水利水電工程建設中的鉆探和灌漿技術研究

馮澤波 湖南省水利水電勘測設計規劃研究總院有限公司

1 前言

由于水利水電工程建設相對比較復雜，其所牽涉的工程技術領域和學科范圍比較廣泛，而且施工規模大，建設期限也相應較長，所以在現實施工過程中，對每個施工技術要素規定都比較嚴格；同時也應引起建設方的重視，并通過安全可靠的手段完成施工過程，以此提高水利水電工程的施工效果和建筑品質。在這個流程中，鉆探灌漿施工技術是其中的關鍵技術之一，在實踐使用流程中也起到了不容小覷的作用。

2 水利水電工程鉆探與灌漿施工技術概述

在水利水電工程的鉆孔灌漿施工中，鉆孔施工技術主要是對水利水電建筑物下的土層和巖石進行施工，并評價地下巖層的穩定性。礦山、煤礦、石油勘探的鉆孔施工，主要是勘探目的和鉆孔技術。水利水電工程的注漿施工主要是借助鉆孔技術和特定的注漿設備，將液體膠狀液體按科學比例壓入建筑物或基礎部位裂縫中的施工技術。

灌漿技術可以提高水利水電工程的質量，避免其他液體滲入，進而提高水利水電工程的施工水平。因此，加強水利水電工程的鉆孔灌漿施工監督，一方面可以提高水利水電工程的施工技術，規范施工程序，保證施工進度；另一方面，借助科學技術加強施工管理，預防和減少鉆孔事故的發生，提高鉆井效率。

3 水利水電工程中鉆探與灌漿技術的應用原則

水利水電施工中的鉆探建筑施工環節，與礦山、采煤、油氣勘查等鉆探建筑施工均不同。水利水電中的鉆探施工，側重于要求準確地解析出水利水電工程下的土石，根據地層的形態特征和狀態，判斷地下巖石的分布情況及穩定性。如采礦、煤礦開采、石油勘探等，鉆探施工主要側重于勘探目的和鉆探技術。

水利水電工程的勘探，必須對各類層位原狀樣做出各項基本物理力學性質和水文地質學方面的試驗，對巖層產狀的運動穩定性、區域的運動平衡穩定性以及巖層產狀的滲透性等必須進行科學合理的判斷，如此可以對水利水電工程建造的安全做出科學合理的工程建設預算，以此確定切合實際的工程造價。水利水電鉆探施工過程中，要對生產作業環境條件展開全面、多方位的認識，以查清覆蓋層的地理構造和厚度等基本狀況，以便制訂科學合理的建筑施工方法，保證鉆探工程建設的順利完成。

4 水利水電工程建設中鉆探與灌漿技術研究分析

4.1 鉆探技術

水利水電施工中采用的鉆探技術，與傳統探礦、采面使用的鉆探、對油田的勘探及其他類型的鉆探技術不同，這不僅是勘查目的上的差異，還體現在勘查的條件和鉆進采用的工藝技術和特點等方面的差異。從定量分析角度上說，在水利水電施工中使用鉆探技術是為了發現水利樞紐工程下的地質巖性特點，以便可以正確地對層位進行分類，并對穩定性作出正確的評估。從定量分析角度來看，要正確評價巖性地層的承載力、穩定性和滲透性，必須對不同層位的樣品進行必要的化學、物理測試和水文地質測量，并由此判斷工程的初步設計是否合理、穩定和安全，從而評估工程的造價和可行性。

水利水電工程建筑鉆探施工之前，必須先多角度全面了解作業環境，而重點掌握的則是建筑鉆探部位的地質構造和地質覆蓋層的厚薄程度，從而制定出最科學合理的施工方法，以確保建筑鉆探各項工作能夠順利完成。

清水用作沖洗液有著相對便宜且取材簡單的優勢，還能夠隨時對鉆探表面做冷卻處理，減少了鉆探前端的高溫以及對鉆頭的鉆探沖擊。但是，清水也非常容易對卡料結構中取樣地層產生損傷，從而導致不能對部分地質結構進行正確合理的分析判斷。即使采用了其他彌補方法加以彌補，也很難再對現場的巖石地貌情況做出合理的評估。

常規鉆探方法采用的主要是雙單管鉆具，這些常規鉆具的口徑一般為Φ168mm、Φ146mm、Φ127mm、Φ108mm和Φ89mm，而這些推進方法的平均鉆探普通工效為每天8h～12h，8m～20m不等，同時對機械設備的消耗也很大。根據這種弊端，一些施工單位通過結合實際情況,對鉆頭的規格和形式作了調整，從而大大提高了鉆探工作效率。

另一些鉆探方法也是使用合金鉆機，這些鉆具大都是在遇到較堅硬的巖石地層時采用，同時也可結合實際的地層狀況對水壓和沖洗液量的尺寸和速度進行相應的調節，以提高效率，從而縮短工期。合金鉆機的口徑型號通常為Φ127mm、Φ108mm、Φ90mm 和Φ76mm。水利水電工程建設，在鉆探效益上的提升離不開鉆具種類的持續發展和豐富多彩，這是鉆探效益提升的物質基礎。

另外，在鉆探某些地質比較疏松的區域時,也必須重視對坑壁的防護，因此,一般都可在常規鉆探中采取套管跟進的方式進行防護，比較常見的套管口徑型號有：Φ209mm、Φ168mm、Φ127mm、Φ108mm 及Φ89mm 五種。針對比較疏松的地質情況，在鉆探過程中不應該只是把鉆探當成唯一的動力工具，還應該透過增加推動力使套管推動。

在蘇北及西南地區，由于地貌條件比較復雜，而且易產生較大的孤石，根據實際操作經驗，單純采用鉆探方法非常容易損傷鉆頭，所以要結合孤石尺寸和方位等各種因素，對其實施爆破式鉆探，并且在爆破時還必須確保套管的安全性。

4.2 灌漿技術

灌漿技術作為我國水利水電工程建筑施工的基本技術手段之一，被廣泛應用于水庫基礎的防滲和加固施工中，而灌漿技術又是提升水庫滲漏結構的堅固性和安全性的關鍵科技保障。由于水庫與堤壩之間的地基結構是一個工程的關鍵因素，需要對其加以處理后，才能夠切實滿足防滲和穩定的工程需要。

近年來，我國灌漿技術也在原來的基礎上不斷地向前發展。無公害化、持久性好，滿足工程建設中各種苛刻條件，且物美價廉的灌漿漿材的研制、使用和普及，注漿成形新科學技術的研發、完善和提升，以及注漿成形專用設備、器具制造技術的定型化、系列化、成套化、國家標準和環保化，以及新產品的不斷完善與提升等，都必將是其未來的主要發展方向。

按照不同的使用場所，砂漿工藝技術主要可包括無塞灌漿技術、混凝土砂漿工藝技術、誘導砂漿工藝技術。①無塞灌漿技術。這是一種循環型、不待凝、洞內封閉的水泥灌漿技術，如鉆一個比56mm 帷幕灌漿洞大20mm 的76mm 孔，其孔長約為1.5m～2.5m，可以進入原套較復雜的注漿成型堵頭，或者只能使用一根鉆桿或無縫型鋼作為注漿管，或者利用鉆桿與L 壁之間的間隙作為注漿管進行循環注漿。②混凝土灌漿技術。這種技術首先運用在壩體堵漏與加固等施工中，后由于建設的日益發達而被大量轉移并運用于土木施工中，由于水泥具有很好的保護抗震等優點，在水利水電施工中也具有很廣泛的使用前景，在全國范圍內有許多成功運用混凝土灌漿技術建造堤壩和水利工程的先例。③誘導灌漿技術。這是一項較為獨特的灌漿技術，它是運用電化學的基本原理，按照施工條件設定相應的阻力，阻擋水利水電施工中巖層的外側壓力，并利用電子控制泥漿的成分和水溫等技術參數，限制泥漿流動范圍，以實現對水利水電等工程設施的加固目的。

灌漿技術的質量管理應綜合以下方面：灌漿技術的科學合理與否，作業人員的技能訓練能否到位，以及建筑物的結構特點等。灌漿工藝質量的大體管理辦法是：首先針對施工既定目標開展現場勘察，然后召集科研人員探討并確定最適宜的灌漿工藝，包括科學合理選用漿材，以及根據施工環境的氣溫分布、地質分布等，力求使灌漿工藝最大限度地符合施工特點。

必須特別注意有以下幾點：①用劈裂灌漿方法進行灌漿時，劈裂現象必然會最先出現在載體中垂直最小主應力的水平平面上。②劈裂灌漿方法可通過數值法和曲線法，描述在水泥灌漿載體中產生水力劈裂的條件和判斷其特性。當速度與水頭成線形關聯時，流動在裂隙中呈現出層流狀，灌漿載體中并未發生水力劈裂；當速度與水頭成平方根函數關系時，滲流呈現出紊流狀，很可能裂隙中發生了堵塞或裂隙中的填充材料已被壓密；當速度的增加等于流動的增加時，則說明滲流截面已被擴大，這是由載體劈裂、裂隙填充物材料被沖毀以及裂隙變化等因素所造成。③吸滲效應是將化工泥漿對低滲透性介質的滲透性，是由于化工泥漿對載體的潤濕能力和親和力，并通過接觸角θ來表達化工泥漿對媒介的潤濕。所以，當θ＞90°時，以漿液為載體的潤濕相，親和力F＞0，產生吸滲效應；而當θ＜90°，則無吸滲效應，需要通過外加壓強才能使泥漿灌入。

5 水利水電工程鉆探與灌漿施工技術思考

5.1 鉆探施工技術要點

在水利水電工程的鉆井施工中，施工技術要點主要包括以下幾點。

第一，施工前要做好施工準備工作。對水利水電工程施工區域展開調研，充分了解需要施工的區域，將調研結果匯總成調研報告，并在調研報告中對鉆井施工中可能出現的問題提出合理的解決方案，并采取相應的預防措施。根據勘測報告編制科學的施工方案和施工圖紙，確保鉆井施工技術和鉆井作業的順利進行。

第二，加強對鉆井施工質量的監督控制。在水利水電鉆井施工中，管理人員應加強對鉆井施工現場的檢查，嚴格監督施工現場的施工環節和細節，避免出現任何偏差，以免影響到鉆探施工的質量和水平。

5.2 灌漿施工技術要點

在水利水電工程的灌漿施工中，主要施工要點具體如下。

第一，在進行砂漿建筑施工之前，首先，政府要做好對建筑施工材料質量的監管工作，在采購砂漿建筑施工材料時，質監人員要對建筑施工材料的型號和品質做出記錄，為了保證建筑施工材料引入時嚴格檢查。科學合理的配置施工中砂漿液體，以保證砂漿液體的質量。同時，在砂漿施工準備中，要加強施工設備的維護，避免施工過程中施工設備出現質量問題而影響施工。

第二，在注漿施工中，要提高施工過程的質量管理。在施工過程中，利用先進的科學技術和信息技術，提高混凝土砂漿澆筑過程的現場監測。如果發現施工過程中的細節問題，可以及時反映和處理。在注漿施工中，通過實施建筑施工技術，以提高工程技術水平。同樣，在建筑施工過程中，如果現場施工材料不夠好或即將提供補充材料，現場控制中心可以及時獲取信息，對施工現場進行管理，補充現場施工材料。

第三，在注漿施工中，要改進現場施工技術。如在注漿施工中，可以采用非封堵注漿的現場施工技術，用鉆桿代替原有的復雜堵頭。當注漿形成孔的注漿過程完成后，可將該鉆桿拔出，更換其他鉆具，然后繼續注漿。這樣，注漿施工技術可以大大提高施工質量和技術，從而保證施工進度，而且，在注漿工程施工中，施工單位要建立技術規范，嚴格規范注漿施工程序和施工標準，以保證注漿施工質量。因此，在注漿施工中，建設單位應引進先進的施工技術和設備，提高水利水電工程注漿施工技術水平。

第四，在注漿施工中，注意一些施工問題和細節。首先，一旦施工現場出現較大裂縫，必須及時處理，防止影響施工進度。其次，在施工中，如果出現吸漿特別嚴重的情況，必須對其進行減壓，然后添加加速劑，進而采取間歇式灌漿作業，如此反復進行，進而保障灌漿施工的質量。

5.3 水利水電工程灌注技術的質量檢測

首先，對所有的資料和數據進行匯總和審核，仔細分析運行數據，確定質量是否符合標準。

其次，鉆孔檢測。對帷幕和固結注漿鉆孔取芯進行檢測，檢測孔可采用液壓測試。帷幕注漿檢查孔為注漿孔的10%，固結注漿可為5%。檢查孔的位置應選擇在地層復雜的地段。同時，孔徑應保證帷幕注漿大于110mm，固結注漿大于140mm。

最后，對檢查孔進行水力試驗。操作應按照單井水力試驗操作規程開展，試驗應分為三個壓力階段。但是，在試驗前，壓力相當于1.5倍的水頭，應使用于試驗前的沖洗和清洗。流量穩定后，調整壓力，根據三個試驗壓力進行正式的水壓試驗。結果應小于設計吸水率后，方可確認注漿質量合格。

6 結束語

綜上所述，水利水電工程項目的建造必須多項技術綜合應用，才能確保建筑工程的優質。而鉆探施工是水利水電工程中的重點施工技術，因此，必須采取嚴密的工程質量控制措施，對其進行實時監測和檢測，才能確保鉆探工程質量。而灌注樁技術也在水利建設的施工中被日益關注，但與此同時國家又提出了更多的要求，針對工程建設中技術和工藝，都要嚴格遵照國家有關規范實施，以期更好地推動水利工程的建設與發展。