半合式單動雙管鉆具在強風化花崗巖鉆探中的應用

李道賓，凌 毅，潘 健

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

抽水蓄能電站工程壩址地質勘察中為了準確查明壩基巖體滲透性，要求鉆探成孔時采用清水作為沖洗液，嚴禁使用泥漿進行護壁成孔，避免影響鉆孔壓水試驗的準確性。某抽水蓄能電站可研階段下水庫壩址區勘探中遇到巖體風化程度劇烈、膠結性差、遇水軟化易崩解的強風化花崗巖，鉆進過程受機械磨蝕和清水沖刷作用，巖芯采取率極低，無法判別地層巖性和劃分風化帶。通過研判分析，推廣應用在那漏水庫壩基破碎砂泥巖試驗成功的清水取芯工藝——半合式單動雙管鉆具取芯工藝，該取芯工藝在鉆進過程中外管帶動鉆頭切屑巖石，內管（巖心管）不動，減輕巖芯受機械磨蝕；同時沖洗液水路經內、外管間的環狀間隙，避免直接沖刷巖芯，保證巖芯采取率；內管（巖心管）設計為半開式，提鉆后直接拆成兩個半管進行退芯，避免直立敲擊退芯造成的人為二次破壞，巖芯的原生結構形態，節理面發育情況清晰可見，取芯率和取芯質量大幅提高。

1 工程概況

某抽水蓄能電站工程是國家和自治區規劃的重點實施項目，具有發電與儲電功能的日調節性能電站，其上下水庫規劃設計額定水頭差546 m，計劃安裝4臺單機容量300 MW 單級混流可逆式水泵水輪機組，總裝機容量1200 MW，屬Ⅰ等大（1）型工程，建成后主要承擔廣西電網和桂東電網的調峰、填谷、儲能、調頻、調相和緊急事故備用等任務。其下水庫壩址河谷為寬緩不對稱“U”型谷，谷底較窄，兩岸岸坡地形較陡，坡度20°～30°。前期地質資料顯示揭露地層主要為中生代侵入巖（γ5）中粗粒二長花崗巖，根據風化特征可分為全風化層、強風化層、弱風化層及微風化層。地層受風化作用影響強烈，強風化巖體節理裂隙極發育，膠結性差，遇水軟化易崩解，呈碎裂結構，多為鐵質渲染，極少部分泥質充填，巖體完整性差（如圖1）。

圖1 附近強風化花崗巖出露情況

2 適用性分析

經整理分析上一階段鉆孔資料，其鉆探設備為150型巖芯鉆機，采用單層巖芯管鉆具工藝時，強風化花崗巖巖芯采取率一般在10%-30%左右，巖芯多呈砂狀（巖屑）或碎塊狀，與那漏水庫壩基破碎砂泥巖巖芯采取率低的共性問題主要有：

（1）強風化花崗巖受風化作用影響強烈，節理裂隙極發育造成巖體破碎，鉆頭切屑時已機械破壞，進入巖芯管后，高速轉動的單層巖芯管對管內巖芯有擾動，造成巖芯二次磨損；

（2）強風化花崗巖受風化作用影響，礦物間膠結性變差、遇水軟化易崩解，單層巖芯管內沖洗液直接沖刷巖芯，使巖芯被沖蝕流散；

（3）因壩址區需通過鉆孔壓水試驗準確查明壩基巖體滲透性要求，無法利用泥漿的增粘潤滑減震作用有效增強對巖芯的保護作用。

綜合上述，在不用泥漿只用清水進行鉆進的前提下，可推廣應用那漏水庫壩基破碎砂泥巖的清水取芯工藝——半合式單動雙管鉆具取芯工藝，并開展現場試驗工作驗證其適用性。

3 現場驗證

本次現場驗證選取在前一階段強風化花崗巖巖芯采取率低的鉆孔XZK106附近布置的本階段鉆孔XZK203 作為驗證孔。驗證顯示，采用半合式單動雙管鉆具取芯工藝后，XZK203 強風化花崗巖層孔段12.0～19.0 m 的巖芯平均采取率達到71.4%，巖芯多呈柱狀夾碎塊狀，且巖芯的原生結構形態，節理面發育情況清晰可見；對比原單管鉆具取芯工藝的碎塊狀或砂狀（巖屑）巖芯，巖芯采取率和取芯質量有了極大的提高。巖芯采取率對比詳見表1，巖芯實物照片見圖2、圖3。

表1 巖芯采取率對比表

圖2 單管鉆具強風化花崗巖取芯效果

圖3 半合管鉆具強風化花崗巖取芯效果

4 推廣效果

在后續的地質勘探過程中，下水庫壩址左、右岸共有6個鉆孔揭露節理裂隙極發育的強風化花崗巖，并推廣應用了半合式單動雙管鉆具取芯工藝，統計結果顯示，各鉆孔的強風化花崗巖孔段平均巖芯采取率達60%以上，滿足了鉆孔設計要求，同時基本保持了強風化花崗巖巖體的原巖結構，可直觀判斷巖體的風化程度、節理裂隙發育程度等。巖芯采取率統計詳見表2，半合式鉆具巖芯退芯照片見圖4。

表2 半合式單動雙管鉆具取芯工藝巖芯采取率統計表

圖4 強風化花崗巖取芯效果（XZK203孔17.0-19.0 m回次巖芯）

5 結語

工程區內花崗巖巖體風化差異性較大，球狀風化明顯，強風化巖體節理裂隙發育，巖體礦物間的膠結力弱，巖體完整性差，造成采用單管鉆具取芯工藝時巖芯采取率極低，對巖體風化界線的判斷難度極大。通過相似工程案例對比分析，推廣應用那漏水庫壩基破碎砂泥巖清水取芯工藝——半合式單動雙管鉆具取芯工藝，解決了強風化花崗巖地層清水鉆進巖芯采取率低的問題，保證了地質專業能準確判別地層巖性和劃分風化帶。