于洪文

( 云峰發(fā)電廠，吉林省集安市 134200 )

云峰大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)倒垂孔鉆孔施工

于洪文

( 云峰發(fā)電廠，吉林省集安市 134200 )

對(duì)于大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，倒垂孔鉆孔施工方法有多種。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)介紹一種倒垂孔鉆孔施工方法——先導(dǎo)孔法，供同行參考。該方法降低了大孔徑廢孔率，保證了鉆孔精度，提高了工效，縮短了工期，從而節(jié)約了投資，降低工程造價(jià)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；倒垂孔；鉆孔施工

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)水資源的再分配及提高水的利用率納入了經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃行列，同時(shí)也加大了流域開發(fā)建設(shè)的步伐，對(duì)新、老壩的安全監(jiān)測(cè)也加強(qiáng)了監(jiān)督。所以，對(duì)壩工倒垂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的施工方法也在不斷地進(jìn)行新的嘗試?，F(xiàn)以云峰大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更新改造工程為例，介紹一種新的倒垂孔鉆孔施工方法——先導(dǎo)孔法。

1 工程概況

云峰大壩新倒垂孔布置在241.75m廊道13號(hào)壩段叉廊內(nèi)，廊道斷面尺寸2.5m×4.0m，距壩軸線15.50 m。設(shè)計(jì)孔深為基巖以下35.00 ～ 40.00m，有效孔徑100mm。該倒垂孔實(shí)際孔深45.66m，有效孔徑104mm。經(jīng)設(shè)計(jì)人員檢查驗(yàn)收，孔深及有效孔徑均滿足設(shè)計(jì)要求。

2 鉆孔施工

倒垂孔鉆孔施工是鉆孔施工技術(shù)中最具有難度的一種，孔深要根據(jù)壩高情況界定，一般在25.00 ～ 80.00m之間，有效孔徑大于100mm。

目前倒垂孔鉆進(jìn)主要有兩種方法，一種是無巖芯鉆進(jìn)，即利用沖擊式鉆機(jī)，使鉆頭反復(fù)沖擊孔底，從而破碎巖石造孔;另一種是有巖芯鉆進(jìn)，即利用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),使用鉆頭的切削刃或研磨材料，磨削孔底巖石，使之破碎造孔。云峰大壩倒垂孔鉆孔采用杭州鉆探機(jī)械廠生產(chǎn)的油壓SGZ—ⅢA型回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，鉆頭采用金剛石鉆頭。

2.1 先導(dǎo)孔法

所謂“先導(dǎo)孔法”，就是采用變徑鉆孔法來修正孔斜。先采用相對(duì)小孔徑開孔進(jìn)行鉆進(jìn)，然后孔徑逐級(jí)變大擴(kuò)孔，這樣有利于施工及保證鉆孔的垂直度，該小孔即為“先導(dǎo)孔”。

鉆機(jī)的安裝是保證鉆孔精度的重要原因之一，這一關(guān)在施工中一定要把握得非常好。具體做法是：鉆機(jī)用3根地錨固定在機(jī)臺(tái)木上，使鉆機(jī)在工作時(shí)既不產(chǎn)生平面移動(dòng)，又不改變立軸的垂直度，保證了鉆孔的同心度。鉆機(jī)操平使用水平尺，立軸調(diào)整采用重錘通過立軸吊線來對(duì)中（即正垂線的原理），保證立軸鉛直?？刂坪瞄_孔段的精度，特別是保證前10m孔段的垂直度，至關(guān)重要。為此，要精心挑選同心度好的開孔鉆具。

開孔前用扁鏟將開孔處鑿成與開孔鉆頭直徑相同的凹坑，保證鉆頭不向四周擺動(dòng)，開孔壓力要小。

以本工程為例，采用φ110鉆頭做先導(dǎo)孔，工作壓力一般控制在1.0 MPa，轉(zhuǎn)速300～500 r/min。隨著鉆孔加深，壓力、轉(zhuǎn)速逐漸減小，其鉆具逐漸加長(zhǎng)（鉆具最長(zhǎng)達(dá)8.67m，由4根巖芯管連接而成），在鉆桿上設(shè)置導(dǎo)正器，使鉆機(jī)立軸、鉆桿、鉆具三者保持良好的同軸度，提高了鉆孔的精度。

情況表明（φ110mm）先導(dǎo)孔，孔深45.66m。經(jīng)測(cè)斜分析，有效孔徑為60.23mm。所以，沒有達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（φ100mm）。先導(dǎo)孔孔斜實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 先導(dǎo)孔（φ110mm）孔斜成果

根據(jù)表1的成果，經(jīng)分析，若要滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（φ100mm），必須進(jìn)行擴(kuò)孔。按理論推算，擴(kuò)孔孔徑為150mm，孔深45.66m，即可滿足要求。

對(duì)此，采用了階梯型組合鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔。階梯式組合鉆頭具體情況如下：鉆頭組合直徑及由下至上排序?yàn)?10/130/150mm。其中，110mm鉆頭在孔內(nèi)起導(dǎo)向作用，其余兩個(gè)鉆頭起鉆進(jìn)作用。由于使用了導(dǎo)向鉆頭，認(rèn)為擴(kuò)孔時(shí)無須進(jìn)行測(cè)斜；在孔深13.68m起鉆時(shí)，發(fā)現(xiàn)巖芯管內(nèi)有破碎巖芯，初步判斷鉆導(dǎo)向孔時(shí)造成的破碎巖心留在孔內(nèi)。此時(shí)并沒有在意，也沒有進(jìn)行測(cè)斜工作。在孔深達(dá)20.84m起鉆時(shí)，又發(fā)現(xiàn)巖芯管內(nèi)有較完整的巖芯。此時(shí)判斷可能產(chǎn)生新的孔斜，經(jīng)實(shí)測(cè)分析，擴(kuò)孔中心偏離導(dǎo)孔中心最大值達(dá)50mm，偏斜區(qū)域孔深分布為5.00 ～ 20.84m。分析認(rèn)為，產(chǎn)生新孔偏斜的原因是：擴(kuò)孔時(shí)導(dǎo)向部分的φ110mm鉆頭應(yīng)使用φ110mm導(dǎo)向管，才能保證導(dǎo)向不再因受側(cè)向偏心力對(duì)巖石產(chǎn)生側(cè)切，這樣也就不存在新的偏斜問題，使用經(jīng)改良后的組合鉆頭（將110mm導(dǎo)向鉆頭換成110mm導(dǎo)向管），繼續(xù)擴(kuò)孔至45.08m。成孔后，經(jīng)測(cè)斜分析，5.00 ～ 20.84m段不符合要求（原因如上已述）。必須再次進(jìn)行擴(kuò)孔，第二次擴(kuò)孔最大孔徑為225mm，組合鉆頭規(guī)格為1892/25mm，導(dǎo)向管為150 mm，擴(kuò)孔深度22.45m。測(cè)斜結(jié)果表明，全孔有效孔徑為104mm滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求（φ≥100mm）。分段擴(kuò)孔孔深及孔徑變化情況見表2。

表2 擴(kuò)孔孔徑及孔深分段成果表

終孔測(cè)斜結(jié)果見表3。

表3 倒垂孔終孔測(cè)斜成果

續(xù)表

2.2 施工方法分析

在倒垂孔造孔施工中，工程實(shí)踐表明，采用先導(dǎo)孔法造孔時(shí)，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)有兩點(diǎn)。首先是先導(dǎo)孔的孔斜，必須控制好。其次是擴(kuò)孔導(dǎo)向必須采用無鉆頭的導(dǎo)向管。掌握了這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，其他都迎刃而解。

采用先導(dǎo)孔法施工時(shí)，最重要的是選擇鉆桿、巖芯管的自身垂度及各管連接后的桿件總垂度。在鉆孔時(shí)，要采用低壓力低轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行磨鉆；及時(shí)觀測(cè)孔斜，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，至少每米觀測(cè)一次，其間距不大于0.5m。

先導(dǎo)孔造好后，根據(jù)孔斜測(cè)量結(jié)果，分析該孔是否可以進(jìn)行擴(kuò)孔，如果可以擴(kuò)孔，計(jì)算擴(kuò)孔最小直徑；將先導(dǎo)孔清理干凈，以便導(dǎo)向管在孔內(nèi)靈活移動(dòng)。

在進(jìn)行倒垂孔鉆孔時(shí)，應(yīng)著重做好以下幾個(gè)方面的工作。

(1) 設(shè)備及工器具。

1） 鉆孔所使用的鉆機(jī)必須機(jī)械技術(shù)性能良好，油壓給進(jìn)，轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍廣，立軸導(dǎo)管活動(dòng)距離長(zhǎng)，且間隙小，穩(wěn)定性能好。

2） 鉆桿采用無彎曲變形的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿，施工前必須精心挑選、測(cè)量，施工中鉆桿應(yīng)有續(xù)編號(hào)。

(2) 施工要求。

1) 在鉆孔過程中嚴(yán)格控制開孔段的精度，特別是前10 m 孔段的垂直度，至關(guān)重要。在正常鉆進(jìn)時(shí)，每?jī)筛@桿間（約4.m）設(shè)一個(gè)導(dǎo)正器；采用小壓力低轉(zhuǎn)速跟進(jìn)。

2) 根據(jù)孔深，要適當(dāng)加長(zhǎng)巖芯管長(zhǎng)度，這樣能大大減低孔偏速度。

3) 施工人員應(yīng)具有較高的技術(shù)水平和鉆探實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4) 鉆孔一旦出現(xiàn)較大偏斜（大于20mm ），孔深大于25.00 m時(shí)，糾偏工作十分困難。

5) 先鉆小孔，再擴(kuò)大孔，有利于提高工效，保證鉆孔精度，降低工程造價(jià)。

綜合以上結(jié)果，該方法的優(yōu)、缺點(diǎn)就一目了然。優(yōu)點(diǎn)是：由于采用了先導(dǎo)孔，減少了大孔徑鉆孔的廢孔率，從而節(jié)約了投資，縮短了工期。缺點(diǎn)是：要用不同型號(hào)的鉆機(jī)，增加了鉆機(jī)的數(shù)量及相應(yīng)的配套鉆具。

3 結(jié)束語

用先導(dǎo)孔法，進(jìn)行大壩監(jiān)測(cè)倒垂孔施工，是一種新的方法嘗試與探索。該方法也適用于壩工管理單位自行施工。

一般水電廠管理單位，基本都有壩工基礎(chǔ)灌漿隊(duì)伍，該隊(duì)伍均具備鉆孔設(shè)備及相應(yīng)的操作技術(shù)。對(duì)于老壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造工程，就體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)，減少了投資成本。

于 洪文(1959—)，男，工程師，主要研究方向：壩工運(yùn)行管理及維護(hù)。E-mail:jianyfdcyhw@126.com

Drilling Construction of Inverted Plumb Holes in the Monitoring System of Yunfeng Dam

YU Hongwen
(Yunfeng Power Plant, Ji’an 134200，China）

In dam monitoring systems, there are many construction methods to drill inverted plumb holes. Based on practical experience，one of the methods called pilot-holemethod is discussed, which is of referential value to colleagues.This method reduces the error probability in drilling large diameter holes and guarantees the drill precision. It improves ef fi ciency and decreases duration. Therefore, this method saves the expense of constructions and reduces project cost.

monitoring system; inverted plumb hole; drilling construction