基于大壩監測系統鉆孔施工

唐 于

(貴州省石阡縣水務局，貴州 石阡 555100)

基于大壩監測系統鉆孔施工

唐 于

(貴州省石阡縣水務局，貴州 石阡 555100)

倒垂線坐標儀是大壩變形監測的重要手段，測量精度較高、儀器結構簡單、測量成本低、測量環境的防水性能好、自動化程度高，同時長期穩定性好，尤其適合應用在大壩監測惡劣環境。除了對可靠的監測儀器的成功選擇，一個水利工程項目的安全監測系統不可或缺的還有氣良好的設計和施工監控。結合工程實例，重點分析了倒垂線坐標儀在大壩監測系統鉆孔施工中的應用。

大壩監測系統；垂直鉆孔施工；結構設計；技術工藝；倒垂線坐標儀

1 工程概況

某水電站采用混合式、跨流域開發，其樞紐工程主要建筑物有：攔河壩、左岸和右岸電站進水口、左岸和右岸泄洪沖沙洞、引水隧洞、溢洪洞、導流洞、主副廠房及開關站、壓力管道、調壓室等。

某水電站的壩體總填筑量300萬 m3，壩體防滲系統由面板混凝土、趾板、上游蓋重保護以及上游帷幕灌漿組成。大壩基礎防滲技術有帷幕灌漿和上游固結灌漿兩種。某水電站混凝土壩頂長405m，頂寬9m，面板堆的石壩壩頂高程809m，最大壩高123m，上游壩面坡比為1∶1.3，下游壩面坡比為1∶1.6，下游壩面綜合坡比1∶1.432。墊層區水平厚2.5m，下游坡面干砌石厚>0.9m，過渡區水平厚3.5m。

2 攔河壩工程地質條件

水電站所屬的河流區域地形兩岸基本對稱，下壩址的河谷呈“V”型，坡度約34°～39°，河流呈近“W”流向。崩坡積厚度在左岸壩軸線和兩壩肩下游較大，河床沖積層厚4～5m，兩岸覆蓋層厚度多在4～8m。壩基巖組包含T3ya1-4以及T3yb-1等。左岸崩塌體厚達18～25m，右壩肩厚達9～20m。巖石硬質巖稍多，軟硬相間。巖層以接近于90°的走向陡傾下游，與河床近垂直，壩址為橫向谷，部分局部倒轉。因左岸壩肩和右岸壩肩各存在1條斷層，導致下壩址地質構造較復雜，走向順河向平移斷層，同時不連續的兩側巖性導致地質更為復雜。

壩高2/3處無全風化層，大約高程 770m以下至河床段，弱風化巖層下限的埋深，強風化巖體厚度普遍較小：兩岸壩頂高程為30～40m，在河床部位為8～15m。根據鉆孔壓水試驗，Q≤3Lu相對隔水層頂板埋深的河床，透水率淺，河床部分較淺甚至只有20～30m，深度梯度向兩岸加深，越過壩頂高程為45～50m，在F14斷層帶附近的深形成強透水帶。

3 施工準備

3.1 鉆孔結構設計

3.1.1 倒垂孔鉆孔結構設計

根據工程地質條件和設計要求，本工程鑿孔采用金剛石單導管進行。該項目計劃用Φ330mm金剛石鉆孔，鉆孔深度等于孔導管長度，導管長度 2m，導管直徑Φ320mm，管外水泥砂漿固結，然后使用金剛石單管Φ330mm、Φ280mm以及Φ220mm分別鉆進至終孔；必要時，可采用變直徑Φ180mm金剛石鉆頭終孔。

施工過程中粗徑鉆具厚徑長度≥10m，確保倒垂孔垂直，結構設計見圖1所示。

3.1.2 雙金屬標孔鉆孔結構設計

根據工程地質條件和水電站主體的雙金屬孔設計要求，采用金剛石單管孔鉆。雙金屬金剛石鉆探的標準孔為Φ430mm，孔管長度等于鉆探深度，管孔長 2m左右，直徑Φ377mm，管道水泥砂漿加固，然后采用Φ330mm終孔。

施工過程中，厚徑長度≥10m，同時確保雙金屬標孔的垂直精度。

3.2 鉆進技術參數的確定

施工過程中，為了確保垂直鉆孔精度，防止孔偏差，必須嚴格控制和調整鉆井參數。孔底的鉆壓控制在2～2.5MPa，速度65～95r/min，沖洗液量80～110L/min，鉆井速度控制在0.5cm/min左右，嚴格控制回次進尺以及控制鉆進速度調整鉆井參數[1]。

3.3 鉆機的安裝與調整

倒垂孔安裝是檢測系統運行中的重要環節之一，必須認真對待。鉆機安裝在木質底座，然后使用3根18#通道的光束通過1個螺旋榨油機預埋，將底座牢固的固定在壩面，確保鉆機安裝穩固水平，同時松開螺釘鉆時可以前、后、左、右四自由度運動，以適應鉆機在鉆孔糾斜時能夠平面位移。鉆機安裝后，校正鉆軸雙經緯儀，上、下死點的控制和孔中心的控制偏差<1mm。

3.4 孔口導向管的安裝與調整

孔口導向管下入時，該孔距離管底的距離應約20cm，導向管孔懸浮在孔內，并嚴格細致的調整其垂直精度。垂直精度高于倒垂孔的精度，中心偏差在 2mm為事宜，調整灌入水泥砂漿，加固孔壁[2]。

圖1 倒垂孔鉆孔結構設計圖

4 造孔鉆進施工工藝

在鉆孔施工中，井斜控制是倒垂孔施工的一個關鍵環節，在整個施工過程中，必須嚴格控制鉆井參數和鉆井速度，通過控制鉆井參數來控制和調節鉆井速度。禁止盲目追求施工進度，必須始終堅持“以防跑偏”，及時糾斜和定時測斜的原則，采取綜合有效防止斜糾斜措施，確保滿足設計要求[3]。

4.1 開孔鉆進

按設計圖紙測量放樣，確定位置誤差<±2cm。在鉆井施工之前，應重新打樣垂直軸中心，使其與導向管的中心重合，開孔鉆進采用合金鉆具進行，同時鉆孔應輕緩化鉆井壓力。

4.2 孔身鉆進

導管插入孔鉆連接孔，垂直軸的下端置于孔口導向管內，逐漸調整X，Y2個方向的誤差，精度控制在1mm以內為宜。在金剛石鉆進向內開孔時，使用直徑<2的鉆桿扶正器，隨著孔深度的延伸，逐步擴大徑具規模的大小，直到達到10～12m。必要時，也可以擴展，形成管鉆井工具，以確保可靠導向性。

4.3 正常鉆進與糾斜鉆進

正常鉆進時，尤其是在鉆井過程中，用長的細直徑鉆；傾斜鉆孔，鉆桿無導(不用鉆桿導向器)，采用短鉆具，嚴格控制進尺。

4.4 鉆桿扶正器

大直徑鉆管應安裝鉆桿扶正器，固定旋轉鉆頭，消除由于鉆桿彎曲孔累積的偏差。本工程項目中計劃采用翼式鉆桿扶正器，外徑方向鑲以保徑合金，減少孔徑磨損。

4.5 鉆進沖洗液

采用清水鉆進混凝土孔段，巖石的孔段采用乳化液乳化沖洗，潤滑鉆井，減少阻力，延長鉆頭壽命，提高效率，保證鉆頭垂直精度。

4.6 采用較小的鉆進參數

垂直軸的轉速和鉆壓是控制鉆進速度、防止孔斜、確保正常鉆進，鉆壓不得使用。淺孔鉆進時，可以使用大直徑鉆孔工具減小鉆進井底壓力，深鉆孔應減壓鉆孔，使鉆具呈微拉狀態。

4.7 施鉆技術要求

鉆井施工時，上部和下部鉆應光滑平穩，不允許硬墩或拉力強，鉆頭卡住時要進行原因分析，正確處理，提鉆時，為了防止變形、彎曲，允許猛甩鉆桿。每一次進行大直徑鉆孔時，鉆桿螺紋連接部分應涂黃油，容易擰卸。

4.8 巖心采取

在巖心采取時，為了保證鉆孔的巖心采取率，卡料規格應符合要求，每回投入輸入卡取心，爭取一次性成功。鉆孔測斜儀孔傾向必須滿足要求，確保繼續開采后的恢復。

4.9 鉆孔變徑

孔的長度等于直徑的長度，然后拆下導向工具。直徑鉆孔時，應該采取一個小、輕、慢的轉鉆進參數進行施工。

4.10 定時測斜

每米測定孔斜1次，即定時測斜，并記錄于調查表，把握與分析定時測斜的變化數據，如發現偏差超過規定范圍時，應立即采取糾正措施，防止過度傾斜引起的撓度。在撈盡孔內巖心及沉淀物以后，在進行測斜工作，確保數據的準確性。

操作步驟如下：

1)調查設置水箱和水箱架，基本保持水平。

2)箱內注水，一直到浮在表面的物體自由浮動的時候可以停止注水。

3)用鐵絲連接鼓形測斜儀，通過繞線架控制，在預測孔深內，安置鼓形測斜儀。

4)在浮體上安置繞線架，浮體平穩后測量孔斜，在孔的十字坐標上測量橫向和縱向撓度值。

5)坐標和橫坐標原點的距離是孔板中心撓度值。

4.11 鉆孔驗收

終孔以后，應清除孔內殘留，立即清洗孔，然后從底部到上部每1m或2m逐段測斜。經驗收合格后，下入垂線保護管。

5 結 語

由于儀器的埋設過程中經常出現與其它工序施工相沖突的情況，必須在埋設過程中進行必要的協調。在保證施工質量的前提下，應該盡量避免影響其它工序的施工，保證不因埋設儀器而耽誤工期，并避免因為其它工序的施工不當而造成儀器、電纜的損壞。施工過程中，工作人員必須戴好安全帽，灌漿人員帶好防護手套。

[1]張彩云.淺談大壩監測系統鉆孔施工與控制[J].內蒙古水利，2008(01)：103-104.

[2]王旭東,蔣敏智.大壩監測設備施工鉆孔技術[J].浙江水利水電專科學校學報，2005，17(04)：40-41.

[3]姚鋒杰.汾河二庫大壩垂線孔施工工藝探討[J].山西水利，2003(01)：40-41.

BriefDiscussiononDrillingConstructionforDamMonitoringSystem

TANG Yu

(Guizhou Province Shiqian County Water Conservancy Bureau，Shiqian 555100，China)

Inverted pendulum telecoordinometer is an important method for dam deformation monitoring；it has the advantages of measurement instrument precision，simple structure and low cost ，waterproof properties for measurement environment，good measurement，a high degree of automation，and good long-term stability，especially suitable for application in harsh environment of dam monitoring.In addition to the successful selection of reliable monitoring instrument，good design and construction monitoring are indispensable for a water conservancy project besides a good integral safety monitoring system.Combined with the engineering example，the paper focuses on the analysis of the application of inverted pendulum telecoordinometer in drilling construction for dam safety monitoring system.

dam monitoring system；vertical drilling；structure design；technology；inverted pendulum telecoordinometer

1007-7596(2014)03-0039-03

2013-10-12

唐于(1965-)，男，仡佬族，貴州石阡人，工程師，從事水利水電施工及管理工作。

TV547.5

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