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随着我国高速铁路的迅猛发展，5年后将面临大量的维护和养护工作，控制路基变形问题摆在突出的位置。在不破坏路基结构、不影响车辆通行情况下，如何加固路基，已成为目前亟待解决的问题。现有路基维护工作采用钻孔灌注砂浆实现路基加固，但因每层路基所用填料不同，碎石颗粒大小不一，常规钻探技术(液体冷却、气动正循环等)难以满足路基维护要求。而气动反循环潜孔锤跟管钻进技术可以满足路基钻孔护壁要求，但目前国内外该类钻具普遍较少，且存在反循环不彻底、切削齿布置不合理、变径和跟管机构配合不完善等问题。因而，本文基于气动反循环理论，借助ANSYS和FLUENT软件，针对路基注浆加固问题，分析并设计了一套新型气动反循环跟管钻具，主要研究成果如下： (1)通过国内外现有跟管钻具调研，基于高速铁路路基加固对钻孔要求，提出了气动反循环潜孔锤跟管钻具设计方案，创新设计了一种新型跟管钻头，采用中心钻头与扩孔钻头分置方式，中心钻头在底，扩孔钻头呈三瓣均布于中心钻头上部，正转扩孔，反转收拢，并完成了气路设计、柱齿拓扑设计、各部件接口设计和动力参数匹配等。 (2)基于有限元分析理论，应用ANSYS软件，对关键零部件如套管靴、钻头体、钻头体与中心钻头间连接销进行静力分析，完成了强度、刚度和可靠性校核。
跟管钻进分为偏心跟管及同心跟管两种方式，二者在工艺原理上有所不同。
（1）偏心跟管钻进的工作原理
正常钻进时，通过冲击器的振动冲击作用，带动偏心钻具进行钻孔，钻进时由于离心力及摩擦力的作用，偏心轮朝外偏出从而达到扩大孔径的目的，再通过稳杆器的冲击带动套管跟进，钻孔产生的岩粉通过稳杆器上的键槽吹出孔外。钻孔结束后，通过反转，使偏心轮收拢提出套管，套管留在孔内护壁而成孔。偏心跟管钻进宜在孔深40m以内且地层中无较多较大的孤石时采用。
（2） 同心跟管钻进的工作原理
通过中心钻头及套在中心钻头外的同心套冲击破碎岩石造孔，同时利用同心套的扩孔作用将套管带入孔内，同心套内设键槽，到基岩后，中心钻头反转通过同心套中退出。同心跟管能较好地解决偏心跟管钻进时因地质条件复杂而造成的卡钻及孤石钻进问题，更加有利于施工操作，提高钻孔工效。同心跟管钻进宜在孔深超过40m且地层中有较多较大的孤石时采用。
跟管结束后换用常规钻头钻至设计孔深。
钻具下孔前应检查潜孔冲击器、跟管钻具、套管及套管靴连接是否牢固，偏心钻头转动是否灵活，通风是否顺畅。
钻进过程中应注意观察套管的跟进情况及孔内排粉情况，每钻进0.3～0.4米应强吹孔排粉，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具向上提动距离应严加控制以能实现强力吹孔排粉为限，禁止在钻进过程中强力起拔中心钻具。钻进结束或需要更换中心钻具时，应先进行清孔，将孔底残渣吹尽，然后停止回转，把中心钻具缓缓向上提动，提升力的大小以刚好能提动中心钻具为合适，提升高度以偏心钻头后背与套管鞋前端接触为止；然后低速反转钻具，同时缓慢向上试提中心钻具。当观察到中心钻具可以顺利提升时，表明偏心钻头已收拢，这时可以按照常规方法提升中心钻具，直到全部提出中心钻具。在反转钻具时，应小心操作，防止钻具脱扣。
有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡死而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应输送压气，重新对钻孔进行清洗，并使潜孔锤作短时间工作，然后重新进行中心钻具提升作业。
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