淺談黃金坪水電站搶險(xiǎn)錨索成孔工藝

陳中強(qiáng)++任瑞城++高永林

摘要：黃金坪水電站引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡工程地質(zhì)情況復(fù)雜、錨索成孔難度極大。本文通過引用引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡?lián)岆U(xiǎn)錨索施工，針對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)情況采用“自由段最大能力跟管護(hù)壁鉆進(jìn)，遇堅(jiān)硬巖層再換用常規(guī)釬頭結(jié)合超前固結(jié)灌漿處理措施鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度”的鉆孔工藝和方法，為以后相似地質(zhì)情況的錨索施工提供成功的施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：黃金坪水電站；引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡；搶險(xiǎn)錨索成孔工藝

1、工程概況

1.1工程簡(jiǎn)況

黃金坪水電站引水及泄洪洞進(jìn)口高程1415 m以上邊坡開挖、支護(hù)工程的開挖上開口線高程為1619 m，邊坡高差近204 m。2011年8月15日在引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡通村公路附近發(fā)現(xiàn)自然邊坡出現(xiàn)裂縫以來，經(jīng)監(jiān)測(cè)資料分析表明，進(jìn)水口自然邊坡和工程邊坡的變形仍未收斂，變化呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，個(gè)別部位變形增長(zhǎng)趨勢(shì)加快。為了工程施工和永久運(yùn)行的安全，2012年1月初開始實(shí)施搶險(xiǎn)錨索施工，至2012年08月底搶險(xiǎn)錨索施工完成。本次搶險(xiǎn)錨索施工，在高程EL1540～EL1613m邊坡共計(jì)布設(shè)1500KN、2000KN、2500KN、3000KN的錨索147根，長(zhǎng)度為80～100m。

1.2工程地質(zhì)概況

引水及泄洪洞進(jìn)口部位無區(qū)域性斷裂通過，地質(zhì)構(gòu)造以中、小型斷層及節(jié)理裂隙為特征。斷層發(fā)育有：地表f10，平硐HPD05′內(nèi)f5′-1、f5′-2。坡體中主要發(fā)育J1、J2、J3、J4四組結(jié)構(gòu)面，其中以J1、J2組結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，邊坡巖體總體較破碎，呈塊裂～碎裂結(jié)構(gòu)，以Ⅳ級(jí)巖體為主。

2、工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析與措施

2.1工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

（1）引水及泄洪洞進(jìn)口EL1540以上邊坡淺部風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，以及存在覆蓋層，并考慮施工進(jìn)度，錨索孔造孔需先進(jìn)行跟管護(hù)壁鉆進(jìn)。1500KN及以上錨索鉆孔需跟Φ178及以上套管護(hù)壁成孔。因此，Φ178及以上大口徑跟管，是本工程的重點(diǎn)，亦是難點(diǎn)。

（2）錨索孔深為80～100m，成孔過程中，面臨掉塊卡鉆、摩擦阻力大、排渣困難等情況，成孔難度大。

（3）本工程邊坡高陡，工期緊，工器具和材料運(yùn)輸強(qiáng)度高且運(yùn)輸難度大。

（4）本工程邊坡高陡，工期緊，任務(wù)重，大量設(shè)備、人員上架作業(yè)，保證施工安全是本工程的重點(diǎn)之一。

2.2主要措施

根據(jù)上述重點(diǎn)及難點(diǎn)分析，采取主要措施如下：

（1）采用大功率鉆機(jī)YG-100或YG-80型全液壓錨固工程鉆機(jī)施工。

（2）采用1.0MPa以上中高風(fēng)壓空壓機(jī)，并保證充足風(fēng)量，滿足鉆進(jìn)及排渣需要。

（3）采用優(yōu)質(zhì)合金鉆桿、套管、跟管鉆具等保證跟管護(hù)壁成孔質(zhì)量與進(jìn)度。

（4）投入經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)組，并嚴(yán)格要求其按照錨索施工的規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。

（5）利用原有施工便道或纜索運(yùn)輸工器具和材料。

（6）加強(qiáng)安全巡視。

3 搶險(xiǎn)錨索成孔工藝

3.1成孔方案

鑒于引水及泄洪洞進(jìn)口EL1540m以上邊坡淺部風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，以及存在覆蓋層，結(jié)合前期施工經(jīng)驗(yàn)，并考慮施工進(jìn)度，錨索孔采用風(fēng)動(dòng)沖擊器鉆進(jìn)，遵循“自由段最大能力跟管護(hù)壁鉆進(jìn)，遇堅(jiān)硬巖層再換用常規(guī)釬頭結(jié)合超前固結(jié)灌漿處理措施鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度”的成孔方案。

3.2 錨孔要求

（1）鉆孔孔徑、孔深均不得小于設(shè)計(jì)值，鉆孔傾角、方位角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。其具體要求和允許誤差如下：

① 孔位坐標(biāo)誤差不大于10cm。

② 錨孔傾角、方位角符合設(shè)計(jì)要求。

③ 有效孔深不得欠深，超深不宜大于40cm。終孔孔徑不得小于施工圖紙和廠家產(chǎn)品說明書規(guī)定的要求。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深時(shí)孔內(nèi)殘留物不得超過10cm。

④ 錨固段應(yīng)位于滿足錨固設(shè)計(jì)要求的巖體中。

（2）在鉆孔過程中，如遇巖體破碎或地下水滲漏嚴(yán)重使鉆進(jìn)受阻時(shí)，應(yīng)采取固結(jié)灌漿等措施。

（3）對(duì)破碎帶或滲水量較大的圍巖，在造孔過程中未進(jìn)行過固結(jié)灌漿處理的一次性成孔并經(jīng)驗(yàn)收合格后的錨索孔，在安裝錨索前，按規(guī)范規(guī)定，可視情況需要對(duì)錨孔進(jìn)行圍巖灌漿處理。

3.3 成孔方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨索噸位為1500KN級(jí)、2000KN級(jí)、2500KN級(jí)、3000KN級(jí)，結(jié)合錨索孔深（80～100m）及實(shí)際的地質(zhì)條件、錨索體外徑的要求，采用如下成孔方法：

（1）錨索孔采用YG-100型（或YG-80）液壓錨固工程鉆機(jī)配套風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔。

① 1500KN級(jí)錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機(jī)配套CIR150沖擊器（或DHD350Q）、Φ178偏心跟管鉆具跟Φ178套管護(hù)壁成孔，余下孔段鉆進(jìn)采用CIR110沖擊器及Φ130釬頭鉆進(jìn)成孔。

② 2000KN級(jí)錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機(jī)配套CIR150沖擊器（或DHD350Q）、Φ178偏心跟管鉆具跟Φ178套管護(hù)壁成孔，余下孔段鉆進(jìn)采用CIR150沖擊器（或DHD360）及Φ150釬頭鉆進(jìn)成孔。

③ 2500KN級(jí)錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機(jī)配套DHD360沖擊器、Φ219同心/偏心跟管鉆具跟Φ219套管護(hù)壁成孔，余下孔段鉆進(jìn)采用CIR150沖擊器（或DHD360）及Φ165釬頭鉆進(jìn)成孔。

④ 3000KN級(jí)錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機(jī)配套DHD360沖擊器、Φ219同心/偏心跟管鉆具跟Φ219套管護(hù)壁成孔，余下孔段鉆進(jìn)采用CIR170沖擊器及Φ175釬頭鉆進(jìn)成孔。

（2）錨索孔破碎段采用沖擊器配套同徑粗徑長(zhǎng)鉆具、鉆桿體焊螺旋片、扶正器、防卡器、反振器、Φ89鉆桿等成孔。endprint

（3）破碎孔段采用噴射灌漿鉆具進(jìn)行固結(jié)灌漿處理和小口徑鉆具掏心鉆進(jìn)后預(yù)固結(jié)灌漿處理。

3.4 鉆進(jìn)操作規(guī)程

（1） 開孔前，清除孔口附近松動(dòng)巖塊，必要時(shí)可填筑混凝土等強(qiáng)后開孔，確保鉆機(jī)就位并可靠固定。

（2） 開孔時(shí)，在設(shè)計(jì)孔位上，人工或用風(fēng)鉆鑿出與孔徑相匹配的10cm左右深的槽（孔），以利于鉆具定位及導(dǎo)向；再次復(fù)核鉆機(jī)鉆具軸線傾角與方位角。

（3） 鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格遵循“小鉆壓、低轉(zhuǎn)速、短回次、多排粉”原則。每鉆進(jìn)≯1m，緩慢倒桿>1m，往返不少于3次，直至孔口無巖粉返出，充分吹粉排渣，避免卡鉆及重復(fù)破碎。

（4） 在鉆孔過程中，如遇巖體破碎或地下水滲漏嚴(yán)重使鉆進(jìn)受阻時(shí)，采取固結(jié)灌漿等措施。

（5） 在鉆進(jìn)過程中，認(rèn)真、真實(shí)地做好鉆孔記錄，為分析判斷孔內(nèi)地質(zhì)條件提供依據(jù)。

3.5 破碎巖體錨索造孔

搶險(xiǎn)錨索施工過程中，若遇破碎或滲水量大的巖體，鉆具會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，鉆機(jī)負(fù)荷增大，甚至發(fā)生塌孔、卡鉆、埋鉆等事故。為確保成孔質(zhì)量、保證施工效率，需進(jìn)行超前預(yù)固結(jié)灌漿，待凝后繼續(xù)鉆進(jìn)。固結(jié)灌漿擬采用水灰比0.5：1左右的水泥凈漿，采用對(duì)心噴射鉆具進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。遵循“無壓或低壓，濃漿；固結(jié)破碎帶，充填大裂隙等”的原則。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)可參照規(guī)范規(guī)定的固結(jié)灌漿標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。待漿液強(qiáng)度超過5MPa后，再進(jìn)行掃孔。吸漿量大時(shí)根據(jù)實(shí)際情況可采用間歇、限流、待凝、砂漿、灌注速凝漿液等綜合措施。對(duì)于具體的破碎地層采取如下的處理方法：

（1）對(duì)于破碎不返風(fēng)地層：當(dāng)孔深<20m時(shí)，采用孔口灌漿方式，配合加河沙、麻絲、水泥口袋、水玻璃、小石子等；當(dāng)孔深20m～40m時(shí)，應(yīng)采用下射漿管到孔底的辦法灌漿；當(dāng)孔深>40m，應(yīng)下鉆桿到孔底灌漿。

（2）對(duì)于孔口返風(fēng)，不能導(dǎo)通的破碎巖層（或砂層），采用Φ50鉆桿噴射灌漿。噴射灌漿自帶鉆頭，可鉆入塌渣內(nèi)進(jìn)行灌漿。噴灌過程中，低速旋轉(zhuǎn)、前后活動(dòng)噴灌鉆具。灌注壓力0.5～1.0MPa（可根據(jù)實(shí)際調(diào)整），漿液采用0.5：1水泥漿液，吸漿量大時(shí)根據(jù)實(shí)際情況可采用濃漿、間歇、限流、待凝等綜合措施，但灌注時(shí)間不超過漿液初凝時(shí)間。

（3）對(duì)于只存在少量孔底裂隙，采用鋼絞線帶PE管管深入孔底灌漿（PE兩根，一根作為信號(hào)管），有效減少掃孔時(shí)間。（對(duì)于不塌孔段大裂隙則盡量鉆進(jìn)超過裂隙1m處，待漿液快凝固前，倒桿漿體封堵裂隙。）

（4）具體施工過程中可追尋：灌漿→待凝0.5小時(shí)→抬漿（一般抬孔至灌漿段上方2m）→吹孔1小時(shí)→待凝10小時(shí)（終凝掃孔及進(jìn)行新孔段鉆進(jìn)）。

3.6 清孔

鉆孔完畢，用壓縮風(fēng)沖洗鉆孔，直至孔口返出之風(fēng)，手感無塵屑，延續(xù)5～10min，孔內(nèi)沉渣不大于20cm。

3.7鉆孔檢查與驗(yàn)收

鉆孔結(jié)束后必須經(jīng)過監(jiān)理工程師驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后在不超過1d～3d的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行下索以及后續(xù)工序施工。對(duì)于不符合設(shè)計(jì)要求的孔作廢孔處理，并全孔灌注M25水泥砂漿后回填重鉆。

4、結(jié)語(yǔ)

黃金坪水電站引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡?lián)岆U(xiǎn)錨索工程歷時(shí)8個(gè)月，通過大噸位，深孔深的錨索施工，成功地遏制了邊坡的進(jìn)一步變形，為后續(xù)的1#、2#引水洞和泄洪洞的施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從施工工藝來說，“自由段最大能力跟管護(hù)壁鉆進(jìn)，遇堅(jiān)硬巖層再換用常規(guī)釬頭結(jié)合超前固結(jié)灌漿處理措施鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度”，在類似的地質(zhì)環(huán)境條件下能最大程度的保證成孔效率，從而保證工期。

黃金坪水電站引水及泄洪洞進(jìn)口邊坡?lián)岆U(xiǎn)錨索成孔工藝，將為以后相似地質(zhì)情況的錨索施工提供成功的施工經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：陳中強(qiáng)（1987-），男，漢族，四川遂寧人，助理工程師，大學(xué)本科，單位：四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限責(zé)任公司，研究方向：基礎(chǔ)處理endprint