淺談深孔帷幕灌漿斜孔成因與處理方案

摘要：在深孔帷幕灌漿鉆孔施工中，孔斜控制具有重要意義。本文著重探討孔斜成因及其不良影響，并就個人經驗提出一些孔斜的預防和處理措施。

關鍵詞：鉆孔方向 孔斜成因 孔內事故 鉆進效率 鉆孔質量 連續帷幕

引言

為保證大壩壩基的安全，保障大壩建成后的良好蓄水效果，在施工中主要采取的措施多為帷幕灌漿，而作為灌漿的第一工序——鉆孔是保證其他工序質量的關鍵性第一步。事實上，因為各方面的原因，鉆孔與設計方向往往會產生不一致的偏斜變化。如果鉆孔產生的偏斜度很小，其影響是不大的；假如偏斜度嚴重發展，不僅對鉆進質量、事故發生率、鉆進效率等方面產生不良的影響，而且會嚴重影響具有一定防滲標準的“連續帷幕”的形成，使灌漿質量不能達到要求，以致不得不進行一定量的補充灌漿（或加密灌漿孔灌漿），從而使帷幕的造價提高。

1、孔斜成因分析

孔斜作為鉆孔事故產生的原因較多，視其主客觀因素可歸納為地質條件不良，技術條件不適宜兩個方面。

1.1地質條件不良

在地質條件方面，集中表現在鉆孔內巖石的力學性質上，主要為：

⑴鉆進松散覆蓋層時，覆蓋層越厚，越容易改變鉆孔的方向；

⑵在有一定傾角的、軟硬交替的巖石中鉆進，由于鉆頭在同一接觸面上有軟硬不同的巖層，因此，可鉆性不同的巖層會產生不同的鉆進速度，從而改變鉆頭的鉆進方向；

⑶在厚度大、破碎較嚴重的巖層中鉆進，其鉆孔孔徑也較大，粗徑鉆具在鉆進方向上不容易被控制；

⑷砂卵石層中鉆進，鉆孔最容易偏斜。因為礫石的圓滑對鉆頭產生偏滑作用，形成不均衡的阻力，易改變鉆頭前進的方向；

⑸在遇到溶蝕孔洞、大斷裂帶或老空洞等情況時，亦會產生鉆孔的偏斜。

1.2 技術條件不適宜

因采用與實際不相宜的技術措施造成的鉆孔偏斜，主要表現為：⑴在開孔鉆進或淺孔階段的鉆進中，鉆機立軸與鉆孔不在同一條中心線上；使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴重的立軸鉆桿定向套管，容易使立軸產生較大的擺動，直接影響到鉆頭在孔底鉆進時的不穩定性；

⑵使用了彎曲的鉆具或過短的巖心管。

2、孔斜對鉆孔質量的影響

2.1 鉆孔地質資料的準確性受懷疑

鉆孔偏斜后造成地質資料不準確，表現在以下3方面：

⑴對巖層或構造帶的空間位置、厚度、結構的分析有直接影響；

⑵鉆孔產生偏斜會破壞灌漿孔間的合理孔距；

⑶鉆孔偏斜后，鉆頭在孔內的回轉不穩定，致使采取到的巖心也很細，甚至保存不住巖心，嚴重地影響巖心的采取率。

2.2 灌漿施工因孔斜而不能正常進行

有了良好的灌漿孔，才能實行良好的灌漿。鉆孔偏斜必然會使灌漿孔的孔壁不圓和不平整，給安設栓塞造成困難。帷幕灌漿一般采用孔口封閉器的方式灌注，大多數將鉆桿作為射漿管用，因有鉆孔孔壁的彎曲，鉆桿在孔內也呈彎曲狀態，在灌漿特別是灌注濃漿時，很容易發生“固死”鉆桿的現象，從而影響灌漿的順利進行。

3、孔斜對灌漿質量的影響

孔斜所造成的灌漿孔孔距的變化使相鄰孔的有效充填范圍彼此銜接不起來，從而使灌漿帷幕不能達到規定的防滲標準，灌漿質量受到影響。

漿液在巖石縫隙中的擴散范圍受灌漿壓力、漿液性質、巖縫發育特征及施工工藝等因素的影響。同一性質的漿液在不同壓力、不同地質條件下，擴散充填的范圍差異性很大。

4、孔斜的預防與處理措施

控制鉆孔鉆進方向，使之不發生嚴重偏斜是一項很復雜的技術工作。采取何種技術措施防止鉆孔偏斜或鉆孔產生嚴重偏斜后如何處理，都必須將影響鉆孔偏斜的幾方面因素結合起來全面加以考慮。

4.1預防孔斜的措施

⑴鉆機的安裝要水平牢固，立軸中心與鉆孔中心應在同一條垂直線上，并按要求的孔向對準孔位開孔，以使鉆進中不擺不晃；

⑵孔口管必須牢固并滿足要求，在開孔鉆進與淺孔階段鉆進中，立軸鉆桿不能太長，否則鉆進時擺動性大，致使立軸轉動不穩，造成鉆具擺動性增大；

⑶使用符合規格的各種鉆孔器具，并隨時檢查，如發現有彎曲的鉆具或有磨損較嚴重的立軸導管時，應及時更換。在淺孔鉆進階段，一般情況下，使用的巖心管長度較大一些為宜；

⑷孔較深以后，即開始需要從地面減壓鉆進時，特別要注意鉆壓的調整，同時要注意提升吊環必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上；

⑸鉆進中，當巖石換層時，不論是由軟變硬還是由硬變軟，或者是由完整變破碎，破碎變完整等情況，均應減壓減速鉆進，對其進尺的速度和沖洗液的流量及壓力也應加以適當的控制；

⑹鉆進中，應勤檢查鉆機有無移動，立軸鉆進的方向有無變化，發現問題應及時糾正；

⑺為防止孔斜發生，必須熟悉所使用機械性能和鉆孔方法的特點，經常研究，總結經驗。在深孔帷幕的鉆孔中，應對孔斜及時測量，及時準確地掌握鉆孔的偏斜情況，以利于及時處理。

4.2 孔斜的處理措施

1）擴孔糾偏法：此種方法適合于淺孔階段中（一般不超過10 m）鉆孔已偏斜嚴重的情況。

2）短鉆具法：在松軟巖層或厚度大的覆蓋層中鉆進時，當鉆孔產生一定偏斜后，可利用較短的粗徑鉆具進行矯正。因為在上述地質條件下鉆孔，孔徑一般比較大，而短鉆具在較大孔徑內較易改變方向。

3）換徑法：換徑法主要是用比原正常鉆進用的粗徑鉆具小一級或二級直徑且長度短于1.5 m的粗徑鉆具鉆進。因為短細的粗徑鉆具可在較大的孔徑內成接近于垂直狀態。

4）控制法：控制法主要是在考慮進行其它矯正方法時有很大困難，或還有不多的距離就抵達終孔的情況下應用。

5）掃孔法：掃孔法是在某一灌漿段鉆孔結束時進行孔斜測量，發現偏斜值超過允許值時，先不進行糾偏處理，按正常程序繼續進行灌漿，當接近灌漿結束標準時，用比例為0.5（或0.6）∶1的濃漿（可加適量的速凝劑）置換出孔內稀漿，并待凝24～48 h后再掃孔，掃孔時注意控制鉆壓并隨時檢測孔斜，可使已偏斜的鉆孔段得到有效的糾正。

6）補孔法。

5、對保證鉆孔方向的其他建議

要保證很深的帷幕灌漿孔不發生偏斜，絕非易事。雖然結合地質條件采取多種技術措施和操作方法，往往也很難控制鉆孔不發生偏斜。如果用加強測斜等方法來加強控制，但在如此多的灌漿孔內，勢必要增加浩繁的工作量，使施工單位難以承受。另外，一旦發現偏斜，要采取糾偏，不但費時，而且不易成功。因此，對于解決偏斜問題，筆者認為，不僅要從施工方面入手，而且要從設計方面著手。基于此，提出如下有待商榷的建議：

⑴合理降低深層的要求標準，放寬容許偏差值。規范規定了垂直或頂角不小于5°的帷幕灌漿孔其孔底的容許偏差值。但當孔深大于60m時，孔底最大容許偏差值除了應根據工程實際情況并考慮帷幕排數等具體情況確定外，還應結合當地地質條件下漿液擴散半徑和該孔下部巖層的透水性能來分析比較后確定；

⑵增加帷幕的排數。在地質條件不良、鉆孔偏斜的情況下，可考慮在局部地方增加帷幕的排數，以防止孔斜對灌漿質量產生不良影響；

⑶分層施工。如果帷幕灌漿孔深超過100m，可開鑿中間平洞分層施工；

⑷適當提高灌漿壓力。在深孔階段鉆孔發生了稍大一些的偏斜（但未超過規定標準），采用高一些的壓力灌漿，可在一定程度上使漿液的擴散范圍增大并彌補因鉆孔偏斜造成灌漿范圍的不足。