钻塔在众多钻探设备中占有着重要的地位，钻塔的使用主要是安放和悬挂天车、滑车、大钩、提引器等以起下钻进设备和工具，起下和存放钻杆、起下套管柱。为保证钻塔安全使用，钻塔应有足够的承载能力，以保证能够起下或者悬挂一定长度的管柱；钻塔应有足够的有效高度和空间，以安放有关设备和工具；应有合理的结构，尽可能轻便化与易拆装。一个设计合理、加工可靠的钻塔可以有效地降低事故发生率，提高钻进效率。而钻塔的种类很多，常用的有三脚钻塔、四角钻塔、A字型塔[1][2]和桅杆式钻塔等。应根据实际需要选择合适的钻塔。

 

 

　　水利水电工程勘探主要有三大特点：一是钻孔深度较浅，孔深超过300m的较少。300m以内的钻孔多采用三脚钻塔和四脚钻塔，但随着工程建设地的地质条件越来越复杂，孔深呈现出逐渐加深的趋势，使用管子四脚钻塔、角钢四脚钻塔或液压升降式A字型塔的情况增多。二是常需要在钻孔内进行注水试验、抽水试验和压水试验等各类水文试验。为了保证试验数据的准确性，通常只能采用清水做为冲洗液，而清水的润滑和护壁的效果较差，容易产生一系列问题。三是勘探地层多为覆盖层[3]，多用套管护壁。覆盖层地质条件复杂，地层分布无规律，结构松散变化大，含有大量卵石、砾石，粒径不一，常伴随有漂石和大孤石，架空现象严重，透水性强。由于这类地层钻进难、取芯难和护壁难。尤其是要进行各类水文试验，用清水做为冲洗液，很容易塌孔，因此，常需锤击厚壁套管跟进护壁。而采用锤击套管跟进护壁，则钻塔的强度需满足一定的强度，否则容易出现安全事故。

 

 

　　三脚钻塔包括木质三脚架、钢管或铝合金管材制作的轻便三脚架。目前应有较多的是钢管三脚钻塔。三脚钻塔塔腿长度为7～14.5m，塔高为6～12m，提升高度6～9m，一般适用于孔深300m的钻孔。但在水利水电工程勘探中，孔深在100m以上的钻孔极少使用三脚钻塔。主要是三脚钻塔不适合配合吊锤使用。目前三脚钻塔以轻便型为主，结合轻型钻机用于孔深100m以内的砂层、土层、部分较浅的砂卵石覆盖层，且不用吊锤击打套管护壁的钻孔中。这类三脚钻塔多采用Φ50mm或Φ60mm的钢管加工制作，负重载荷一般为2t～4t，塔高6～7m，多与钻机底座相连，采用双前腿布置。两前塔腿在顶部用穿钉连接，穿钉上装有滑轮。两前塔腿上部固定一个突出的横拉杆，后塔腿连接在此拉杆上。钻塔在安装时，先将前塔腿固定在底座上，平放在地面上，用钻机卷扬将前塔腿拉起，带动后塔腿升起。或是直接采用人工顶推或提拉后塔腿的方式，将钻塔立起。

 

　　钻塔的优点是结构简单；重量轻；拆装方便；立塔简单且快捷；工人劳动强度低；前塔腿可以当拖车的连接杆用，直接用车或人工将塔机一次牵引到目的孔位。钻塔的缺点是强度相对较低，处理孔故和使用吊锤跟管护壁的能力较弱；钻塔的结构适合小型钻机，如果应用在较大型的钻机上，后塔腿对钻机的移动会产生一定的影响。

 

 

　　通常的四脚钻塔是由四个桁架面构成的空间桁架。主要有管子四脚钻塔和角钢四脚钻塔。管子四脚塔以钢管、钢筋为主要构件组装而成，设有定距斜拉手和调距斜拉手。角钢四脚塔是通过各种长度的角钢采用螺纹连接或焊接的方式组合在一起，形成一个桁架结构。这个桁架结构可根据钻孔的需要设计成各个面桁架结构相同的，也可以设计成前后桁架面结构相同，但不对称的形式。这两种钻塔的优点是塔的高度较高，稳定性好。但缺点是均比较笨重，靠人工一节一节的从下往上组装，较为麻烦，劳动强度高，且塔高均在12m以上，适合300m以上的钻孔。

 

　　而水利水电工程勘探钻孔较浅，通常采用Φ50mm、Φ60mm、Φ73mm、Φ89mm的钢管做塔腿，组成四脚钻塔。主要是有底座式和无底座式两种。

 

　　有底座式四脚钻塔同三脚钻塔类似，如图2和图3所示。塔高6～12m，负荷3.5～6t。具有重量轻、拆装方便、立塔简单且快捷的优点。

 

　　无底座式四脚钻塔主要是采用Φ73、Φ89的钢管做塔腿组成桁架结构。四个塔腿在顶部用Φ30～50mm穿钉连接，穿钉上装有滑轮、天车等设备。塔腿长主要有6.8m、7.5m和9m，适合300m以内的钻孔。这类钻塔的优点是塔腿管材较为厚重，稳定性好，强度高，可以承受吊锤的冲击力，处理孔故能力较强。缺点是笨重、立塔麻烦、劳动强度大和移动性差。目前该钻塔立塔方式主要有以下几种。

 

　　（1）人力托举法。在没有设备和其它工具辅助的情况下，用12人左右，完全靠人力将钻塔托举竖起。这种方法工人劳动强度高、耗时长、安全隐患大。

 

　　（2）卷扬机辅助立塔法。一是利用机上钻杆做挑杆，在水弯头与机上钻杆连接部位固定开口滑车，将卷扬机钢丝绳穿过滑车拉起后塔腿。另一个是用人力将钻塔抬高1m，在其下部立一临时支架，将两后塔腿固定，两前塔腿底部端固定一横拉杆。利用钻机卷扬拉动横拉杆，前塔腿处各一人辅助移动，提升钻塔。

 

　　此方法需要5人左右，工人劳动强度较低，但要固定好钻机，防止卷绳过快发生危险。

 

　　（3）外力辅助法。一是依靠地利，利用陡坡地形等，将钻塔立起后，移动到孔位。另一个是借助工具车，将前后塔腿立于车厢两侧，人站在车厢内将穿钉穿好后，工具车离开，调整钻塔高度与角度即可。

 

 

　　A字型塔身结构非常简单，塔高基本在12.5m以上，主要用石油钻井中，但近年来也逐渐应用于水利水电工程勘探中。如图4所示。该钻塔主要有管式和桁架式两种。立塔方式主要有吊车立塔、卷扬立塔和液压设备立塔等方式。该钻塔整体性能好，大多为三部分组装而成，利用设备一次立塔成功。但该钻塔往往配有较大的底座，占地广且增加运输负担，单位部件较大，立塔时常需要大型设备辅助，尤其是在大型辅助设备进驻困难的地区，立塔非常麻烦，劳动强度很高。

 

　　钻塔是钻探的重要组成部分，无论是三脚钻塔、四脚钻塔、A字形塔，还有其它诸如K型钻塔、桅杆式钻塔等等，都在钻探中发挥了重要的作用。每种钻塔都有其优缺点和适用性，可以根据钻孔情况选择合适的钻塔，以提高钻进效率和降低劳动强度与成本。