潘口水電站溢洪道出口防沖段邊坡錨索成孔施工技術

黃黎君 李瑋 馬卓

摘 要：潘口水電站溢洪道出口防沖段邊坡布置有預應力錨索，由于地質條件差，地下水豐富等原因，錨索成孔非常困難。實際施工過程中，采取了固壁灌漿法及跟管鉆進法進行成孔作業，順利完成了錨索成孔。

關鍵詞：錨索；固壁灌漿法；跟管鉆進法；成孔

中圖分類號：TV54 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0008-01

1 工程概況

潘口水電站位于漢江支流堵河上游河段，壩址位于湖北省竹山縣境內，下距竹山縣城13 km。大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程362 m，最大壩高114 m；電站裝機總容量500 MW（2×250 MW）；總庫容23.38億m3。溢洪道布置在右岸，為岸邊開敞式溢洪道。溢洪道共分為5個部分，從進口到出口分別布置有：進水渠段、閘室控制段、泄槽段、挑流鼻坎段、出口防沖段。出口防沖段邊坡共布置有36束。

2 500 kN級預應力錨索

2.1 錨索設計參數

溢洪道出口防沖段邊坡位于堵河右側河岸，砂礫石河床原始地形高程約260 m，兩臺機組發電尾水水位高程263.11 m。邊坡腳槽底高程253 m，邊坡頂高程273 m，邊坡坡比1？誜0.779。

邊坡布置錨索3排，每排12束，共計36束；3排錨索開孔高程分別為：260.744 m、265.478 m、270.211 m，錨索水平間距6 m。錨索長度（入巖）41～55.5 m，其中錨固段長度9 m；錨索傾角16.3640。每束錨索由10根鋼絞線（7Φs5，Φj15.24，）組成，錨索設計張拉力1 500 kN，超張拉力1 650 kN。

2.2 工程地質

錨索共穿越6個地質層，順錨索成孔方向由外向里分別為：約11 m厚灰黑色含炭石英質千枚巖層；約4 m厚灰綠色綠泥鈉長片巖層；約3 m厚灰黑色含炭石英質千枚巖層；約2 m厚灰綠色綠泥鈉長片巖層；約19.5 m厚灰黑色含炭石英質千枚巖層，最后進入灰綠色綠泥鈉長片巖穩定基巖中錨固，錨固長度不小于10 m。中風化、弱風化地質層厚度約為20～29 m。錨索鉆孔孔深達到約18～30 m后進入承壓地下水層。

3 錨索鉆孔成孔方法

3.1 錨索鉆孔初期出現的異常情況

錨索鉆孔初期，采用常規的鉆孔方法成孔，鉆孔機械為YG-80型錨固鉆機，20 m3空壓機提供鉆孔動力。鉆進過程中，出現孔壁掉塊、孔口冒水、串孔漏氣等異常情況。初期鉆了3個孔，僅成孔1個，其它2個孔：1個孔連續坍孔，無法繼續鉆進；另外1個孔鉆頭和部分鉆桿卡住，無法退出。

3.2 分析原因和研究解決措施

出現以上異常情況后，有關單位現場分析原因和研究解決措施。有關人員查看施工現場和地質資料后，認為出現鉆孔異常情況的主要原因是地質條件較差，具體體現：地質層狀結構明顯，錨索穿越6個地質層；地質層軟硬相間；承壓地下水水量豐富，水壓力較大。經研究決定采取以下解決措施：①仍采取常規鉆孔方法成孔，但需改進鉆孔工藝；②采取前面的方法仍無法正常成孔時，采用“固壁灌漿法”進行處理后再二次鉆孔；③采取前面兩種方法仍無法正常成孔時，則采用“跟管鉆進法”成孔。

4 改進鉆孔工藝

4.1 卡鉆原因分析

①地質上存在軟硬巖層相間現象，在進入巖層分界處時，鉆頭同時接觸兩種性質的巖石，鉆進時易產生偏斜，導致鉆孔不直而卡鉆；②地下水豐富，千枚巖遇水軟化成泥，易堵塞鉆頭風道，不能送風排渣而卡鉆；③千枚巖、片巖本身性質較差，再加上地下水豐富且壓力較大，易發生孔壁掉渣、掉塊而卡鉆；④鉆孔機械和鉆孔工藝問題，如：鉆機固定不牢固；鉆機鉆進時異常振動、偏心；孔斜控制不嚴格；清渣不及時或未清理干凈；鉆進風壓和速度控制不當。

4.2 鉆孔工藝改進措施

①將錨索分為兩序施工，同序錨索孔間距調整至12 m，以減小相鄰孔施工相互影響，避免發生串孔漏氣問題；②腳手架與邊坡之間固定用插筋加密，鉆機與腳手架固定牢固；③檢查鉆機動力裝置有無偏軸旋轉；鉆機滑行軌道是否調平；鉆桿是否存在彎曲、偏心、連接不牢固等問題；鉆頭是否磨損或偏心。如存在以上問題，及時處理；④精確測量放線，控制鉆機就位時的傾角；設置孔斜測量裝置；鉆進過程中加密進行孔斜測量，發現孔斜超標及時處理；⑤千枚巖中鉆進及軟硬地質層交界處鉆進時，控制風壓和鉆進速度，勻速、慢速鉆進；加大清渣頻率；進入地下水層后，清渣時適當加大清渣風壓，以利沉渣排出；⑥發現卡鉆等異常情況時，立即提鉆處理。鉆機正反轉動，邊轉邊提，上下提動，邊提動邊送風排渣，將鉆桿退出。

5 固壁灌漿法成孔

5.1 灌漿方法

通過孔口攜渣及沖擊器工作情況，判斷鉆孔是否正常。發現異常情況，立即退出鉆桿并進行固壁灌漿。采用孔口封閉純壓式灌漿，待凝等強后二次掃孔鉆進。

5.2 灌漿材料及設備

灌漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥。灌漿設備采用ZJ400型制漿機制漿，ZSB-3型灌漿泵灌漿，SGB6-10型記錄儀自動記錄。

5.3 灌漿過程

灌漿壓力為0.3 MPa，漿液分為1？誜1、0.8？誜1、0.5？誜1三個比級，開灌比級1？誜1，由稀到濃逐級變換。漿液變換標準：當某一比級的灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級繼續灌注。當注入率≤2 L/min時，保持壓力繼續灌注15 min結束。

5.4 特殊情況處理

當出現嚴重漏漿，單次灌漿水泥已超過10 t時，采取低壓、濃漿、間歇灌注、摻加速凝劑等方法處理。

5.5 二次掃孔鉆進

當固壁灌漿完成3 d后，二次掃孔鉆進，排出孔內廢渣。之后繼續鉆孔作業，直至達到設計孔深。

6 跟管鉆進法成孔

6.1 鉆孔機具

鉆機為YG-80型錨固鉆機，鉆頭為可偏轉鉆頭，正轉時鉆進并帶動套管跟進，反轉時鉆頭可以從套管中退出。鋼套管直徑168 mm，壁厚10 mm，單根長度1.5 m，絲扣連接。拔管機為OSJ-B60型拔管機。

6.2 施工流程

搭設腳手架——鉆機就位——鉆頭等安裝——跟管鉆進——下錨索——錨固段拔套管——錨固段段注漿、錨墊板砼澆筑——水泥漿和砼待強——自由段拔管——錨索張拉——自由段注漿——封錨頭。

6.3 施工方法

6.3.1 鉆頭、鉆桿、套管靴安裝

將偏心鉆頭連接鉆桿，穿入鋼套管靴中；再將偏心鉆頭伸出套管靴外，偏轉鉆頭并卡扣在套管靴上；最后將鉆桿與鉆機連接。

6.3.2 跟管鉆進

開動鉆機鉆進，并將套管靴帶入孔中；接長鉆桿和套管，繼續鉆進直至終孔。為保證鉆孔不發生偏斜，頭幾節鋼管跟進時在孔外設置限位支架，控制鋼管入孔方向。遇不良地質區段，采用小風壓、低鉆速，勻速鉆進。鉆孔達到設計深度后，反轉偏心鉆頭，將鉆頭和鉆桿退出套管。

6.3.3 拔出套管

由于錨索安裝至自由段注漿之間相隔1個多月，未避免自由段坍孔，套管宜分兩次拔出，即：錨索安裝完成后、錨固段注漿前即可將錨固段套管拔出；錨索張拉前將自由段套管拔出。拔管時采用拔管機和油壓千斤頂，將套管拔出一節，拆卸一節，直至全部拔出孔外。

7 結 語

潘口水電站工程溢洪道出口防沖段邊坡通過采取以上多種措施，順利完成了全部錨索的成孔。

“固壁灌漿法”成孔，由于地質條件差，故可能出現漿液消耗量很大的情況，大幅增加施工成本。為解決此問題，需要通過試驗進一步研究：漿液擴散填充至孔壁內多深的范圍，就可以滿足固壁要求；采取何種措施可以控制漿液擴散填充深度，既滿足固壁要求，又降低漿液消耗量。“跟管鉆進法”成孔時，如果套管不能拔出或報廢，則施工成本會大幅增加，因此應重視跟管時的孔斜控制。

參考文獻：

[1] 陳曉東，鐘久安，劉棟，等.枕頭壩一級水電站堆積體深孔錨索成孔工藝試驗與研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2013，（6）.

[2] 何智軍.對復雜地質結構中錨索成孔技術應用探討[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（1）.

[3] 陳國芳.復雜地層中錨索成孔技術及壓力分散型錨索的研究與應用[J].廣東水利水電，2009，（9）.