淺談希尼爾水庫新近系軟巖鉆探及取芯

秦學林,沈紀安，夏衛華，翟富春，雷進東，徐勁松

(1.新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

0 前 言

希尼爾水庫位于新疆巴州孔雀河流域的尉犁縣境內，水庫設計總庫容0.98×108m3，大壩為復合土工膜防滲砂礫石壩，壩線全長7650m，最大壩高20.0m，壩頂寬6m，壩頂高程916.5m。希尼爾水庫于2000年5月18日開工建設，于2003年3月15日下閘蓄水，于2004年11月全部完工。

依據2017年5月，由南京水利科學研究院編制的《新疆塔里木河流域希尼爾水庫大壩安全綜合評價報告》鑒定意見，大壩滲漏嚴重，下游坡局部壩段曾出現滑塌，壩腳附近多處曾出現管涌，經復核，正常蓄水位工況下壩后滲透壓力大，下游壩坡逸出點高，下游壩坡及壩腳附近滲透穩定性不滿足規范要求。根據地質資料壩基地層巖性上部為第四系沖洪積中粗砂夾砂礫石及局部低液限粉土；下伏地層巖性為新近系砂巖、泥巖，互層狀。防滲體均座在砂巖、砂礫巖上，砂巖透水率多在10-30lu之間，屬中等透水層，壩基存在滲漏問題。為解決壩基滲漏，使水庫能正常蓄水，2019年6月開始對水庫進行除險加固施工。

根據水庫除險加固設計階段前期勘探工作及除險加固工程壩基防滲處理工程施工中先導孔鉆探作業，對新近系軟巖地層的鉆探取芯及壓水試驗的特點加以總結，為以后工作積累經驗。

1 鉆探過程存在問題

1.1 新近系地層巖性特點

水庫壩基上部為第四系沖洪積中粗砂夾砂礫石及局部低液限粉土，層厚在1.3-4.2m之間；下部地層為新近系地層，巖性為河湖相沉積的泥巖與砂巖類，并夾砂礫巖，該地層呈互層狀分布，巖層呈水平狀產出，強風化層5-8.0m，其中砂巖膠結差，遇水軟化呈散砂狀，強度較低。泥巖天然密度1.9-2.1g/cm3，干燥狀態下抗壓強度3.01-4.35MPa，飽和狀態下抗壓強度0.23-0.39MPa；砂巖天然密度1.8-2.1g/cm3，干燥狀態下抗壓強度1.0-4.5MPa。新近系泥巖、砂巖為極軟巖，新鮮基巖與第四系地層相比強度較高，具有巖性；但其遇風遇水極易風化且風化后與第四系地層無異。鉆孔壓水試驗數據與地層巖性呈現一定規律性，透水率上部大下部小，隨風化程度變化，強風化層透水率大，泥巖透水率比砂巖小。

1.2 鉆探工程存在主要問題

在本次除險加固工程壩基防滲先導孔鉆孔施工中，前期由于對新近系地層巖性的特性了解不夠，致使試驗段鉆探未能達到預期效果，主要為取芯率低，完整性較差及壓水試驗止水困難及數據偏大、失真。

1)取芯

鉆探過程中采用清水鉆進，拌合管取芯，但巖芯采取率極低，巖芯完整性較差；其中砂巖巖芯采取率幾乎為零，且巖芯呈散體狀；泥巖巖芯呈柱狀，采取率一般5%-15%。

圖1 巖芯樣

2)壓水試驗

鉆孔壓水試驗過程中，主要存在試驗段止水困難：止水氣囊壓力正常但孔口出現返水冒水現象。止水成功試驗段其壓水試驗數據異常，其壓水試驗數據與地層巖性特征不符：下部地層呂榮值比上部地層大，泥巖比砂巖呂榮值大，個別試驗段壓水壓力為零,但孔口無返水現象[1]。

3 鉆探問題分析

針對鉆探工程存在的問題，通過邀請專家現場咨詢指導及現場工程地質人員分析，主要原因如下：

1)鉆進方式為清水鉆進，水泵壓力較大，流速較高；且砂巖強度低，膠結性差，遇水易分化呈散體狀；這是砂巖巖芯采取率低，完整性差的主要原因。

2)新近系地層巖性強度較低；鉆孔垂直度較差，由于鉆機鉆探鉆速較低，鉆探過程中隨深度增加鉆桿擺幅增大，對孔壁破壞嚴重，加之采用清水鉆進，易造成孔壁坍塌，使孔壁呈不規則狀。壓水試驗時易造成鉆孔試驗段栓塞止水困難，試驗失敗；或造成水從孔壁與氣囊之間空隙流走滲出，致使壓水試驗呂榮值數據偏大。

3)氣囊栓塞長度不夠，壓水試驗時鉆孔試驗段不能完全栓塞止水，致使水從孔壁滲出，造成試驗失敗。

4 新近系軟巖鉆探工藝

根據問題分析結果，在后期先導孔鉆探施工當中，針對新近系軟巖特點采取相應的工藝措施。

1)嚴格控制鉆孔垂直度，對鉆孔取芯及壓水試驗分孔進行，采取不同的鉆探工藝及措施。

2)取芯鉆孔全孔采用植物膠鉆進，拌合管取芯，單回次鉆進≤60cm。

3)壓水試驗鉆孔采用干孔鉆進，套管跟進，單回次鉆進≤60cm；栓塞止水采用氣囊栓塞止水，且氣囊長度應≥60cm。

在后期鉆孔施工中，改進鉆孔工藝及措施后，取芯及壓水試驗均取得預期效果；巖芯采取率>95%，壓水試驗數據變化規律與地層巖性相符[2]。

表1 壩基地層巖性及壓水試驗透水率表

圖2 改進鉆探工藝后的巖芯樣

表2 壩基地層巖性及壓水試驗透水率表

5 結 語

希望我們在希尼爾水庫新近系泥巖、砂巖地層中鉆探的經驗能夠對我們以后在相似地層的鉆探提供參考與幫助。在此感謝塔里木河流域管理局建管處、希尼爾水庫管理局及中國水電基礎局有限公司希尼爾水庫項目部，在鉆探施工過程當中給與的幫助、協助！