深孔帷幕灌漿鉆孔孔斜的成因分析及防治措施

中國水利水電第四工程局 基礎處理工程分局 王佐林

深孔帷幕灌漿鉆孔孔斜的成因分析及防治措施

中國水利水電第四工程局 基礎處理工程分局 王佐林

一、孔斜成因分析

1.巖體各向不均性。由于巖體在礦物成分、力學性質(zhì)上存在差異即巖體的各向不均性，受此影響，鉆頭在同一接觸面上會遇到軟硬不同的巖層，從而產(chǎn)生不同的鉆進速度，使得鉆孔向著易鉆的方向鉆進，造成孔斜。

2.開孔定位不準，孔口管鑲偏導致孔斜。在開孔鉆進中，由于鉆機定位不準或地錨沒有固定牢固，開鉆加壓時使機身跑偏，立軸與鉆孔不在同一條中心線上造成鉆孔偏斜；孔口管外徑要比鉆孔孔徑小，如果孔口管安裝不正也會直接影響到開孔鉆進時的方向，導致孔斜。

3.機具材料使用不當。如使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴重的立軸鉆桿定向套管，鉆進過程中就容易使立軸產(chǎn)生較大的擺動，直接影響到鉆頭在孔底鉆進時的穩(wěn)定性，導致孔斜；使用彎曲了的鉆具致使鉆具連接后不同心；從而影響鉆進的方向。

4.在鑲鑄完孔口管后，將大孔徑換小孔徑或鉆頭磨損后換鉆頭。這樣，在擴孔鉆進的過程中，因為孔徑大小不一致很難保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進造成孔斜偏差。

5.鉆進時加壓過大，致使鉆桿產(chǎn)生多段處的嚴重彎曲，特別是在不利的地質(zhì)條件下，對產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會更大。

6.在鉆孔施工過程中，對于地錨松動、鉆機移位等問題沒有進行及時校正造成鉆孔孔斜偏差。

二、孔斜對灌漿質(zhì)量的影響

孔斜所造成的灌漿孔孔距的變化會使相鄰孔的擴散半徑彼此銜接不起來，從而使灌漿帷幕不能達到規(guī)定的防滲標準，嚴重影響灌漿的質(zhì)量。

三、孔斜的預防措施

1.鉆機安裝水平牢固。在開孔之前必須要用地質(zhì)羅盤，水平尺對鉆機進行定位，使立軸中心與鉆孔中心處在同一條直線上，后安裝地錨待達到強度后再次調(diào)平、對中、緊固地錨螺栓并按要求的孔向?qū)士孜婚_孔，開孔轉(zhuǎn)速要慢給壓要小，保證鉆機開孔的準確。

2.孔口管鑲嵌要牢固且方向要滿足設計要求。孔口管外壁纏上麻絲孔內(nèi)注滿0.5∶1的濃漿平穩(wěn)安裝，而后馬上用地質(zhì)羅盤儀檢查其方向的準確性，如果存在較大偏差則馬上調(diào)整，保證孔口管安裝的準確性。

3.使用符合規(guī)格的鉆孔器具，并隨時檢查。在鉆孔過程中隨時檢查鉆孔器具的變形、磨損和損壞程度，如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或有磨損較嚴重的立軸導管時應及時更換；磨損較厲害缺少水口的鉆頭應及時更換。在拉西瓦水電站由于受灌漿洞室斷面尺寸的限制，使用長度2.2 m的巖芯管為最佳。

4.鉆孔達到50 m以下后鉆進時要注意鉆進壓力、鉆進轉(zhuǎn)速、冷卻水量的控制。拉西瓦水電站帷幕灌漿使用XY–2型地質(zhì)鉆機，鉆孔達50 m以下后鉆機鉆進壓力宜在0.3 ～ 0.6 kN，鉆進轉(zhuǎn)速宜在300 r/min以下，冷卻水量可以憑經(jīng)驗孔口返水剛漫過孔口管為宜。同時，要注意起鉆時提升吊環(huán)必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上、勻速緩慢提升。

5.在鉆進過程中，要時刻注意觀察鉆機是否穩(wěn)定、地錨有無松動、鉆機有無位移、立軸鉆進方向有無變化和擺幅大小等，一旦發(fā)現(xiàn)問題應及時停鉆糾正。

四、孔斜處理措施

1.擴孔糾偏法。在拉西瓦帷幕灌漿施工中巖石為花崗巖硬度大，鉆孔孔徑為Φ56 mm偏斜主要發(fā)生在淺孔階段（一般在20 m以上），采用擴孔糾偏法效果比較顯著。使用比原鉆具直徑至少大一級的鉆具，從孔口（使用Φ91 mm的鉆具）或從孔口管底部（使用Φ76 mm的鉆具）位置擴下去，糾正鉆孔的方向使之滿足設計要求。

2.掃孔法。拉西瓦帷幕灌漿技術要求鉆孔首段和終孔段必須測斜，中間段則每15 m測斜1次.掃孔法是指在某一灌漿段鉆孔結(jié)束后進行孔斜測量，發(fā)現(xiàn)偏斜值超過允許值時，暫不進行糾偏處理，按正常程序繼續(xù)灌漿。當達到灌漿結(jié)束標準時，再換用比級為0.5∶1的濃漿置換出孔內(nèi)稀漿，并待凝24 ～ 48 h后再掃孔、糾正鉆孔的方向，使之滿足設計要求。

五、孔斜防治效果

拉西瓦水電站帷幕最大孔深151 m，屬于帷幕施工中的比較深的孔，孔距2 m，最大偏斜率δ≤1.5%方可滿足要求，鑒于此，從施工初期開始，便對地層巖石特性等影響孔斜的因素進行分析，并在施工過程中不斷的研究、改進和總結(jié)，形成了上述方法工藝。其中，超過100 m的深孔帷幕孔底偏距的統(tǒng)計資料見表1。

表1 超過140m的深孔帷幕孔底偏距

由表1可知，超過140 m的深孔孔底偏距最大為1.998 m，偏斜率最大1.395%，小于1.5%的平均水平，這說明采取深孔帷幕孔斜防治措施取得了良好的效果。