淺談黃金坪水電站搶險錨索成孔工藝

陳中強++任瑞城++高永林

摘要：黃金坪水電站引水及泄洪洞進口邊坡工程地質情況復雜、錨索成孔難度極大。本文通過引用引水及泄洪洞進口邊坡搶險錨索施工，針對復雜的地質情況采用“自由段最大能力跟管護壁鉆進，遇堅硬巖層再換用常規釬頭結合超前固結灌漿處理措施鉆進至設計深度”的鉆孔工藝和方法，為以后相似地質情況的錨索施工提供成功的施工經驗。

關鍵詞：黃金坪水電站；引水及泄洪洞進口邊坡；搶險錨索成孔工藝

1、工程概況

1.1工程簡況

黃金坪水電站引水及泄洪洞進口高程1415 m以上邊坡開挖、支護工程的開挖上開口線高程為1619 m，邊坡高差近204 m。2011年8月15日在引水及泄洪洞進口邊坡通村公路附近發現自然邊坡出現裂縫以來，經監測資料分析表明，進水口自然邊坡和工程邊坡的變形仍未收斂，變化呈緩慢增長趨勢，個別部位變形增長趨勢加快。為了工程施工和永久運行的安全，2012年1月初開始實施搶險錨索施工，至2012年08月底搶險錨索施工完成。本次搶險錨索施工，在高程EL1540～EL1613m邊坡共計布設1500KN、2000KN、2500KN、3000KN的錨索147根，長度為80～100m。

1.2工程地質概況

引水及泄洪洞進口部位無區域性斷裂通過，地質構造以中、小型斷層及節理裂隙為特征。斷層發育有：地表f10，平硐HPD05′內f5′-1、f5′-2。坡體中主要發育J1、J2、J3、J4四組結構面，其中以J1、J2組結構面較為發育，邊坡巖體總體較破碎，呈塊裂～碎裂結構，以Ⅳ級巖體為主。

2、工程的重點、難點分析與措施

2.1工程的重點、難點分析

（1）引水及泄洪洞進口EL1540以上邊坡淺部風化卸荷強烈，以及存在覆蓋層，并考慮施工進度，錨索孔造孔需先進行跟管護壁鉆進。1500KN及以上錨索鉆孔需跟Φ178及以上套管護壁成孔。因此，Φ178及以上大口徑跟管，是本工程的重點，亦是難點。

（2）錨索孔深為80～100m，成孔過程中，面臨掉塊卡鉆、摩擦阻力大、排渣困難等情況，成孔難度大。

（3）本工程邊坡高陡，工期緊，工器具和材料運輸強度高且運輸難度大。

（4）本工程邊坡高陡，工期緊，任務重，大量設備、人員上架作業，保證施工安全是本工程的重點之一。

2.2主要措施

根據上述重點及難點分析，采取主要措施如下：

（1）采用大功率鉆機YG-100或YG-80型全液壓錨固工程鉆機施工。

（2）采用1.0MPa以上中高風壓空壓機，并保證充足風量，滿足鉆進及排渣需要。

（3）采用優質合金鉆桿、套管、跟管鉆具等保證跟管護壁成孔質量與進度。

（4）投入經驗豐富的機組，并嚴格要求其按照錨索施工的規程進行作業。

（5）利用原有施工便道或纜索運輸工器具和材料。

（6）加強安全巡視。

3 搶險錨索成孔工藝

3.1成孔方案

鑒于引水及泄洪洞進口EL1540m以上邊坡淺部風化卸荷強烈，以及存在覆蓋層，結合前期施工經驗，并考慮施工進度，錨索孔采用風動沖擊器鉆進，遵循“自由段最大能力跟管護壁鉆進，遇堅硬巖層再換用常規釬頭結合超前固結灌漿處理措施鉆進至設計深度”的成孔方案。

3.2 錨孔要求

（1）鉆孔孔徑、孔深均不得小于設計值，鉆孔傾角、方位角應符合設計要求。其具體要求和允許誤差如下：

① 孔位坐標誤差不大于10cm。

② 錨孔傾角、方位角符合設計要求。

③ 有效孔深不得欠深，超深不宜大于40cm。終孔孔徑不得小于施工圖紙和廠家產品說明書規定的要求。鉆孔達到設計孔深時孔內殘留物不得超過10cm。

④ 錨固段應位于滿足錨固設計要求的巖體中。

（2）在鉆孔過程中，如遇巖體破碎或地下水滲漏嚴重使鉆進受阻時，應采取固結灌漿等措施。

（3）對破碎帶或滲水量較大的圍巖，在造孔過程中未進行過固結灌漿處理的一次性成孔并經驗收合格后的錨索孔，在安裝錨索前，按規范規定，可視情況需要對錨孔進行圍巖灌漿處理。

3.3 成孔方法

根據設計要求，錨索噸位為1500KN級、2000KN級、2500KN級、3000KN級，結合錨索孔深（80～100m）及實際的地質條件、錨索體外徑的要求，采用如下成孔方法：

（1）錨索孔采用YG-100型（或YG-80）液壓錨固工程鉆機配套風動潛孔錘沖擊回轉鉆進成孔。

① 1500KN級錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機配套CIR150沖擊器（或DHD350Q）、Φ178偏心跟管鉆具跟Φ178套管護壁成孔，余下孔段鉆進采用CIR110沖擊器及Φ130釬頭鉆進成孔。

② 2000KN級錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機配套CIR150沖擊器（或DHD350Q）、Φ178偏心跟管鉆具跟Φ178套管護壁成孔，余下孔段鉆進采用CIR150沖擊器（或DHD360）及Φ150釬頭鉆進成孔。

③ 2500KN級錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機配套DHD360沖擊器、Φ219同心/偏心跟管鉆具跟Φ219套管護壁成孔，余下孔段鉆進采用CIR150沖擊器（或DHD360）及Φ165釬頭鉆進成孔。

④ 3000KN級錨索孔，采用YG-100型（或YG-80）錨固工程鉆機配套DHD360沖擊器、Φ219同心/偏心跟管鉆具跟Φ219套管護壁成孔，余下孔段鉆進采用CIR170沖擊器及Φ175釬頭鉆進成孔。

（2）錨索孔破碎段采用沖擊器配套同徑粗徑長鉆具、鉆桿體焊螺旋片、扶正器、防卡器、反振器、Φ89鉆桿等成孔。endprint

（3）破碎孔段采用噴射灌漿鉆具進行固結灌漿處理和小口徑鉆具掏心鉆進后預固結灌漿處理。

3.4 鉆進操作規程

（1） 開孔前，清除孔口附近松動巖塊，必要時可填筑混凝土等強后開孔，確保鉆機就位并可靠固定。

（2） 開孔時，在設計孔位上，人工或用風鉆鑿出與孔徑相匹配的10cm左右深的槽（孔），以利于鉆具定位及導向；再次復核鉆機鉆具軸線傾角與方位角。

（3） 鉆進過程中嚴格遵循“小鉆壓、低轉速、短回次、多排粉”原則。每鉆進≯1m，緩慢倒桿>1m，往返不少于3次，直至孔口無巖粉返出，充分吹粉排渣，避免卡鉆及重復破碎。

（4） 在鉆孔過程中，如遇巖體破碎或地下水滲漏嚴重使鉆進受阻時，采取固結灌漿等措施。

（5） 在鉆進過程中，認真、真實地做好鉆孔記錄，為分析判斷孔內地質條件提供依據。

3.5 破碎巖體錨索造孔

搶險錨索施工過程中，若遇破碎或滲水量大的巖體，鉆具會發生跳動，鉆機負荷增大，甚至發生塌孔、卡鉆、埋鉆等事故。為確保成孔質量、保證施工效率，需進行超前預固結灌漿，待凝后繼續鉆進。固結灌漿擬采用水灰比0.5：1左右的水泥凈漿，采用對心噴射鉆具進行固結灌漿處理。遵循“無壓或低壓，濃漿；固結破碎帶，充填大裂隙等”的原則。灌漿結束標準可參照規范規定的固結灌漿標準執行。待漿液強度超過5MPa后，再進行掃孔。吸漿量大時根據實際情況可采用間歇、限流、待凝、砂漿、灌注速凝漿液等綜合措施。對于具體的破碎地層采取如下的處理方法：

（1）對于破碎不返風地層：當孔深<20m時，采用孔口灌漿方式，配合加河沙、麻絲、水泥口袋、水玻璃、小石子等；當孔深20m～40m時，應采用下射漿管到孔底的辦法灌漿；當孔深>40m，應下鉆桿到孔底灌漿。

（2）對于孔口返風，不能導通的破碎巖層（或砂層），采用Φ50鉆桿噴射灌漿。噴射灌漿自帶鉆頭，可鉆入塌渣內進行灌漿。噴灌過程中，低速旋轉、前后活動噴灌鉆具。灌注壓力0.5～1.0MPa（可根據實際調整），漿液采用0.5：1水泥漿液，吸漿量大時根據實際情況可采用濃漿、間歇、限流、待凝等綜合措施，但灌注時間不超過漿液初凝時間。

（3）對于只存在少量孔底裂隙，采用鋼絞線帶PE管管深入孔底灌漿（PE兩根，一根作為信號管），有效減少掃孔時間。（對于不塌孔段大裂隙則盡量鉆進超過裂隙1m處，待漿液快凝固前，倒桿漿體封堵裂隙。）

（4）具體施工過程中可追尋：灌漿→待凝0.5小時→抬漿（一般抬孔至灌漿段上方2m）→吹孔1小時→待凝10小時（終凝掃孔及進行新孔段鉆進）。

3.6 清孔

鉆孔完畢，用壓縮風沖洗鉆孔，直至孔口返出之風，手感無塵屑，延續5～10min，孔內沉渣不大于20cm。

3.7鉆孔檢查與驗收

鉆孔結束后必須經過監理工程師驗收，驗收合格后在不超過1d～3d的時間內進行下索以及后續工序施工。對于不符合設計要求的孔作廢孔處理，并全孔灌注M25水泥砂漿后回填重鉆。

4、結語

黃金坪水電站引水及泄洪洞進口邊坡搶險錨索工程歷時8個月，通過大噸位，深孔深的錨索施工，成功地遏制了邊坡的進一步變形，為后續的1#、2#引水洞和泄洪洞的施工打下了堅實的基礎。從施工工藝來說，“自由段最大能力跟管護壁鉆進，遇堅硬巖層再換用常規釬頭結合超前固結灌漿處理措施鉆進至設計深度”，在類似的地質環境條件下能最大程度的保證成孔效率，從而保證工期。

黃金坪水電站引水及泄洪洞進口邊坡搶險錨索成孔工藝，將為以后相似地質情況的錨索施工提供成功的施工經驗。

作者簡介：陳中強（1987-），男，漢族，四川遂寧人，助理工程師，大學本科，單位：四川準達巖土工程有限責任公司，研究方向：基礎處理endprint