水庫深孔帷幕灌漿孔斜成因與處理

摘 要:對于某些水庫工程，在建過程中，對趾板、壩肩等部位的深孔帷幕灌漿鉆孔施工，遇到孔斜現象，本文著重探討孔斜成因及其不良影響，介紹了孔斜的預防和處理措施。

關鍵詞:鉆孔方向孔斜成因孔內事故鉆孔質量連續帷幕

中圖分類號:TV5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0091-01

1 造成孔斜的主要成因分析

某水庫趾板0+275～0+348、大壩壩肩 0+3930～0+472段因地質條件差，成孔過程中，孔斜現象時有發生，孔斜作為鉆孔事故產生的原因較多，可歸納為地質條件差，技術細節不適宜，操作方法不當等方面。

1.1 地質條件差

(1)如壩肩帷幕灌漿鉆進松散覆蓋層時，覆蓋層越厚，越容易改變鉆孔的方向。其主要原因是覆蓋層具有較強的活動性，鉆出的鉆孔孔徑較大時，勢必對粗徑鉆具不能形成強有力的控制，因而不能保證鉆進方向的一致性;

(2)如趾板在斷層及巖性變化區，在有一定傾角的、軟硬交替的巖石中鉆進，由于鉆頭在同一接觸面上有軟硬不同的巖層，因此，可鉆性不同的巖層會產生不同的鉆進速度，從而改變鉆頭的鉆進方向;

(3)在厚度大、破碎較嚴重的巖層中鉆進，其鉆孔孔徑也較大，粗徑鉆具在鉆進方向上不容易被控制。此外，破碎巖層往往是軟硬巖層共存，因此，鉆頭容易改變方向。

1.2 技術細節不適宜

造成孔斜的原因除了上述地質原因之外，還在于技術細節不適宜。筆者認為，主要體現在如下兩個方面:(1)鉆孔立軸以及鉆孔沒有處于同一條中心線上面，這就會使得鉆孔發生偏斜。當在實際的鉆孔過程之中，一般會使用鉆桿較長的立軸鉆進行鉆孔，這就會使得鉆桿與定向套管之間也會發生較大的摩擦作用，該作用直接導致了立軸產生大幅度地擺動，使得鉆頭在鉆進時的穩定性較差;(2)巖心管過短也會使得鉆孔發生傾斜的現象;(3)鉆具彎曲也會發生鉆孔傾斜的現象，這個很容易理解。

2 孔斜對產生孔內事故的影響

鉆孔一旦發生較嚴重的孔斜，將會給鉆孔施工過程帶來很多難題。嚴重的孔斜，不僅會加劇孔內事故的發生，而且會增加已發事故處理的復雜性。

(1)孔壁的坍塌、掉快以及巖層發生錯動等現象均是鉆孔孔斜的原因，上述這些現象極易造成巖層發生破碎、孔內埋鉆以及卡鉆等情況，這些情況十分嚴重，若不積極采取有效的措施加以防止，就很有可能會造成鉆具的填埋等事故，還有可能會造成鉆孔孔壁的坍塌;在地質構造較為復雜的地層中將鉆孔鉆入時，若遇到局部地層結構不堅固、不完整等情況的時候，會因巖層自身的不牢固，鉆孔會在鉆孔內部回轉碰打，沖洗液會發生破壞，使部分的巖石發生破裂而調入鉆孔之內，因此，會導致鉆具發生擠壓以及夾緊，那么鉆具在提升或是下降的時候就會非常的困難。

(2)鉆具折斷事故的機率增加，鉆孔由于會發生嚴重的偏斜，就會使得高速運行的鉆具在鉆孔內部巖石的巨大摩擦作用之下，發生較大的磨損現象。鉆具在鉆孔中高速回轉時，會由于鉆孔的大幅度偏斜而產生十分大的阻力，這個大阻力又會集中于鉆孔內的彎曲接觸上面。基于此，這就大大地增加了鉆具折斷的概率。

(3)在偏斜度較大的鉆孔內，發生鉆具折斷事故后會影響事故的正常處理，增加其處理的復雜性

當發生上述(2)中的現象時，就會使得鉆桿發生折斷的現象。鉆桿折斷之后，位于鉆桿下方的鉆頭會由于鉆孔傾斜而被埋藏于大孔徑段之中，這就導致鉆頭與打撈矢錐不能很好地吻合;但是若鉆孔方位的發生偏斜變化的因素較為復雜，即使鉆孔孔壁保持完整狀況，矢錐也不容易與鉆頭接上;假若此偏斜沒有多少變化，也會由于鉆孔的孔斜度非常之大，使得矢錐與鉆頭無法對接。

3 孔斜的預防與處理措施

控制鉆孔鉆進方向，使之不發生嚴重偏斜是一項很復雜的技術工作。采取何種技術措施防止鉆孔偏斜或鉆孔產生嚴重偏斜后如何處理，都必須將影響鉆孔偏斜的3方面因素結合起來全面加以考慮。

3.1 預防孔斜的措施

(1)注意在對鉆機進行安裝時，務必確保鉆機安裝要水平且牢固、加緊，鉆孔中心與立軸中心應該處于同一垂直線上，且需要注意鉆孔的孔的方向應與孔位開孔對準，目的是為了使得鉆具在鉆孔時不發生任何傾斜和擺動;

(2)除了上述鉆機需要保持牢固之外，還應該使得鉆孔孔口管保持牢固，在開孔以及淺孔階段鉆進時，立軸鉆桿不易過長，否則就會使得鉆具在鉆孔內發生擺動;

(3)對各種規格的鉆孔器具的合理使用，并定期地對其進行檢查，若在檢查的過程中，發現有彎曲度較大的鉆具或有磨損程度較為嚴重的立軸導管時，應作及時地更換處理。一般而言，在進行淺孔鉆進時，應該使用長度較長的巖心管;

(4)待鉆進較深的位置時，應該在地面進行減壓鉆進，這時需要特別注意對鉆進壓力的調整，不僅如此，還應該不斷提升吊環，并保持其與鉆孔中心線處于同一條直線上;

(5)當巖石換層時，此時鉆進均需要進行地面減壓鉆進，對其進尺的速度以及沖洗液的流量也應該適當地加以控制。

3.2 孔斜的處理措施

3.2.1 擴孔糾偏法

擴孔糾偏法一般適用于淺孔鉆進階段中(注意淺孔深度在10米之內)鉆孔發生嚴重偏斜的情況下。注意的操作流程為:鉆具需要加長和加粗，并且盡量使用比原鉆具的直徑至少大一個數量級的鉆具，這就會使得鉆孔的直徑大大增加，并將鉆具沿著管口的方向進行挖孔。

3.2.2 短鉆具法

在松軟巖層或厚度大的覆蓋層中鉆進時，當鉆孔產生一定偏斜后，可利用較短的粗徑鉆具進行矯正。因為在上述地質條件下鉆孔，孔徑一般比較大，而短鉆具在較大孔徑內較易改變方向。主要通過用輕壓力慢轉速的操作方法，鉆具會因自重垂向鉆進。使用的巖心管長度一般可為1～1.5m，鉆進3～5m后進行鉆孔測斜。如果孔斜度已減少，則可使用正常鉆具鉆進;如果沒有矯正過來，則可加長粗徑鉆具，從開始矯正位置掃孔后，即或按原孔斜度鉆進。

3.2.3 控制法

要是在考慮進行其它矯正方法時有很大困難，或還有不多的距離就抵達終孔的情況下應用。這一方法的主要措施是加長粗徑鉆具。一般情況下，加長后的粗徑鉆具不小于原鉆具的2倍。加長粗徑鉆具后，無疑會增大孔壁對整個粗徑鉆具按原方向繼續鉆進的控制力，使原有的孔斜度不再繼續擴大，但在操作方法上要嚴格注意。