目的。將膠囊塞和鋼絲編制的高壓膠管、充注壓縮空氣（或水）的尼龍管，組成為一個膠管輪車（圖2-2-14），由膠管連帶灌漿塞直接下入孔中進行灌漿，可以方便地進行深孔灌漿作業，大大減輕勞動強度和提高施工效率。現在的膠囊塞已可承受很大的膨脹壓力和灌漿壓力。膠囊長度為500mm或圖2-2-1-管件；2-水壓或氣壓管；3-灌漿管或鉆桿；4-灌漿軟管；5-單聯灌漿塞；6-雙聯灌漿塞；7-膠管輪車；8-空氣壓縮機；9-儲氣罐；10-手壓泵5濕磨機微細裂隙巖基和細砂層地基等防滲及加固工程，如應用普通水泥，因其可灌性差，不能滿足工程的要求。使用化學材料雖可達到目的，但造價昂貴，且存在毒性、污染環境和材料老化等問題。為了解決這一問題，人們開始對水泥進行超細化研究，由生產廠家特制磨細或在工地對普通水泥再研磨，經應用于灌漿工程，取得滿意的效果。由于水泥顆粒很細，易吸水變質，給包裝、運輸、儲存都帶來一定的困難。近年來，開始在灌漿施工中，開展濕磨工藝的研究。在灌漿時，把水泥濕磨機納入灌漿施工設備系統中，直接獲得磨細的水泥漿。經室內試驗和現場試用，磨細水泥漿的穩定性好，結石抗滲性高，提高了微細裂隙及低滲透性地基的可灌性，擴大了水泥漿液的應用范圍，灌漿效果及經濟效果顯著，使用方便。目前，已研制成功并投入使用的有長江科學院研制的GMS-1型、GY-III型水泥濕磨機，系靠轉齒和定齒的高速轉動將水泥磨細的。濕磨后的水泥最大顆粒小于40μm，其中小于30μm的達91.8%，平均粒徑為10.4μm。該機電動機功率5.5kW，轉速3000r/min，生產能力在17L/min以上，機重150kg。中國水電基礎工程局有限公司生產的濕式微粉磨機，它是通過磨桶內的玻璃珠（研磨介質）與水泥漿體強烈攪拌而使水泥得到磨細的。桶的容積為15L，轉速1055r/min，生產能力小于4.2L/min，磨細后的水泥比表面積可達8400cm2/g以上，平均粒徑小于6.6μm。電動機總功率16.1kW，機重1t。我國經過多年的研究開發，生產的膠囊式灌漿塞性能已可達到國外同類產品的水平，表2-2-4和表2-2-5為中國水利水電基礎工程局科研所研制的灌漿塞系列產品和膠管輪車的主要技術性能。使用膠囊式灌漿塞應注意鉆孔孔徑、灌漿塞直徑與灌漿壓力的合理配合，灌漿塞的膨脹壓力應超過最大灌漿壓力的10%，且不低于0.3MPa。深孔灌漿時宜使用壓縮空氣或惰性氣體作為膨脹介質，嚴禁使用氧氣。膠囊式灌漿塞通常為純壓式灌漿塞，必要時也可制作循環式灌漿塞。表2-2-4 型號灌漿塞外徑（mm）適用孔徑（mm）膨脹范圍（mm）工作壓力（MPa）DYS-50φ44φ50φ44~φ808~12DYS-56φ48φ56φ48~φ906~10DYS-66φ58φ66φ58~φ756~10DYS-76φ67φ76φ67~φ1004~8DYS-91φ75φ91φ75~φ1103~6DYS-110φ86φ110φ86~φ1202.5~5注：膨脹范圍與工作壓力成反比表2-2-5 卷管方式手動型電動型膠管內徑（mm）φ19φ16膠管外徑（mm）φ31φ28膠管長度（m）50~80100~150膠管最大工作壓力（MPa）1517工作動力（kW）無1.5外形尺寸（長×寬×高）（mm）1248×1118×12371769×1024×12376灌漿管路6.1輸漿管水泥灌漿用的管路，有金屬管和膠管兩種。對管的要求有三條：（1）必須能保證通過規定的輸漿量時，為此輸漿管的內管應等于或大于灌漿泵出漿管的直徑。（2）必須具有足夠的強度，能承受最大的灌漿壓力，在灌漿前應做耐壓試驗。（3）應便于裝拆和搬移，膠皮管連接最好采用活口式，為便于搬移，節省管材的裝拆時間，并減少管路上的壓力損失，對輸漿管的總長度（從灌漿泵到孔口）以不超過50米為宜。6.2返漿管返漿管（又稱伸長管，尾管）。以往常用的有φ19(或25)mm硬質塑料管兩種，后者柔性好，連結方便（用橡皮短管扎結），使用可靠，對灌漿質量有利。6.3高壓輸漿管一般水管只能承受8～10個大氣壓，在外面纏有鋼絲或內夾有布（3～5層）膠皮管，能耐壓20～25個大氣壓，高壓灌漿最好用鋼絲編制的高壓膠管（有一層和二層之分），目前我國生產的有φ25和φ38mm兩種，每根長為5m、10m，高壓膠管連接采用特別的活口式接頭，經烏江渡灌漿試驗證明，能承受100個大氣壓以上的壓力。7測量儀表和調節裝置7.1測量儀表水泥灌漿用的測量儀表包括壓力表、流量表、溫度計、液體比重計、粘度計、失水測定儀、天平、秒表等，這些儀器必須具有規定的精度。7.1.1壓力表壓力表又名壓力計，是用來測量水、油、空氣、蒸氣等液體或氣體的一種儀表。它的種類很多，根據測量壓力種類分：（1）一般壓力表；（2）真空壓力表。灌漿用的為一般壓力表或彈簧壓力表。它的精確度按允許誤差分級，為該最大壓力讀數的±1.5%、±2.5%。壓力表使用時注意：（1）使用壓力量程應為壓力表最大負荷壓力（刻度極限值）的二分之一為合適，最大使用量不得超過最大壓力的三分之二。（2）安裝時在壓力表下端要安裝活塞或油彎管，防止漿液直接沖到壓力表彈簧中去，致使彈簧失靈，最好在其上面安裝一個開關閥。（3）壓力表在使用前，要進行檢查，以免發生故障，并應定期進行校正檢驗。（4）壓力表在使用前，如發現指針不動或不對零，可以從以下幾個方面去找原因，進行檢查與消除：1）檢查閥（凡爾）是否打開；2）檢查壓力表接頭處是否堵塞；3）壓力表的指針和軸是否安裝牢固；4）檢查壓力表容器是否有殘余空氣；5）檢查壓力下活塞是否有油。7.1.2液體比重計比重計是用來測量漿液比重的器具，它是一個密封的玻璃管，其下端為球狀容器，內裝有水銀或鉛砂，以便使比重計能在液體中穩定地懸浮著。在玻璃管上刻有刻度，當比重計浮在液體里的時候，它的重量就等于它所排開的液體重量。灌漿用的比重計，一般最大刻度為2（在20℃在使用比重計測量漿液時，先要將量筒里的漿攪動和搖動一下，使懸液上下濃度均勻，再將比重計放入懸液當中去，讀完數后，應將比重計放入盛有清水的量筒內清洗。7.1.3流量表流量表又叫流量計或水表，有蝸輪式、葉輪式等多種型號，是記錄流經管道的水量的，若配合秒表，可測定單位時間通過的水量，即流量。7.2調節裝置調節裝置包括孔口封閉器、高壓閥門、高壓接頭等。（1）孔口封閉器：在進行自上而下分段灌漿時，為避免起塞、下塞困難，加快施工進度而設計的一種孔口閉漿裝置。（2）高壓閥門：控制灌漿壓力的一種耐高壓閥門。（3）高壓接頭：聯接鋼絲高壓膠管的鋼制活接頭。（4）巖石抬動觀測裝置：觀測方法有二：一是在巖石上設置水準觀測點，二是在灌漿深度以下巖層深處設置固定桿，用千分表觀測。（5）臥式泥漿攪拌機放漿閥門四通轉心閥門，當用兩臺泵（一臺工作另一臺備用）從同一攪拌槽內交替吸漿或用兩臺泵向同一輸漿泵管路中