強巖溶地區超深帷幕灌漿孔的孔斜控制技術

潘龍龍 李博

【摘要】本文對重慶市秀山縣隘口水庫工程防滲帷幕灌漿施工中遇到的巖溶、溶蝕裂隙及泥沙充填等地層鉆孔的孔斜控制的難題，從地質、鉆進施工技術參數及鉆孔機具等因素分析了鉆孔孔斜過大的原因，并提出了施工中的孔斜控制及預防措施。

【關鍵詞】巖溶地區；帷幕灌漿；孔斜控制

1、概述

隘口水庫壩址區屬典型的喀斯特地貌。防滲帷幕線上地層巖溶發育，尤其以右岸及河床最為發育，其巖溶率分別達15.17%和23.23%，且以泥質充填及無充填為主，發育多個溶洞或溶洞群，最大的空腔體積達數萬m3。共布置了防滲帷幕約14萬m，最大灌漿壓力3.5MPa，最大孔深為201.37m。

因為各方面的原因，鉆孔會產生偏斜。如果鉆孔偏斜嚴重發展，就會對鉆進質量、事故發生率、鉆進效率，特別是防滲幕體的連續性方面產生極為不良影響，導致防滲幕體的厚度不夠或不能搭接，形成滲漏通道，不僅影響到水庫正常效益的發揮，甚至不能蓄水，為此必須控制鉆孔的孔斜。

2、鉆孔偏斜對灌漿質量的影響

2.1 孔斜對鉆孔質量的影響

鉆孔質量差。帷幕灌漿的先導孔施工是為了進一步核實地質巖層資料，了解巖層及構造帶的分布狀況，用于指導后期各序孔的灌漿施工。但鉆孔發生偏斜后，對巖層及構造帶的判斷就會產生誤差。

（2）鉆孔合理孔距受到影響。鉆孔產生偏斜會破壞灌漿孔間的合理孔距，甚至產生部分無效進尺，只有采取補孔的辦法來彌補因孔斜帶來的影響。

2.2 孔斜對灌漿質量的影響

漿液在巖石縫隙中的擴散范圍受灌漿壓力、漿液性質、巖縫發育特征及施工工藝等因素的影響。同一性質的漿液在不同壓力、不同地質條件下，擴散充填的范圍差異性很大。灌漿孔距的確定，過去應用最多的是憑經驗判斷，現在一般是在現場作灌漿試驗。經過試驗后確定的孔距相對于某一壩址地質狀況來說是較為合理的，它的最主要特點是，使相鄰灌漿孔漿液的充填范圍能彼此銜接，而且到最后既不會遺留下能導致透水性超過標準的大裂縫，又不使搭接重疊的部分太少，以能形成一個具有一定防滲標準的“連續帷幕”，又使鉆孔量最少。但鉆孔產生偏斜后，無疑會破壞相鄰鉆孔間漿液充填時的這種“銜接”關系，灌漿不能達到預期目的。

3、孔斜的預防措施及處理方法

3.1 孔斜的預防措施

根據隘口水庫201m超深帷幕鉆孔的施工經驗，總結了以下孔斜控制措施，并取得較好的孔斜控制效果。

（1）鉆機機身的安放要求水平、牢固，立軸中心與鉆孔中心應在同中心線上，并按要求的孔向對準孔位開孔，以使鉆進中不擺不晃。

（2）在開孔鉆進與淺孔階段鉆進中，機桿不能太長；避免鉆進時擺動過大、立軸轉動不穩，造成鉆機機身不穩定和孔內鉆具擺動增大。

（3）使用符合規格的各種鉆孔器具，并隨時檢查，如發現有彎曲的鉆具或有磨損較嚴重的立軸導管時，應及時更換。在淺孔鉆進階段，一般使用粗徑鉆具為宜。

（4）孔口管鑲鑄要鉛直，必要時適當加大其長度。

（5）隨著鉆孔深度的增加，逐漸調整鉆孔參數，即調整鉆進壓力、鉆進轉速、進尺速度等，特別要注意鉆進壓力的調整，逐漸采用負壓鉆進。

（6）鉆進中，當地層地質變化時，不論巖石是由軟變硬還是由硬變軟，或者是由完整變破碎、破碎變完整，均應減壓、減速鉆進，對其進尺的速度和沖洗液的流量及壓力亦應加以控制和調整。

（7）鉆進中，隨時檢查鉆機機身有無移動，立軸鉆進的方向有無變化，發現問題要及時糾正。

（8）熟悉所使用機械的性能和鉆孔方法，經常研究、總結經驗。在深孔鉆孔中，對孔斜及時測量，準確地掌握鉆孔的偏斜情況，及時處理糾正。

3.2 孔斜的處理方法

3.2.1 擴孔糾偏法

該方法適合于淺孔階段中（一般不超過10m）鉆孔已偏斜嚴重的情況。采取加長粗徑鉆具，并使用比原鉆具直徑至少大1 級的鉆具，從孔口或從孔口管底部位置擴下去。可以擴大處理符合要求的鉆孔，矯正鉆孔的方向，防止在繼續鉆進中該孔偏斜嚴重發展的情況出現。

3.2.2 短鉆具法

在松軟地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受上部鉆具的影響較少，比較容易改變方向。通過用輕壓力、慢轉速的操作方法，鉆頭很容易切割松軟地層或覆蓋層，在自重作用下鉆具沿垂向鉆進。使用的巖心管長度一般可為1.0～1.5m，鉆進3～5m 后進行鉆孔測斜，大多情況下能夠得到糾正。如果沒有矯正過來，則可從鉆孔偏斜部位至孔底進行封孔，然后進行上述操作，也可以達到糾正的目的，但要注意封孔水泥的強度。

3.2.3 換徑法

是深孔帷幕鉆孔中常用的一種方法。主要是用比原正常鉆進用的粗徑鉆具小1級或2 級直徑且長度短于1.5m 的粗徑鉆具鉆進。因為短細的粗徑鉆具可在較大的孔徑內接近于垂直狀態。在進行矯正前，先把孔內巖心取凈，鉆進時要輕壓、慢速控制給進。鉆進3～5m 后進行測斜，一般情況下可以得到糾正。如果沒有得到糾正或沒有達到理想的結果，可將二級鉆孔進行（即新開的小口徑鉆孔）進行封孔，重新進行糾偏，直至達到糾正或達到理想結果。

3.2.4 掃孔法

是在某一灌漿段鉆孔結束時進行孔斜測量，發現偏斜值超過允許值時，先不進行糾偏處理，而是按正常程序繼續進行灌漿，當灌漿結束后，用0.5（或0.6）：1 的純水泥漿（可加適量的速凝劑）置換出孔內稀漿，并待凝24～48h 后再掃（擴）孔。掃（擴）孔時注意控制鉆孔參數，可使已偏斜的鉆孔段得到有效糾正。但此種辦法耗時較長，一般在上述幾種方法處理無效的情況下采用。

3.2.5 補孔法

在灌漿施工中，當發現鉆孔偏斜嚴重時，為防止嚴重的孔斜對灌漿質量產生影響，可在該孔附近補鉆新的灌漿孔，一般與原灌漿孔的距離應不大于50cm，但補鉆灌漿孔前應封填好原偏斜灌漿孔。此種情況適用于淺孔階段中就嚴重偏斜且在采取多種矯正方法均無效的灌漿孔。補鉆新的灌漿孔后在與原偏斜孔相對應的孔深位置以上的各灌漿段一般可不再灌漿。

4、結語

隘口水庫帷幕灌漿孔最大深度201m鉆孔完成后，經終孔測斜，偏距為1.55m，偏斜率為0.77%，滿足要求，說明帷幕灌漿鉆孔施工中所采用的孔斜控制和孔斜預防措施是可行的，為類似的強巖溶超深帷幕灌漿鉆孔的孔斜控制技術提供了經驗。