淺談西藏地區水電勘探施工管理與技術要點

劉漢林　張文海

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院貴州貴陽550081）

淺談西藏地區水電勘探施工管理與技術要點

劉漢林張文海

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院貴州貴陽550081）

目前，我國的水電建設項目主要集中于西藏高原地區西藏地區的特殊地質、地理情況及特殊的人文環境等，該區域的勘探施工管理也與內地具有很大區別。本文主要根據西藏地區的實際情況，分析總結提出了幾點在高原地區勘探施工的經驗和技術要點，為后期更好的在西藏地區勘探施工提供參考。

西藏地區；施工管理；鉆探工藝

我國的水利水電建設工程目前已進入尾期，內地的大型水電勘察設計項目已基本結束，逐步多元發展的方向轉型。西藏地區地廣人稀，水利資源豐富，國家在西部地區的建設投入了大量的人力和物力。根據全國水能資源復查成果，西藏有356條河，水量豐沛、落差大，天然水能理論蘊藏量達20136萬kW，占全國29%，居首位［1］。由于特殊的人文地理環境，西藏地區的水利水電勘探施工與內地相比存在很多問題及挑戰。科學的安排管理，合理的選擇施工工藝，對西藏地區的勘探施工具有重要意義。

1　區域概況

西藏地區海拔較高，地勢復雜，氣候多變，由于道路不通、地形崎嶇、高原缺氧、空氣干燥、晝夜溫差變化大等問題，給這一地區的勘探施工帶來了極大的不便。每年有效施工期為3月到12月，局部地區為4月到10月期間。西藏地區山河破碎，千溝萬壑，地勢險峻且表層無泥土覆蓋，植被荒蕪。水電勘探的地段，大多都是江河兩岸，或是險峻的陡壁，或是松散的堆積體，勘探施工難度極大。有的地方覆蓋層厚度超過100多米，有的地方巖石嚴重風化，破碎地層深度可達幾百米。特殊的人文地理環境使得西藏地區的勘探施工具有極大的挑戰性。

2　勘探設備的選擇

由于西藏地區地勢險要，交通不便，勘探設備的搬遷只能靠人力，因此在設備的選擇階段就要考慮機械的輕便性及可拆裝性能。

2.1鉆機的選擇

結合多年的施工經驗，鉆孔設計深度在200m～300m的，一般選擇杭州鉆探機械廠生產的YL-3A型鉆機，搬運時一般可拆分為機座、柴油機、變速箱、卷揚、立軸五大部分，最重的部分重量在400kg～500kg。YL-3A型鉆機的基本參數如表2-1所示，基本能夠滿足鉆進工藝的要求。

如果孔深超過300m的鉆孔，一般考慮采用繩索取芯鉆進工藝，設備選擇XY-4型鉆機。

設計孔深在200m以下的鉆孔，宜考慮選用HGY-200型鉆機，此類鉆機采用固定式三腳架，具有占地面積小，結構穩定，輕便等優點，適宜野外勘探作業，其基本性能參數如表2-3所示。

2.2水泵的選擇

水電勘察的鉆孔，一般都要求進行壓水實驗，有的還需求做高壓壓水實驗。水泵的選擇應根據實驗要求、地理位置及鉆進工藝的不同進行選擇。如果鉆孔位置離水源較近，水質干凈，采用清水鉆進，適宜選擇RS-150型三缸柱塞泵，此水泵具有重量輕、送水穩、排量大、壓力高等優點，能夠滿足一般壓水鉆孔的施工要求；如果鉆孔離水源相對高程較大，水源水質干凈，清水鉆進同樣可以采用RS-150型水泵進行兩泵送水；如果鉆孔工藝復雜，需要采用植物膠等護壁，宜采用BM-150型水泵或者100/30三缸柱塞泵；如果要進行高壓壓水，就選擇BM-250型水泵。

表2-1　YL-3A型鉆機基本參數表

表2-3　HGY-200型鉆機基本參數表

3　施工隊伍組織及材料補給

西藏地區具有高海拔、嚴寒、溫差大、交通不便等特點，造成西藏地區的勘探施工存在人工成本高、機械效率低、作業風險大等問題。內地人到西藏工作，受高海拔、低氣壓、空氣稀薄、氧含量低等問題的影響會引起高原反應。從事體力勞動的工人呼吸困難、體力下降，工作效率降低，加之地勢陡險，交通不便，正常工作往往都需要有人進行材料補充，所以在西藏地區的勘探施工班組人員要比內地多一到兩個，以便進行輔助工作。

西藏地區勘探施工地點離城鎮較遠，稀缺材料補給難度較大，很多材料當地沒有供應，鉆機配件等要從成都發貨，對施工進度的影響非常大。因此，在設備進場的時候，易損材料、維修器材要配備齊全。

4　勘探施工技術特點

我單位多年施工地段地處藏東南著名的橫斷山脈北段之山原峽谷地帶，出露地層以英安巖、流紋巖及碎屑巖為主，節理裂隙發育，巖石風化嚴重，且巖石細密堅硬，主要成份為硅質石英，含量70%～85%。巖石具有微晶結構，性質堅硬且脆，有多組交義節理存在，易碎裂。巖石可鉆性級別在9級～10級，高山孔全孔段無地下水存在。根據以往的鉆探經驗，整個鉆孔過程中全孔漏失，無反水。

鉆進中主要出現的問題有以下幾點：

（1）巖石堅硬，鉆進速度慢，進尺難；

（2）巖石破碎，孔壁坍塌掉塊嚴重；

（3）巖石的研磨性較大，鉆頭、鉆具磨損嚴重；

（4）地層裂隙發育，沖洗液全孔漏失；

（5）巖心破碎，取心困難。

鉆進工藝的選擇主要結合巖層的巖石力學特性、結構和構造，鉆探設備和護臂堵漏措施等因素選擇鉆進方法和施工工藝。

（1）鉆進方法

西藏地區，巖石硬度較大，可鉆性級別都在8級～10級，所以選擇孕鑲金剛石鉆頭鉆進，胎體硬度選擇HRC25～42，熱壓金剛石鉆頭，在巖石硬度低的地方可采用電鍍鉆頭。在巖石完整的地段采用單管鉆進，在破碎的地段采用單動雙管鉆進。

（2）鉆井液體系

由于節理裂隙發育，鉆孔漏失嚴重，鉆孔沖洗液全部漏失。沖洗液的選擇必須具有良好的放塌堵漏作用。對于堅硬破碎易坍塌的地層，鉆孔沖洗液應該具有低失水性能，粘度和比重要適當。失水量低，能夠減少鉆孔沖洗液滲入孔壁中的自由水，在孔壁形成一層薄而致密的泥皮［3］，穩定破碎層孔壁。使用SM植物膠，同時加入CMC（降失水劑）、腐植酸鉀和碳酸鈉，防塌效果顯著。

（3）事故處理方法選擇

選擇金剛石普通清水鉆進，基于地層裂隙發育，風化嚴重的特性，鉆進中坍塌掉塊卡鉆等事故是必然會出現的。當掉塊嚴重時，采用下入套管護壁堵漏和水泥漿護壁堵漏。

（4）規程參數選擇

鉆進規程參數是指鉆壓、轉速和泵量，對于裂隙發育，破碎的地層，鉆壓要相對較小。根據巖石的力學性質特點，鉆壓一般選擇在12kN～15kN，在鉆速較慢的地段可適當加大鉆壓或減小鉆壓。西藏地區孔壁極不穩定，掉塊卡鉆嚴重，不能采用過大的轉速，轉速過大，會增大鉆桿與孔壁的摩擦，增大孔壁坍塌卡鉆的風險。鉆速一般選擇在94r/min～264r/min。

5　結語

針對西藏地區特殊的地理環境以及地層特點，合理的管理制度和合適的鉆進工藝，對高效、安全鉆進施工是至關重要的。復雜的人文環境，要求施工人員具有良好的適應能力，管理人員具有較強的協調能力。復雜地層的鉆進往往容易出現卡鉆、埋鉆、鉆桿斷裂、燒鉆、下鉆不到底、鉆孔漏水、鉆桿磨損、鉆頭壽命低、巖心采取率低等諸多問題。合適的鉆進工藝方法，不僅要能安全順利的完成鉆探工作，還要最大限度的減少鉆探工程事故，節約成本，提高巖心采取率。根據現場施工的經驗，現給出以下幾點建議：

（1）高原地區施工必須貫徹以人為本的理念，注重人員安全，強化風險意識，要確實做好安全保障工作，決不能以犧牲人的生命和健康為代價；

（2）在高原地區施工，由于交通不便，物資匱乏，要做好后勤保障工作，周密的做好生產材料、物資的配備，合理安排好物資補給的時間和數量，確保施工安全高效的進行；

（3）在今后的工作要著重研究高山陡壁的搬運方法，解決高原地區搬運困難的問題；

（4）堅硬破碎地層的鉆進事故頻發，要做好施工組織設計，選擇好合適的鉆進工藝及鉆探設備；

（5）破碎地層套管往往很難下到預定的位置，在鉆孔結構設計的時候要為后期的事故處理留有充分的空間，以防鉆孔報廢；

（6）在漏失嚴重的情況下，先處理漏失事故，切勿頂漏鉆進，水泥護壁是較為簡單有效的護壁措施，在破碎漏失嚴重時，可考慮用水泥漿液護壁堵漏。

（7）在今后的鉆探工作中可著重考慮采用沖擊回轉配合繩索取心鉆進［4］，加大護壁堵漏工藝的研究，解決地層坍塌漏失問題，將繩索取心沖擊回轉鉆進很好的應用于堅硬破碎漏失地層。陜西水利

［1］楊銘欽，王崇禮.西藏地理氣候特殊性對水電工程造價的影響［J］.水利發電，2008，34（2）.

［2］湯鳳林，段隆成.巖心鉆探學，中國地質大學出版社，2009年10月，第二版.

［3］鄭克清.復雜地層鉆探護壁堵漏工藝研究與應用［D］.長沙：中南大學，2012.

［4］吳志強，王廷睿.談液動沖擊回轉鉆進技術在破碎巖層中運用［J］.安徽地質，2010，20（2）：4-12.

（責任編輯：暢妮）

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