云峰大壩監測系統倒垂孔鉆孔施工

于洪文

( 云峰發電廠，吉林省集安市 134200 )

云峰大壩監測系統倒垂孔鉆孔施工

于洪文

( 云峰發電廠，吉林省集安市 134200 )

對于大壩監測系統，倒垂孔鉆孔施工方法有多種。根據經驗，現介紹一種倒垂孔鉆孔施工方法——先導孔法，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，從而節約了投資，降低工程造價。

監測系統；倒垂孔；鉆孔施工

0 引言

隨著國民經濟的發展，我國對水資源的再分配及提高水的利用率納入了經濟發展規劃行列，同時也加大了流域開發建設的步伐，對新、老壩的安全監測也加強了監督。所以，對壩工倒垂監測系統的施工方法也在不斷地進行新的嘗試。現以云峰大壩監測系統更新改造工程為例，介紹一種新的倒垂孔鉆孔施工方法——先導孔法。

1 工程概況

云峰大壩新倒垂孔布置在241.75m廊道13號壩段叉廊內，廊道斷面尺寸2.5m×4.0m，距壩軸線15.50 m。設計孔深為基巖以下35.00 ～ 40.00m，有效孔徑100mm。該倒垂孔實際孔深45.66m，有效孔徑104mm。經設計人員檢查驗收，孔深及有效孔徑均滿足設計要求。

2 鉆孔施工

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

目前倒垂孔鉆進主要有兩種方法，一種是無巖芯鉆進，即利用沖擊式鉆機，使鉆頭反復沖擊孔底，從而破碎巖石造孔;另一種是有巖芯鉆進，即利用回轉式鉆機,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械廠生產的油壓SGZ—ⅢA型回轉式鉆機，鉆頭采用金剛石鉆頭。

2.1 先導孔法

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

鉆機的安裝是保證鉆孔精度的重要原因之一，這一關在施工中一定要把握得非常好。具體做法是：鉆機用3根地錨固定在機臺木上，使鉆機在工作時既不產生平面移動，又不改變立軸的垂直度，保證了鉆孔的同心度。鉆機操平使用水平尺，立軸調整采用重錘通過立軸吊線來對中（即正垂線的原理），保證立軸鉛直。控制好開孔段的精度，特別是保證前10m孔段的垂直度，至關重要。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，開孔壓力要小。

以本工程為例，采用φ110鉆頭做先導孔，工作壓力一般控制在1.0 MPa，轉速300～500 r/min。隨著鉆孔加深，壓力、轉速逐漸減小，其鉆具逐漸加長（鉆具最長達8.67m，由4根巖芯管連接而成），在鉆桿上設置導正器，使鉆機立軸、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）先導孔，孔深45.66m。經測斜分析，有效孔徑為60.23mm。所以，沒有達到規范及設計標準（φ100mm）。先導孔孔斜實測結果見表1。

表1 先導孔（φ110mm）孔斜成果

根據表1的成果，經分析，若要滿足規范及設計標準（φ100mm），必須進行擴孔。按理論推算，擴孔孔徑為150mm，孔深45.66m，即可滿足要求。

對此，采用了階梯型組合鉆頭進行擴孔。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為110/130/150mm。其中，110mm鉆頭在孔內起導向作用，其余兩個鉆頭起鉆進作用。由于使用了導向鉆頭，認為擴孔時無須進行測斜；在孔深13.68m起鉆時，發現巖芯管內有破碎巖芯，初步判斷鉆導向孔時造成的破碎巖心留在孔內。此時并沒有在意，也沒有進行測斜工作。在孔深達20.84m起鉆時，又發現巖芯管內有較完整的巖芯。此時判斷可能產生新的孔斜，經實測分析，擴孔中心偏離導孔中心最大值達50mm，偏斜區域孔深分布為5.00 ～ 20.84m。分析認為，產生新孔偏斜的原因是：擴孔時導向部分的φ110mm鉆頭應使用φ110mm導向管，才能保證導向不再因受側向偏心力對巖石產生側切，這樣也就不存在新的偏斜問題，使用經改良后的組合鉆頭（將110mm導向鉆頭換成110mm導向管），繼續擴孔至45.08m。成孔后，經測斜分析，5.00 ～ 20.84m段不符合要求（原因如上已述）。必須再次進行擴孔，第二次擴孔最大孔徑為225mm，組合鉆頭規格為1892/25mm，導向管為150 mm，擴孔深度22.45m。測斜結果表明，全孔有效孔徑為104mm滿足設計及規范要求（φ≥100mm）。分段擴孔孔深及孔徑變化情況見表2。

表2 擴孔孔徑及孔深分段成果表

終孔測斜結果見表3。

表3 倒垂孔終孔測斜成果

續表

2.2 施工方法分析

在倒垂孔造孔施工中，工程實踐表明，采用先導孔法造孔時，最關鍵的環節有兩點。首先是先導孔的孔斜，必須控制好。其次是擴孔導向必須采用無鉆頭的導向管。掌握了這兩個關鍵點，其他都迎刃而解。

采用先導孔法施工時，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，要采用低壓力低轉數進行磨鉆；及時觀測孔斜，根據經驗，至少每米觀測一次，其間距不大于0.5m。

先導孔造好后，根據孔斜測量結果，分析該孔是否可以進行擴孔，如果可以擴孔，計算擴孔最小直徑；將先導孔清理干凈，以便導向管在孔內靈活移動。

在進行倒垂孔鉆孔時，應著重做好以下幾個方面的工作。

(1) 設備及工器具。

1） 鉆孔所使用的鉆機必須機械技術性能良好，油壓給進，轉速調速范圍廣，立軸導管活動距離長，且間隙小，穩定性能好。

2） 鉆桿采用無彎曲變形的標準鉆桿，施工前必須精心挑選、測量，施工中鉆桿應有續編號。

(2) 施工要求。

1) 在鉆孔過程中嚴格控制開孔段的精度，特別是前10 m 孔段的垂直度，至關重要。在正常鉆進時，每兩根鉆桿間（約4.m）設一個導正器；采用小壓力低轉速跟進。

2) 根據孔深，要適當加長巖芯管長度，這樣能大大減低孔偏速度。

3) 施工人員應具有較高的技術水平和鉆探實踐經驗。

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

5) 先鉆小孔，再擴大孔，有利于提高工效，保證鉆孔精度，降低工程造價。

綜合以上結果，該方法的優、缺點就一目了然。優點是：由于采用了先導孔，減少了大孔徑鉆孔的廢孔率，從而節約了投資，縮短了工期。缺點是：要用不同型號的鉆機，增加了鉆機的數量及相應的配套鉆具。

3 結束語

用先導孔法，進行大壩監測倒垂孔施工，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，基本都有壩工基礎灌漿隊伍，該隊伍均具備鉆孔設備及相應的操作技術。對于老壩監測系統改造工程，就體現了其優勢，減少了投資成本。

于 洪文(1959—)，男，工程師，主要研究方向：壩工運行管理及維護。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