邊坡堆積體錨索鉆孔工藝探討

趙盛忠

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 洱源650041)

【摘要】在堆積體及破碎的巖體邊坡錨索施工中較容易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆、洗孔困難等現(xiàn)象，而且施工安全、質(zhì)量、進度、成本得不到很好的控制。采用跟管鉆進工藝鉆至一定深度后，換用φ138直釬繼續(xù)鉆進至終孔，并在鉆進過程中進行必要的固壁灌漿，以利于非跟管段的孔壁穩(wěn)定，避免卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象的發(fā)生，有利于減少事故、提高功效；此方法可用于各種特殊地質(zhì)情況，鉆進方法更加穩(wěn)妥，鉆進速度更快，施工質(zhì)量更好，投資更省。

【關鍵詞】堆積體；錨索；鉆孔工藝

中圖分類號：TV541

Discussion on slope pile collective anchor drilling process

ZHAO Shengzhong

(PowerChinaSinohydroBureau14Co.,Ltd.,Eryuan650041,China)

Abstract:Tool sticking, drill burying, difficult drill washing and other phenomena are produced more easily in accumulation body and fragmented rock slope anchor construction. Construction safety, quality, schedule and cost cannot be well controlled. Pipe drilling process is adopted for drilling to certain depth, and φ138 straight drill is used for drilling to final hole continuously. Necessary wall fixation and grouting should be implemented during the drilling process, thereby facilitating hole wall stabilization in the non-pipe section, avoiding tool sticking, drill burying and other phenomena, and being beneficial for reducing accident and improving benefits. The method can be used in various special geological conditions with higher reliability. It is characterized by faster drilling speed, better construction quality and more economical investment.

Key words: accumulation body; anchor; drilling process

宣威市達開水電站左岸邊坡堆積體屬于規(guī)模巨大的堆積體，在特殊地形地貌、巖性、地質(zhì)構造背景等條件下，由長期復合成因作用堆積而成，堆積范圍廣、厚度大。堆積體范圍：縱向長740m，高程自462m(古河床出露高程)至560m(040國道后邊緣高程)，寬200m以上，面積約14.8萬m2，總方量達740萬m2。為了邊坡的穩(wěn)定，設計采用錨索加固，但采用傳統(tǒng)的宣化QZJ—100型潛孔鉆等方法無法滿足施工需要，因此根據(jù)堆積體施工的需要采用了對堆積體進行錨索施工的方法。

1概況

早在20世紀20年代，巖土的錨固技術就開始應用于廠礦和水利建筑中。預應力錨固技術應用于我國是在20世紀的80年代。工程中最為常見的錨索為摩擦型拉力錨索，大量的實驗和工程實踐表明：在堆積體及破碎的巖體中，拉力型錨索的承載力很難獲取較高的錨固力。因此，近幾年出現(xiàn)了單孔復合型錨索，壓力分散型錨索就是其中的一種。針對某水利樞紐工程區(qū)堆積體厚度大等特點，在邊坡治理中主要進行了壓力分散型錨索設計。

2壓力分散型錨索的特點

壓力分散型錨索是通過外錨頭的張拉，將拉力首先傳至下部的承載體上，利用P錨的作用最終把拉力轉化為壓力，各級承載體分散了整個錨索的拉拔力。從壓力分散型錨索可能產(chǎn)生的破壞形態(tài)角度，提出了錨固體極限承載力的設計方法。壓力分散型錨索可能出現(xiàn)以下三種破壞：鋼絞線的斷裂破壞；注漿體壓碎破壞以及沿注漿體—巖土體間的滑移破壞。

3錨索施工技術要求

根據(jù)施工實際要求，錨索終孔孔徑不小于138mm，并且鑒于堆積體段內(nèi)耗漿量將會很大，要求張拉段索體外包土工布及細帆布，并在錨固段與張拉段之間設置止?jié){包，以利進行分段灌漿，使索體最大直徑增加至155mm。只有采取φ168跟管鉆進工藝鉆至一定深度后，換用φ138直釬繼續(xù)鉆進至終孔方能滿足設計要求，并在鉆進過程中進行必要的固壁灌漿，以利于非跟管段的孔壁穩(wěn)定，避免出現(xiàn)卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象。

4錨索造孔工藝的現(xiàn)場試驗

4.1錨索造孔現(xiàn)場試驗

4.1.1試驗設備及材料

此次試驗采用的設備及材料見下表。

鉆孔試驗設備及材料表

續(xù)表

4.1.2大直釬開孔鉆進試驗

試驗中首先采用了CIR170沖擊器配φ185單釬頭進行開孔，鉆至孔內(nèi)返風、返渣較為微弱，前后回進鉆桿較為困難時取鉆，并更換φ168“兩件套”偏心鉆頭配CIR130沖擊器進行跟管鉆進；單釬頭開孔試驗過程中采取了如下措施對所遇情況進行了處理：

a.采用φ185單釬頭鉆進時，由于所配鉆桿相對較細，導致孔內(nèi)環(huán)狀間隙較大，致使風速較小，攜渣、排渣能力較差，因此鉆進過程中必須不斷地往返回程，以將孔內(nèi)殘渣排除干凈，否則容易發(fā)生埋鉆現(xiàn)象。

b.采用φ185單釬頭鉆進時，因孔徑較大，自穩(wěn)能力差，鉆機轉速應調(diào)至低速檔，避免出現(xiàn)甩動而導致孔壁坍塌，導致卡、埋鉆事故的發(fā)生。

c.采用φ185單釬頭鉆進時，因所配鉆桿較細，在鉆進過程中出現(xiàn)了“頭重腳輕”的現(xiàn)象，因此應將鉆壓嚴格控制在2 MPa以內(nèi)，否則容易出現(xiàn)孔內(nèi)偏斜、鉆孔扭曲等現(xiàn)象。

d.采用φ185單釬頭鉆進時，除對空壓機輸出風壓進行調(diào)整，使其與沖擊器最優(yōu)使用風壓匹配外，還應對風量進行控制，以避免因過大的風量對孔壁造成嚴重沖刷而導致孔內(nèi)坍塌。

經(jīng)采取上述控制措施后，采用φ185單釬頭鉆進的問題得到了較好的解決，單釬頭開孔最大鉆進深度達到25.6m。

φ185單釬頭鉆進結束后，首先用人工向孔內(nèi)送入套管，在送管過程中，為避免因孔內(nèi)殘渣夾住管壁而導致送管困難，現(xiàn)場采取了在套管前端綁上一根φ25風管的措施，在送管過程中開啟輕微風，以將套管前的殘渣吹到孔底。通過這種措施，送管的最大深度達到了6.5m左右，提高了鉆進功效。

4.1.3偏心跟管鉆進試驗

送管結束后，換用CIR110沖擊器配φ168“單件套”偏心鉆頭進行跟管鉆進，鉆進過程中出現(xiàn)了套管靴被打斷導致跟管失敗的嚴重情況，經(jīng)分析認為：導致套管靴被打斷的直接原因是沖擊器的沖擊功太大，因此后期試驗中均將其換成CIR110沖擊器。

在使用CIR110沖擊器進行跟管試驗時采用如下措施對所遇問題進行了處理：

a.在φ185單釬頭鉆進過的地段中穿過時，應對空壓機的輸出風壓及風量進行調(diào)整，風壓較大時，沖擊力增加，容易對孔壁產(chǎn)生較大的震動影響，從而誘發(fā)坍孔現(xiàn)象發(fā)生；風量較大時，容易對孔壁產(chǎn)生過量沖刷，也會誘發(fā)坍孔現(xiàn)象發(fā)生，因此在該段內(nèi)穿過時，空壓機所提供的風量及風壓應為沖擊器正常工作的下限值。

b.該孔段穿過后，為保證孔內(nèi)返渣，可適當?shù)靥岣吖ぷ黠L量，但不宜提高風壓，以避免沖擊力過大而增加孔底阻力，導致偏心塊脫銷或扭斷。另外，提高鉆壓還容易引起鉆孔偏斜，導致孔內(nèi)套管扭曲，對后期的拔管產(chǎn)生不利影響。

c.跟管鉆進過程中宜采用低速鉆進，避免因回轉次數(shù)過多導致鉆頭提前磨損而影響鉆進效率。

d.因偏心鉆頭錘體與CIR110沖擊器的外徑差異較大，容易在錘體后段累積殘渣，因此在鉆進了一定深度后，根據(jù)孔口返渣情況采取停鉆吹渣或取鉆吹渣等后續(xù)措施。

采取上述控制措施后，采用偏心鉆頭跟管鉆進的問題也得到了較好的解決，跟管的最大深度達到了48.6m。

4.2孔內(nèi)固壁灌漿試驗

由于跟管結束后仍有部分孔段位于堆積體內(nèi)，需采取固壁灌漿措施以保證正常穿過。

4.2.1試驗設備及材料

試驗中采用的設備和材料為：SGB6—10灌漿泵1臺，φ25塑料灌漿管若干，φ50風管若干，φ89鉆桿若干，袖閥噴漿管1根(見圖1)。

圖1　噴漿管大樣圖

4.2.2試驗過程

a.首先在風管與灌漿管的連接處設置一個三通，并分別在風管及噴漿管一段設置閥門。然后由袖閥噴漿管取代沖擊器及鉆頭下入孔內(nèi)。在下入的過程中，為避免孔內(nèi)殘渣將出漿口堵死，應開啟小風。

b.噴漿管下入到擬固壁段位后，將風關閉，并通過風管處的三通送入一定配比的漿液。

c.當估計流入孔內(nèi)的漿量已淹過袖閥噴漿管時，將三通處的風管閥門打開，同時啟動鉆機高速檔，進行旋轉噴護3～5min。

d.繼續(xù)往孔內(nèi)放漿，并重復上述方法，同時觀察灌漿泵的輸出壓力及輸出流量，當出現(xiàn)灌漿管跳動或流量不大于10L/min時，可停止灌入漿液。

在試驗過程中，所采用的漿液配合比并非定值，而是根據(jù)待灌段的返風、巖粉狀態(tài)、孔內(nèi)透水等情況進行選擇。同時，為保證能盡早掃孔，漿液中按1.2%摻入了YSP—Ⅲ型早強減水劑。

4.2.3試驗成果

經(jīng)過上述試驗，基本上解決了坍孔問題，同時由于外加劑的摻入，一般無水的孔段均能保證在12 h后進行掃孔，有水孔段也能保證在24h后進行掃孔。

4.3成孔后的洗孔試驗

通過上述試驗成孔后，為保證孔壁干凈無殘渣，現(xiàn)場首先采用普通的高壓風進行了洗孔。但因地層漏失較大，此種方法效果并不明顯，為此，現(xiàn)場專門制作了洗孔器(見圖2)。

圖2　洗孔器結構

上述洗孔器因人為改變了風的流向，且由于出風口的設置，使風速加快，從而提高了攜渣能力。另外，由于該種洗孔器連接在鉆桿上，可分段進行洗孔，從而確保了整個鉆孔的干凈。

通過上述試驗，總結出了一套適合于深厚型堆積體沖擊成孔的施工工藝，對后續(xù)錨索施工起到了指導作用。

5特殊情況的處理

在邊坡堆積體錨索施工過程中，由于堆積體本身的復雜性，各孔均出現(xiàn)了不同程度的孔口不返風、不返渣以及卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象，有的孔段甚至出現(xiàn)了透水、涌水情況，極大地影響了施工進度。在此總結出如下施工經(jīng)驗：

a.鉆孔出現(xiàn)不返風、不返渣現(xiàn)象，一般均是地層漏失太大引起的，因此應首先考慮采用固壁灌漿將裂隙封堵住，如效果仍不盡人意，則應采取鉆進一段后取鉆洗孔或撈渣的辦法進行處理，以避免出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。撈渣一般可用地質(zhì)巖芯管配彈簧鉆頭進行，當然也可采用地質(zhì)取粉管進行。

b.孔內(nèi)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，一般均是由于孔內(nèi)掉塊或出現(xiàn)“探頭石”引起的，此時應調(diào)低鉆機轉速，慢慢往上提鉆，然后再往下下鉆，如此重復，以期將掉塊或“探頭石”掃掉，如無法提鉆則應考慮到掉塊或“探頭石”已將鉆具卡死，此時應考慮用千斤頂將鉆具拔出；當出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象時，也應調(diào)低轉速并往上提鉆，然后再往下下鉆，以期將殘渣擠往孔底。如無法提鉆，則應考慮向孔內(nèi)插風管，并開強風將鉆具上段的殘渣吹出孔內(nèi)。如遇孔口無返風時，則可考慮向孔內(nèi)灌水，以將鉆具上段的埋渣沖到孔底。

c.孔內(nèi)出現(xiàn)滲水情況時，如孔口返風良好，僅出現(xiàn)不返渣現(xiàn)象，則可考慮用巖芯管或取粉管進行撈渣處理；如孔口返風較差或不返風，則應考慮向孔內(nèi)灌入大流量的水，當水灌至一定程度后突然開強風，以期利用水的暫時密封性將孔內(nèi)積水帶渣排出；孔內(nèi)出現(xiàn)透水現(xiàn)象時，可通過鉆進一定進尺后停風停鉆幾分鐘，然后開啟強力風將孔內(nèi)積水帶渣排出。

6施工工藝拓展

鑒于邊坡堆積體錨索工程地層情況復雜、工期緊、任務重等特點，因此僅重點進行了上述試驗。根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)的各種情況分析，以下幾種施工工藝也能達到目的。

6.1異徑跟管工藝

由于堆積體厚度較大，一徑跟管至理想深度的難度極大，因此考慮用異徑跟管工藝。

首先應采用φ203單釬頭進行開孔，然后換用φ194套管進行跟管鉆進，當口徑套管鉆至難以為繼后，換用φ168套管穿過φ194套管管靴繼續(xù)跟管鉆進。此種施工工藝的最大特點在于每一種口徑的套管都不需要跟進太長的深度，減少了拔管的阻力，且總的跟管深度增加，減少了固壁灌漿次數(shù)，對提高功效有利。其缺點是當一期跟管較長時，二期套管難以穿過管靴。

6.2孔內(nèi)切割管靴工藝

首先采用φ185單釬頭開孔，然后換用φ168套管跟管鉆進至難以為繼時取鉆，利用氧炔混合氣體并配上攝像頭對管靴進行切割，然后再插入φ146套管繼續(xù)跟管鉆進，最后再將φ146套管管靴割除，并更換單釬頭繼續(xù)鉆進至孔底。此種工藝的特點與異徑跟管工藝一樣，其缺點是在切割過程中需向孔內(nèi)吹入大量空氣。

6.3助力跟管工藝

在跟管過程中往往會因孔壁彎曲、坍塌嚴重、孔壁阻力太大、沖擊器沖擊功過大或管靴本身的質(zhì)量缺陷等導致管靴被打脫或被打掉在孔內(nèi)。此時除優(yōu)化選擇各種材料及設備外，還可考慮在鉆機導軌上加裝一套沖擊助力裝置，該裝置的主要設備為兩套小功率沖擊器，其通過鋼板與動力頭連在一起，可實現(xiàn)同步進退；在沖擊器的另一端加工一副夾片將套管夾住，其伸出的兩翼直接與小沖擊器接觸，當孔內(nèi)沖擊器沖擊管靴時，孔外的沖擊器亦沖擊夾片，從而實現(xiàn)分段助力、共同推進的功效，更重要的是降低了套管前進的阻力，減少了管靴打脫或打斷的幾率。

7結語

堆積體錨索施工存在較大的復雜性和不可預見性，因此施工過程中應選擇合理的施工工藝，同時應密切關注諸如鉆壓、進尺、返風、返渣、涌水等情況，以期取得更合理的施工參數(shù)，有利于減少事故、提高功效。同時在施工中應注意分析各種現(xiàn)象，以增加對孔內(nèi)情況的判斷能力，進而促進施工工藝的改進，提高施工水平。

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水電未來5～10年有較大裝機需求

根據(jù)《中國電力工業(yè)現(xiàn)狀與展望》，預計2015年全國基建新增發(fā)電裝機容量1億千瓦左右，其中，煤電3800萬千瓦、氣電600萬千瓦、非化石能源發(fā)電5300萬千瓦左右。非化石能源新增裝機中，水電1400萬千瓦、核電876萬千瓦、并網(wǎng)風電1900萬千瓦、并網(wǎng)太陽能發(fā)電1000萬千瓦、并網(wǎng)生物質(zhì)發(fā)電100萬千瓦左右。

水電是技術成熟、出力相對穩(wěn)定的可再生能源，在可靠性、經(jīng)濟性和靈活性方面具有顯著優(yōu)勢，需要放在優(yōu)先開發(fā)的戰(zhàn)略位置上。水電要堅持綠色和諧開發(fā)，以大型基地為重點，大中小相結合，推進流域梯級綜合開發(fā);重視水電消納市場研究，擴大水電資源配置范圍;加快抽水蓄能電站發(fā)展，提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和靈活性，促進可再生能源發(fā)電的合理消納。全國常規(guī)水電裝機規(guī)劃2020年達到3.6億千瓦左右，開發(fā)程度67%;2030年達到4.5～5.0億千瓦左右，開發(fā)程度超過80%，除西藏外，全國水電基本開發(fā)完畢。抽水蓄能裝機規(guī)劃2020年、2030年和2050年分別達到6000萬千瓦、1.5億千瓦和3億千瓦。

水電開發(fā)要著力解決統(tǒng)一認識難、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)難、前期核準難、成本控制難、移民安置難“五難”問題。一是建議組建國家級水電開發(fā)委員會，加強統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)管理力度，在2015年前完成西南水電合理開發(fā)時序規(guī)劃研究。二是完善項目前期管理，爭取2015年前頒布水電開發(fā)前期管理條例，2015年前確定烏東德、白鶴灘電站送電方向和開發(fā)時序，2015年前確定龍盤電站壩址方案。三是創(chuàng)新移民安置管理，爭取2015年前制定出臺移民安置管理辦法，增加移民安置方式，調(diào)動地方政府積極性。四是建立水電開發(fā)環(huán)境影響全過程管理機制，加強投運后的環(huán)境實際影響監(jiān)管，并將結果向社會公布。五是促進更大范圍消納水電，推廣水電豐枯電價、峰谷電價。六是建議國務院責成有關部門加強水電開發(fā)相關知識普及和宣傳，并進行績效考核。

發(fā)展水電、核電與發(fā)展風電、太陽能發(fā)電相比，兩者在綠色低碳(環(huán)境品質(zhì))上大致相同;在發(fā)電成本或上網(wǎng)電價(經(jīng)濟品質(zhì))上，前者明顯優(yōu)于后者;在電力負荷平衡中的發(fā)電裝機容量

考慮云南、四川等水電大省火電機組長期承擔電網(wǎng)調(diào)峰作用、利用小時數(shù)偏低、虧損嚴重及企業(yè)經(jīng)營狀況持續(xù)惡化等實際問題，盡快研究這些省份的火電價格形成機制;在地區(qū)內(nèi)開展水、火電企業(yè)發(fā)電權交易，建立健全水電與火電互補機制, 盡快研究兩部制電價改革。

來源：中國農(nóng)村水電及電氣化信息網(wǎng)2015年3月17日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201503/t20150317_628234.html