中國水利水電第四工程局 基礎(chǔ)處理工程分局 王佐林

深孔帷幕灌漿鉆孔孔斜的成因分析及防治措施

中國水利水電第四工程局 基礎(chǔ)處理工程分局 王佐林

一、孔斜成因分析

1.巖體各向不均性。由于巖體在礦物成分、力學(xué)性質(zhì)上存在差異即巖體的各向不均性，受此影響，鉆頭在同一接觸面上會遇到軟硬不同的巖層，從而產(chǎn)生不同的鉆進(jìn)速度，使得鉆孔向著易鉆的方向鉆進(jìn)，造成孔斜。

2.開孔定位不準(zhǔn)，孔口管鑲偏導(dǎo)致孔斜。在開孔鉆進(jìn)中，由于鉆機(jī)定位不準(zhǔn)或地錨沒有固定牢固，開鉆加壓時使機(jī)身跑偏，立軸與鉆孔不在同一條中心線上造成鉆孔偏斜；孔口管外徑要比鉆孔孔徑小，如果孔口管安裝不正也會直接影響到開孔鉆進(jìn)時的方向，導(dǎo)致孔斜。

3.機(jī)具材料使用不當(dāng)。如使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴(yán)重的立軸鉆桿定向套管，鉆進(jìn)過程中就容易使立軸產(chǎn)生較大的擺動，直接影響到鉆頭在孔底鉆進(jìn)時的穩(wěn)定性，導(dǎo)致孔斜；使用彎曲了的鉆具致使鉆具連接后不同心；從而影響鉆進(jìn)的方向。

4.在鑲鑄完孔口管后，將大孔徑換小孔徑或鉆頭磨損后換鉆頭。這樣，在擴(kuò)孔鉆進(jìn)的過程中，因?yàn)榭讖酱笮〔灰恢潞茈y保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進(jìn)造成孔斜偏差。

5.鉆進(jìn)時加壓過大，致使鉆桿產(chǎn)生多段處的嚴(yán)重彎曲，特別是在不利的地質(zhì)條件下，對產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會更大。

6.在鉆孔施工過程中，對于地錨松動、鉆機(jī)移位等問題沒有進(jìn)行及時校正造成鉆孔孔斜偏差。

二、孔斜對灌漿質(zhì)量的影響

孔斜所造成的灌漿孔孔距的變化會使相鄰孔的擴(kuò)散半徑彼此銜接不起來，從而使灌漿帷幕不能達(dá)到規(guī)定的防滲標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響灌漿的質(zhì)量。

三、孔斜的預(yù)防措施

1.鉆機(jī)安裝水平牢固。在開孔之前必須要用地質(zhì)羅盤，水平尺對鉆機(jī)進(jìn)行定位，使立軸中心與鉆孔中心處在同一條直線上，后安裝地錨待達(dá)到強(qiáng)度后再次調(diào)平、對中、緊固地錨螺栓并按要求的孔向?qū)?zhǔn)孔位開孔，開孔轉(zhuǎn)速要慢給壓要小，保證鉆機(jī)開孔的準(zhǔn)確。

2.孔口管鑲嵌要牢固且方向要滿足設(shè)計要求?？卓诠芡獗诶p上麻絲孔內(nèi)注滿0.5∶1的濃漿平穩(wěn)安裝，而后馬上用地質(zhì)羅盤儀檢查其方向的準(zhǔn)確性，如果存在較大偏差則馬上調(diào)整，保證孔口管安裝的準(zhǔn)確性。

3.使用符合規(guī)格的鉆孔器具，并隨時檢查。在鉆孔過程中隨時檢查鉆孔器具的變形、磨損和損壞程度，如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或有磨損較嚴(yán)重的立軸導(dǎo)管時應(yīng)及時更換；磨損較厲害缺少水口的鉆頭應(yīng)及時更換。在拉西瓦水電站由于受灌漿洞室斷面尺寸的限制，使用長度2.2 m的巖芯管為最佳。

4.鉆孔達(dá)到50 m以下后鉆進(jìn)時要注意鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速、冷卻水量的控制。拉西瓦水電站帷幕灌漿使用XY–2型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆孔達(dá)50 m以下后鉆機(jī)鉆進(jìn)壓力宜在0.3 ～ 0.6 kN，鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速宜在300 r/min以下，冷卻水量可以憑經(jīng)驗(yàn)孔口返水剛漫過孔口管為宜。同時，要注意起鉆時提升吊環(huán)必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上、勻速緩慢提升。

5.在鉆進(jìn)過程中，要時刻注意觀察鉆機(jī)是否穩(wěn)定、地錨有無松動、鉆機(jī)有無位移、立軸鉆進(jìn)方向有無變化和擺幅大小等，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時停鉆糾正。

四、孔斜處理措施

1.擴(kuò)孔糾偏法。在拉西瓦帷幕灌漿施工中巖石為花崗巖硬度大，鉆孔孔徑為Φ56 mm偏斜主要發(fā)生在淺孔階段（一般在20 m以上），采用擴(kuò)孔糾偏法效果比較顯著。使用比原鉆具直徑至少大一級的鉆具，從孔口（使用Φ91 mm的鉆具）或從孔口管底部（使用Φ76 mm的鉆具）位置擴(kuò)下去，糾正鉆孔的方向使之滿足設(shè)計要求。

2.掃孔法。拉西瓦帷幕灌漿技術(shù)要求鉆孔首段和終孔段必須測斜，中間段則每15 m測斜1次.掃孔法是指在某一灌漿段鉆孔結(jié)束后進(jìn)行孔斜測量，發(fā)現(xiàn)偏斜值超過允許值時，暫不進(jìn)行糾偏處理，按正常程序繼續(xù)灌漿。當(dāng)達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，再換用比級為0.5∶1的濃漿置換出孔內(nèi)稀漿，并待凝24 ～ 48 h后再掃孔、糾正鉆孔的方向，使之滿足設(shè)計要求。

五、孔斜防治效果

拉西瓦水電站帷幕最大孔深151 m，屬于帷幕施工中的比較深的孔，孔距2 m，最大偏斜率δ≤1.5%方可滿足要求，鑒于此，從施工初期開始，便對地層巖石特性等影響孔斜的因素進(jìn)行分析，并在施工過程中不斷的研究、改進(jìn)和總結(jié)，形成了上述方法工藝。其中，超過100 m的深孔帷幕孔底偏距的統(tǒng)計資料見表1。

表1 超過140m的深孔帷幕孔底偏距

由表1可知，超過140 m的深孔孔底偏距最大為1.998 m，偏斜率最大1.395%，小于1.5%的平均水平，這說明采取深孔帷幕孔斜防治措施取得了良好的效果。