陈村大坝垂线孔施工技术

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1、?年?月大坝观测与土工测试第? ?卷第?期陈村大坝垂线孔施工技术朱恒 银?安徽省地质矿产局? ?地质队?安徽六安?摘要阐述了陈村大坝安全监测系统的技术改造,以及垂线孔 施工采用的 主要技术装备及工艺。介绍了垂线孔 孔 底随钻跟踪定向纠偏新技术和施工效果,最后结合实例谈几点认识。关健词陈村大坝垂线孔技术工艺随钻 定 向纠偏质量效果?概况安 徽省陈村水 电站位于皖南 青弋 江 上 游,是一座以发 电为主兼有防洪、灌 溉、航运、养殖、旅游 等综合 效益的大型水利水电枢纽。水库总库 容?又?,电 站 总装机?,年 发 电 量? ?。该大坝为 混凝 土重力拱坝,坝高? ?,顶宽?,最大底宽?,坝 顶 弧

2、 长?,共分?个坝段。坝体建在 两山之 间,坝基岩 石软硬 不均,产状较陡且有?条断层穿人坝基。为了确保大坝安 全,准确而有效地监测 坝体变形,大 坝初建时,设立了部分 垂线孔,但孔 深较浅?因施 工上原汹而终孔,有部分未达到设计要求?,垂线孔布置不合理,尚不 足以对大坝变位特性作出全 面分析。因此,安徽省 电力工 业局及陈村水力发电站提出对该坝安全监 测系统进 行技术改造,补建部分垂线 孔以满足 监测 需 要。施工中,研究和运 用 了 国 内先进 的钻井方 法和随钻 跟 踪定 向纠偏新 技术,完成正 垂孔?个,倒垂孔?个?其中廊道 倒垂 孔?个?,累计工作量? ? ?,最 大孔深? ?,最大

3、孔径 为巾?,最 小孔 径中?,垂 线 孔 的有效净径 及孔 深完全达 到设计要求,工 程竣工验收全部为优质孔。水库大坝 为混凝土重 力 拱 坝,混凝土 的 石料较杂,粒径 差别很 大,局部因水泥胶结性 差而 显得较疏松,棍凝土内夹有 网状钢筋,直径约? ? ?基岩为志 留系石英细砂岩 和硅化 石英砂岩、泥质细 砂 岩和砂页岩互 层组 成。断层、裂隙、层 间错动纵横交错产状 陡,岩层 破碎,破坏了坝 基的整体性。两岸 坝基上部岩石较风 化,下部岩层 硬脆碎,局部硬度可 达? ?级。钻孔常规钻进 自然弯曲较厉害。? ?施 工条件坝肩孔 因位于坝体下侧边缘和山体斜坡上,安装设备受场地限制均要搭设平

4、 台?廊道孔均在 宽?,高?狭小断面 空间 内进行施工。尤其 ? ?号 倒垂 孔设置在 ? ?。廊道陡坡 上 整个工作面积 不 到?,施工条件恶劣,难度 较大。?质? 要求及施工条件?工程质?要 求钻孔深度 必须达到设计要求?孔偏斜率毛?。?钻孔终孔 水 平偏距与 垂深之比?中? ?必? ?只 ?无缝 钢护管下 人钻孔水泥 固牢后,管内有效净径? ?。?地层与施工条件? ?地层条件?主要设备与器具? ? 坝 肩孔 设备?钻机? ?一? ?型油压钻机? ?泥浆泵?一? ?型变量泵? ?钻塔?自制龙门架式 两 脚管子 塔?高? ? ?钻杆?巾? ?钻杆 用于常规钻进及 扩 孔,中? ?外 平钻杆用

5、于纠斜? ?纠斜工 具?随钻微 量纠 斜装置? ?测斜仪、浮筒重锤式测 斜器。?廊道 孔设备? ?钻机? ?一? ?型油压钻 机? ?泥浆泵?一? ?型变量泵? ?钻塔?自制龙门架式两脚塔?高? ?钻杆?巾? ?外平钻杆,单根 长? ?其他相关设备与坝肩孔 通用。?一?一?收稿。专题报告朱恒银陈村大坝垂线孔施工技术?施工 工艺?钻 孔结构开孔采用中? ? ?口径,延伸钻进 及纠斜口径为中? ?,每钻进?,用必? ? ?扩孔?,导向孔终孔口径为中? ?,成孔口径据巾? ?导 向孔精度确定,一径扩 孔到底,后下人护管。?施工工艺流程设备安装与垂直校正?中径开孔?小径钻进及跟 踪纠斜?中径 导 向扩

6、孔? 中径到底?全孔测 斜?确定扩孔直径? 大径扩孔? 全孔 测斜?下人护管一水泥固孔?透孔?管内测斜?成 孔验 收。?钻进方法?开孔 钻进开孔 选用中?功?合金 或金刚 石取心钻 进,若遇钢筋混凝土,采用针状合金钻进。? ?延伸钻进开孔钻进 到孔深?左 右,转人延伸钻进直至终孔。延伸钻进采用小 径钻,中径跟 的方法,即小径中? ?金 刚 石钻 进?纠 斜钻 进 也使用该口径?,中径跟采用必? ?导 向合金 钻进。一般 情况下,小径 延伸钻 进?一?,中径跟?。但小 径钻进每回次进尺不得超 过?,测斜后无 问题再 继 续 延伸。一旦发现钻孔偏移量大于? ?,即纠偏。? ?大径扩孔钻进 延伸钻进

7、 结束后,根据 测 斜资料和下人 护管 的外径,来确定扩孔直径。原 则上?钻孔 成孔后,有效净径不得小于所下护管外径。大径 扩孔 软岩和混 凝土采用合金钻进 为主,硬岩采用钢粒钻进 为主。?钻头的设计 与选择根 据垂线孔施工特点和所 钻进 地 层情 况,合理地选 择不 同类型的钻头。本次 垂线孔 所选用 的主要钻头类型有?金 刚石 钻头、合金 钻头?含 针状合金钻头?、钢砂钻头?种。? ?金刚石钻头金 刚石钻头所 选 用 的是 电镀 人造 金 刚石 钻 头。纠斜用钻头结构设计为?中? ?无 岩心全面钻进钻头,其特点是既能延伸钻进,又能有利于纠斜钻进?取心钻头选用 的是普通 电镀钻头,规 格为中

8、? ? ?,中?两种?扩孔 钻 进 一般是中径中? ? ?选 用金 刚石 钻头扩 孔,扩 孔 钻 头结构 设计为?中?钻头中间带中? ?导向。扩 孔时,钻头沿着导向孔延伸,不至于扩偏钻孔。? ?硬质合金钻头硬质合金钻头 用于水泥层和?级以下硬度的岩层取心钻 进及扩孔 钻进。合金钻头主要有两种类 型,一 是八角 式合金钻头?二 是针状 块式合金钻 头。钻头结 构设计上?取心钻头 为普通式 环状钻 头?扩孔 钻头主 要是 二种 形式,一种是中径必? ?扩 孔,是将普 通 钻头中间 带必? ? ?导 向,一 种大径?中? ?中? ? ?扩孔、钻头设计为带导 向盘形结 构,导 向直 径为中? ?。盘

9、形结构钻头体上可镶 焊针状和八角合金,施工 中视地层情 况而定。盘形钻头扩 孔钻具 的稳定 性差,扩 孔振动大,钻 头寿命短,但扩孔 后钻孔 的净径 有保证。? ?钢砂钻头钢砂 钻头主要用 于大径硬岩 扩孔钻进。钻 头结构 设计 主要 有 两种 形式?第?种 是 圆柱 形铸钢 无岩心全面钻 头,这 种钻头扩孔前要将中? ?导 向孔用低标 号水 泥 封住,后 扩孔 钻 进,其特点是,钻 头本身无 导 向,是利用钻 头 唇部导砂 圆弧锥 面作 自由导向作用,延伸钻进。扩 孔阻力 小,但钻头外径磨损后不 易修复,扩孔 时,遇 到软硬 不均地 层,易偏斜。第?种 是筒状钻 头 唇部 加厚 导向分离式钻

10、头,这种 钻头扩孔前,先在孔内预设导 向,后扩孔。该种钻头可多 次修复,扩孔进尺快,节约材料,钻 进振动小,钻孔不会 扩偏,但扩孔时,操作不慎易将导向扩坏。?护管 的下入和固孔? ?保护管的选 择及 下人保护 管 选 用必? ?中? ? ?壁 厚? ?一?的无缝钢管。管丝扣设计为特殊螺 纹直 接连接,坝肩 孔保护管每根长 为?,廊道孔 为?。护管两 头丝扣 的加工 需设计专用夹 具,以保证护管的加 工精度,严禁使用弯曲及椭 圆度差 的管子。为了便于固孔作业特设计一 根?左 右 压浆排水 装置,该装置 安装 在 孔内护 管倒熬第根上部位置,在灌浆时起 排 水作用,浆液灌至装置处,起阻碍浆液进 人

11、护管内作用。该装置 的设计能有效地保证灌浆后 管 内的有效净 径及 固孔质量保护管的下人时,逐根检查管扣质鼻及垂直度,并 丈 量、编 号下 人,管扣用厌 氧胶粘结,护管全 部下好后,把 测斜器下人 护管底部测量 护管育效净径,然后顺时 针扭转 护管,找 出护管内最大有效净径。?原则上规定?固孔前必? ?护管内净径 ?中? ?,中? ? ?中?护管内净径 ?中? ? ?,为安全 固孔值?将护管 提离孔 底? ?后,用夹板 固定好 孔口管即可。?固孔作业固孔作业分两次进行,第?次从管 内下人,钻杆内送 少量水泥浆将孔底护管固定?,待? ?大谈魂浏与土二侧试表l各孔纠斜情况统计表纠斜情况纠偏次数成功

12、次数测斜次数孔号4号倒 2 9号正 2 9号倒 2 6号倒1 8号倒8号倒7号倒尸aA一匀554 76 63 7后,再拉紧护管,测 量护管内净 径,若无变化 即可第 2次固孔。第2次 固孔前,从管口送清水冲孔,观察是否从孔壁与管壁 间隙中返水,如返 水说明压浆排水 装置性能 良好,即可孔口灌浆。否则,要处理好压浆排水装 置后才能灌浆。该方法灌注是用人 工直接从孔口环状间隙 中连续倒 人浆 液,无 需 泵送,水灰比一般可配 到0.40.3 5,水泥结石快,固孔 质量 好,护 管有效净径不会发生 变化。通过7个垂线孔 的应用,成功率10 0%。水泥固孔 后,待水 泥结石,下 钻具透开孔 底 水泥,

13、见基岩即可埋设垂线锚头。:1351 7107494孔身垂直度的控制4.1保直防斜措施( 1)选 用液压立轴式钻 机,立轴不 晃 动,主杆直,立轴有 上下 卡盘。(2)钻塔落实在混凝土基 座 上,开孔前,用 经纬仪或水平仪进行交叉垂直 校正。钻机 安装平 稳,保持天车、立轴和孔口三 点一线。(3 )各类钻具组合均 力求做到具有咽d、满、直”的防斜保直特性。( 4)扩孔钻具安设导 向装置,并具有良好的导向功 能,以防扩偏或扩 出新 孔。( 5)合理 选 择钻进技术 参数,不得 采取大 规 程强力钻进。(6)及 时作出钻 孔 偏斜平面图和孔斜 剖面图,以指导施工。4.2定 向纠斜(1 )定 向纠斜方

14、法定 向纠斜是 垂 线 孔 施 工 中不可缺少 的一 道 工序,若沿 用以往纠斜方法,成功率低,风险大,在实践中研究 出一种特殊的纠斜工艺,取得较好的效果。定 向纠斜机具是自行设计的一种特殊的专用垂直孔微量 纠斜器。该机具 和与其相配套的机具及工艺一起,可实现 在 原孔 底定向随钻纠斜(亦称“导航钻进” )。这种特殊的 纠斜方法特点是:根据需要每次纠斜量可以人为调整;可在 原孔底纠斜;钻孔可随偏随纠,速度快;纠斜后立 即常规钻进;定向准确成功率高。据7个垂线孔统计,累计纠斜 8 8次,成功8 3次,成功率9 6 %,钻孔纠斜情况 见表1。(2 )轴线偏离量 的控制施 工 中钻孔轴线偏 离 量

15、的控制,一般在 2 5m m以内,若大于其值就立 即纠斜。另外,钻孔有效净径不得小于钻孔半径,否则即要纠斜。(3)定向纠斜口径定 向 纠斜口径原则 上 要 小 于 原钻孔直径 约3 0m m一50m m,本 次 施 工 用中6 0m m纠斜 钻 进,中径中1 1 0m m延伸钻进。(4 )定 向纠斜工序测斜(作图)确定纠 偏量下 人定向纠斜机具定 向纠斜钻进测斜中径延伸。4.3测斜(1 )测斜仪的选择:垂线孔 施工,钻孔垂直度 要求很高,以往使用 的磁针式、悬锤式、钟摆式、陀螺式均不能满足测 量要求,所以,施工中选用 浮筒重锤式 测 斜仪,该仪器测量精度完全满足要求。( 2)重锤是 根据孔 径 大小 配套,现 场所 备用的 重锤有:中5 9m m,必10 8m m,必180m m,中1 98m m,中2 08 m m,巾2 18 m m等几种,测 量管 内采用 滚轮式膨胀锤,以更精确地测得管 内净径。(3 )测斜间距最大控制在1.Om以内,一般要求0.sm测 一 次。每钻进 一级口径均进行测量,每次测量要求对 上23点进行复测对比。(4 )对 测斜数据及时 整理作图以指导 施工。( 5)钻孔 开孔 时要找