深孔帷幕灌漿孔斜成因研究與處理方法

□任碧波

深孔帷幕灌漿質(zhì)量關(guān)系到大壩地基的安全。如果鉆孔產(chǎn)生的偏斜度很小，其影響不大；假如偏斜度嚴重發(fā)展，不僅對鉆進質(zhì)量、事故發(fā)生率、鉆進效率等會產(chǎn)生不良的影響，而且會嚴重影響具有一定防滲標準的“連續(xù)帷幕”的形成。所以，我們必須對孔斜由發(fā)生到處理等技術(shù)問題加以掌握，以便在深孔帷幕灌漿中將孔斜控制在規(guī)程要求的容許偏差值內(nèi)。

一、孔斜成因分析

（一）地質(zhì)條件不良

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。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(chǎn)生不同的鉆進速度，從而改變鉆頭的鉆進方向；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。

（二）技術(shù)條件不適宜

在開孔鉆進或淺孔階段的鉆進中，鉆機立軸與鉆孔不在同一條中心線上，這會直接影響鉆孔偏斜；使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴重的立軸鉆桿定向套管，容易使立軸產(chǎn)生較大擺動，直接影響鉆頭在孔底鉆進時的不穩(wěn)定性。

使用彎曲的鉆具或過短的巖心管鉆進，也會導致孔斜。彎曲的巖心管和鉆桿都會使鉆具連接后不正，從而影響鉆進的方向；使用過短的巖心管，在孔內(nèi)歪斜時，比長巖心管的歪斜度更大，產(chǎn)生的孔斜度也更為嚴重。

在由大孔徑換小孔徑或擴孔鉆進過程中，因為孔壁各部硬度不一，孔徑大小也不一致，換徑后的鉆頭很難保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進。

（三）操作方法不當

鉆進時加壓過大，會使鉆桿多處產(chǎn)生嚴重彎曲，特別是在不利的地質(zhì)條件下，對產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會更大；使用磨損過鈍的金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進，會因金剛石顆?；蚝辖痤w粒向巖石內(nèi)切入不穩(wěn)定，從而容易改變鉆頭的鉆進方向；在松散易坍塌的巖層中鉆進，沖洗液的排量過大，壓力過高，特別是使用粘度很小的泥漿或清水作沖洗液時，會嚴重破壞孔壁，造成孔內(nèi)某一局部的坍塌，使孔徑擴大。

二、孔斜對產(chǎn)生孔內(nèi)事故的影響

孔斜會加劇孔壁坍塌、掉塊、巖層錯動等現(xiàn)象，易造成孔內(nèi)埋鉆、卡鉆擠夾等事故。在松軟、破碎的巖層中鉆孔，不采取有效的護壁措施，就有可能產(chǎn)生孔壁坍塌，造成鉆具的埋擠、陷埋事故；在地質(zhì)構(gòu)造復雜的地層中鉆進，當遭遇到局部地層結(jié)構(gòu)不堅固、不完整時，會因巖層自身牢固性不夠，鉆桿在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)碰打，沖洗液沖刷破壞，使其部分巖石破裂而掉入孔內(nèi)，造成鉆具的擠夾，給鉆具的提升或下降帶來困難；在節(jié)理多、傾角大、破碎多等容易活動的巖層內(nèi)鉆孔，往往會發(fā)生成批的巖石塊（孔壁巖石）向孔內(nèi)滑動，使鉆孔變形，產(chǎn)生因巖層部分錯動導致的卡鉆擠夾事故。

在偏斜度較大的鉆孔內(nèi)，發(fā)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。鉆桿折斷以后，其下部的斷頭會因孔斜而深藏在大孔徑段內(nèi)，使打撈矢錐不易對上斷頭；如果鉆孔方位的偏斜變化較為復雜，盡管孔壁是完整的，打撈矢錐也不容易碰上斷頭；假如鉆孔方位的偏斜無多大變化，也會因孔斜度較大，使打撈矢錐與鉆桿斷頭不容易端正地接觸。

三、孔斜對鉆進效率的影響

鉆孔偏斜會使鉆桿在孔內(nèi)隨之發(fā)生彎曲，當回轉(zhuǎn)動力由立軸鉆桿向鉆頭傳遞時，會使鉆頭的回轉(zhuǎn)非常不穩(wěn)定，造成鉆頭的磨損，降低鉆進的效率，鉆進進尺也會因此而受到不同程度的影響。

鉆孔偏斜使鉆具與孔壁之間的摩擦力增大，鉆孔的軸心壓力不能按需要全部作用到鉆頭上，從而影響進尺。如果過分增加壓力，就容易造成鉆具折斷。

由于鉆孔偏斜比較嚴重，不能使用快速鉆進的方式鉆孔，因為快速鉆進容易導致鉆具折斷。

四、孔斜對鉆孔質(zhì)量的影響

孔斜對巖層或構(gòu)造帶的空間位置、厚度、結(jié)構(gòu)的分析有直接影響。一般在進行深孔帷幕灌漿施工之前都要選取一部分Ⅰ序孔，將其作為先導孔施工，以便進一步查明地質(zhì)勘探資料的正確性，了解巖層及構(gòu)造帶的分布狀況，將其灌漿成果資料用于指導后期各序孔的灌漿施工。但有孔斜以后，對巖層及構(gòu)造帶產(chǎn)生因孔斜所造成的假厚度，改變了施工目的和要求，使所要了解的內(nèi)容變得模糊，在根據(jù)各先導孔地質(zhì)資料進行巖層對比及灌漿分段等方面都會發(fā)生困難。

鉆孔產(chǎn)生偏斜會破壞灌漿孔間的合理孔距，會產(chǎn)生部分無效進尺，甚至需要采取補孔的辦法來彌補因孔斜帶來的負面影響。有時，因鉆孔偏斜太大或偏斜方向巧合，鉆孔的下部會鉆至臨近孔中或穿過臨近鉆孔，使鉆孔下部的進尺無效。再進行補孔時，無疑會造成很大的浪費。

五、孔斜的預防與處理措施

（一）預防孔斜的措施

1.鉆機的安裝要水平牢固，立軸中心與鉆孔中心應(yīng)在同一條垂直線上，并按要求的孔向?qū)士孜婚_孔，以使鉆進中不擺不晃。

2.孔口管必須牢固并滿足要求，在開孔鉆進與淺孔階段鉆進中，立軸鉆桿不能太長，否則鉆進時擺動性大，致使立軸轉(zhuǎn)動不穩(wěn)，造成鉆具擺動性增大。

3.使用符合規(guī)格的各種鉆孔器具，并隨時檢查，如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或有磨損較嚴重的立軸導管時，應(yīng)及時更換。在淺孔鉆進階段，一般情況下，使用的巖心管長度應(yīng)較大一些。

4.鉆孔較深以后（即開始需要從地面減壓鉆進時），特別要注意鉆壓的調(diào)整，同時要注意提升吊環(huán)必須與立軸及鉆孔中心線在一條直線上；

（二）孔斜的處理措施

1.擴孔糾偏法。此種方法適合于淺孔階段中（一般不超過10 m）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一級的鉆具，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(xù)鉆進中該孔偏斜嚴重發(fā)展的情況出現(xiàn)。

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(chǎn)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(zhì)條件下鉆孔，孔徑一般比較大，而短鉆具在較大孔徑內(nèi)較易改變方向。主要通過用輕壓力慢轉(zhuǎn)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為1～1.5 m，鉆進3～5 m 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。