基于大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鉆孔施工

唐 于

(貴州省石阡縣水務(wù)局，貴州 石阡 555100)

基于大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鉆孔施工

唐 于

(貴州省石阡縣水務(wù)局，貴州 石阡 555100)

倒垂線坐標(biāo)儀是大壩變形監(jiān)測(cè)的重要手段，測(cè)量精度較高、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量成本低、測(cè)量環(huán)境的防水性能好、自動(dòng)化程度高，同時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，尤其適合應(yīng)用在大壩監(jiān)測(cè)惡劣環(huán)境。除了對(duì)可靠的監(jiān)測(cè)儀器的成功選擇，一個(gè)水利工程項(xiàng)目的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不可或缺的還有氣良好的設(shè)計(jì)和施工監(jiān)控。結(jié)合工程實(shí)例，重點(diǎn)分析了倒垂線坐標(biāo)儀在大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鉆孔施工中的應(yīng)用。

大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；垂直鉆孔施工；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；技術(shù)工藝；倒垂線坐標(biāo)儀

1 工程概況

某水電站采用混合式、跨流域開(kāi)發(fā)，其樞紐工程主要建筑物有：攔河壩、左岸和右岸電站進(jìn)水口、左岸和右岸泄洪沖沙洞、引水隧洞、溢洪洞、導(dǎo)流洞、主副廠房及開(kāi)關(guān)站、壓力管道、調(diào)壓室等。

某水電站的壩體總填筑量300萬(wàn) m3，壩體防滲系統(tǒng)由面板混凝土、趾板、上游蓋重保護(hù)以及上游帷幕灌漿組成。大壩基礎(chǔ)防滲技術(shù)有帷幕灌漿和上游固結(jié)灌漿兩種。某水電站混凝土壩頂長(zhǎng)405m，頂寬9m，面板堆的石壩壩頂高程809m，最大壩高123m，上游壩面坡比為1∶1.3，下游壩面坡比為1∶1.6，下游壩面綜合坡比1∶1.432。墊層區(qū)水平厚2.5m，下游坡面干砌石厚>0.9m，過(guò)渡區(qū)水平厚3.5m。

2 攔河壩工程地質(zhì)條件

水電站所屬的河流區(qū)域地形兩岸基本對(duì)稱，下壩址的河谷呈“V”型，坡度約34°～39°，河流呈近“W”流向。崩坡積厚度在左岸壩軸線和兩壩肩下游較大，河床沖積層厚4～5m，兩岸覆蓋層厚度多在4～8m。壩基巖組包含T3ya1-4以及T3yb-1等。左岸崩塌體厚達(dá)18～25m，右壩肩厚達(dá)9～20m。巖石硬質(zhì)巖稍多，軟硬相間。巖層以接近于90°的走向陡傾下游，與河床近垂直，壩址為橫向谷，部分局部倒轉(zhuǎn)。因左岸壩肩和右岸壩肩各存在1條斷層，導(dǎo)致下壩址地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，走向順河向平移斷層，同時(shí)不連續(xù)的兩側(cè)巖性導(dǎo)致地質(zhì)更為復(fù)雜。

壩高2/3處無(wú)全風(fēng)化層，大約高程 770m以下至河床段，弱風(fēng)化巖層下限的埋深，強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度普遍較?。簝砂秹雾敻叱虨?0～40m，在河床部位為8～15m。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)，Q≤3Lu相對(duì)隔水層頂板埋深的河床，透水率淺，河床部分較淺甚至只有20～30m，深度梯度向兩岸加深，越過(guò)壩頂高程為45～50m，在F14斷層帶附近的深形成強(qiáng)透水帶。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 倒垂孔鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，本工程鑿孔采用金剛石單導(dǎo)管進(jìn)行。該項(xiàng)目計(jì)劃用Φ330mm金剛石鉆孔，鉆孔深度等于孔導(dǎo)管長(zhǎng)度，導(dǎo)管長(zhǎng)度 2m，導(dǎo)管直徑Φ320mm，管外水泥砂漿固結(jié)，然后使用金剛石單管Φ330mm、Φ280mm以及Φ220mm分別鉆進(jìn)至終孔；必要時(shí)，可采用變直徑Φ180mm金剛石鉆頭終孔。

施工過(guò)程中粗徑鉆具厚徑長(zhǎng)度≥10m，確保倒垂孔垂直，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1所示。

3.1.2 雙金屬標(biāo)孔鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程地質(zhì)條件和水電站主體的雙金屬孔設(shè)計(jì)要求，采用金剛石單管孔鉆。雙金屬金剛石鉆探的標(biāo)準(zhǔn)孔為Φ430mm，孔管長(zhǎng)度等于鉆探深度，管孔長(zhǎng) 2m左右，直徑Φ377mm，管道水泥砂漿加固，然后采用Φ330mm終孔。

施工過(guò)程中，厚徑長(zhǎng)度≥10m，同時(shí)確保雙金屬標(biāo)孔的垂直精度。

3.2 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的確定

施工過(guò)程中，為了確保垂直鉆孔精度，防止孔偏差，必須嚴(yán)格控制和調(diào)整鉆井參數(shù)?？椎椎你@壓控制在2～2.5MPa，速度65～95r/min，沖洗液量80～110L/min，鉆井速度控制在0.5cm/min左右，嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺以及控制鉆進(jìn)速度調(diào)整鉆井參數(shù)[1]。

3.3 鉆機(jī)的安裝與調(diào)整

倒垂孔安裝是檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)之一，必須認(rèn)真對(duì)待。鉆機(jī)安裝在木質(zhì)底座，然后使用3根18#通道的光束通過(guò)1個(gè)螺旋榨油機(jī)預(yù)埋，將底座牢固的固定在壩面，確保鉆機(jī)安裝穩(wěn)固水平，同時(shí)松開(kāi)螺釘鉆時(shí)可以前、后、左、右四自由度運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)鉆機(jī)在鉆孔糾斜時(shí)能夠平面位移。鉆機(jī)安裝后，校正鉆軸雙經(jīng)緯儀，上、下死點(diǎn)的控制和孔中心的控制偏差<1mm。

3.4 孔口導(dǎo)向管的安裝與調(diào)整

孔口導(dǎo)向管下入時(shí)，該孔距離管底的距離應(yīng)約20cm，導(dǎo)向管孔懸浮在孔內(nèi)，并嚴(yán)格細(xì)致的調(diào)整其垂直精度。垂直精度高于倒垂孔的精度，中心偏差在 2mm為事宜，調(diào)整灌入水泥砂漿，加固孔壁[2]。

圖1 倒垂孔鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

4 造孔鉆進(jìn)施工工藝

在鉆孔施工中，井斜控制是倒垂孔施工的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在整個(gè)施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制鉆井參數(shù)和鉆井速度，通過(guò)控制鉆井參數(shù)來(lái)控制和調(diào)節(jié)鉆井速度。禁止盲目追求施工進(jìn)度，必須始終堅(jiān)持“以防跑偏”，及時(shí)糾斜和定時(shí)測(cè)斜的原則，采取綜合有效防止斜糾斜措施，確保滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

4.1 開(kāi)孔鉆進(jìn)

按設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放樣，確定位置誤差<±2cm。在鉆井施工之前，應(yīng)重新打樣垂直軸中心，使其與導(dǎo)向管的中心重合，開(kāi)孔鉆進(jìn)采用合金鉆具進(jìn)行，同時(shí)鉆孔應(yīng)輕緩化鉆井壓力。

4.2 孔身鉆進(jìn)

導(dǎo)管插入孔鉆連接孔，垂直軸的下端置于孔口導(dǎo)向管內(nèi)，逐漸調(diào)整X，Y2個(gè)方向的誤差，精度控制在1mm以內(nèi)為宜。在金剛石鉆進(jìn)向內(nèi)開(kāi)孔時(shí)，使用直徑<2的鉆桿扶正器，隨著孔深度的延伸，逐步擴(kuò)大徑具規(guī)模的大小，直到達(dá)到10～12m。必要時(shí)，也可以擴(kuò)展，形成管鉆井工具，以確保可靠導(dǎo)向性。

4.3 正常鉆進(jìn)與糾斜鉆進(jìn)

正常鉆進(jìn)時(shí)，尤其是在鉆井過(guò)程中，用長(zhǎng)的細(xì)直徑鉆；傾斜鉆孔，鉆桿無(wú)導(dǎo)(不用鉆桿導(dǎo)向器)，采用短鉆具，嚴(yán)格控制進(jìn)尺。

4.4 鉆桿扶正器

大直徑鉆管應(yīng)安裝鉆桿扶正器，固定旋轉(zhuǎn)鉆頭，消除由于鉆桿彎曲孔累積的偏差。本工程項(xiàng)目中計(jì)劃采用翼式鉆桿扶正器，外徑方向鑲以保徑合金，減少孔徑磨損。

4.5 鉆進(jìn)沖洗液

采用清水鉆進(jìn)混凝土孔段，巖石的孔段采用乳化液乳化沖洗，潤(rùn)滑鉆井，減少阻力，延長(zhǎng)鉆頭壽命，提高效率，保證鉆頭垂直精度。

4.6 采用較小的鉆進(jìn)參數(shù)

垂直軸的轉(zhuǎn)速和鉆壓是控制鉆進(jìn)速度、防止孔斜、確保正常鉆進(jìn)，鉆壓不得使用。淺孔鉆進(jìn)時(shí)，可以使用大直徑鉆孔工具減小鉆進(jìn)井底壓力，深鉆孔應(yīng)減壓鉆孔，使鉆具呈微拉狀態(tài)。

4.7 施鉆技術(shù)要求

鉆井施工時(shí)，上部和下部鉆應(yīng)光滑平穩(wěn)，不允許硬墩或拉力強(qiáng)，鉆頭卡住時(shí)要進(jìn)行原因分析，正確處理，提鉆時(shí)，為了防止變形、彎曲，允許猛甩鉆桿。每一次進(jìn)行大直徑鉆孔時(shí)，鉆桿螺紋連接部分應(yīng)涂黃油，容易擰卸。

4.8 巖心采取

在巖心采取時(shí)，為了保證鉆孔的巖心采取率，卡料規(guī)格應(yīng)符合要求，每回投入輸入卡取心，爭(zhēng)取一次性成功。鉆孔測(cè)斜儀孔傾向必須滿足要求，確保繼續(xù)開(kāi)采后的恢復(fù)。

4.9 鉆孔變徑

孔的長(zhǎng)度等于直徑的長(zhǎng)度，然后拆下導(dǎo)向工具。直徑鉆孔時(shí)，應(yīng)該采取一個(gè)小、輕、慢的轉(zhuǎn)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行施工。

4.10 定時(shí)測(cè)斜

每米測(cè)定孔斜1次，即定時(shí)測(cè)斜，并記錄于調(diào)查表，把握與分析定時(shí)測(cè)斜的變化數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)偏差超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，應(yīng)立即采取糾正措施，防止過(guò)度傾斜引起的撓度。在撈盡孔內(nèi)巖心及沉淀物以后，在進(jìn)行測(cè)斜工作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

操作步驟如下：

1)調(diào)查設(shè)置水箱和水箱架，基本保持水平。

2)箱內(nèi)注水，一直到浮在表面的物體自由浮動(dòng)的時(shí)候可以停止注水。

3)用鐵絲連接鼓形測(cè)斜儀，通過(guò)繞線架控制，在預(yù)測(cè)孔深內(nèi)，安置鼓形測(cè)斜儀。

4)在浮體上安置繞線架，浮體平穩(wěn)后測(cè)量孔斜，在孔的十字坐標(biāo)上測(cè)量橫向和縱向撓度值。

5)坐標(biāo)和橫坐標(biāo)原點(diǎn)的距離是孔板中心撓度值。

4.11 鉆孔驗(yàn)收

終孔以后，應(yīng)清除孔內(nèi)殘留，立即清洗孔，然后從底部到上部每1m或2m逐段測(cè)斜。經(jīng)驗(yàn)收合格后，下入垂線保護(hù)管。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于儀器的埋設(shè)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)與其它工序施工相沖突的情況，必須在埋設(shè)過(guò)程中進(jìn)行必要的協(xié)調(diào)。在保證施工質(zhì)量的前提下，應(yīng)該盡量避免影響其它工序的施工，保證不因埋設(shè)儀器而耽誤工期，并避免因?yàn)槠渌ば虻氖┕げ划?dāng)而造成儀器、電纜的損壞。施工過(guò)程中，工作人員必須戴好安全帽，灌漿人員帶好防護(hù)手套。

[1]張彩云.淺談大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)鉆孔施工與控制[J].內(nèi)蒙古水利，2008(01)：103-104.

[2]王旭東,蔣敏智.大壩監(jiān)測(cè)設(shè)備施工鉆孔技術(shù)[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005，17(04)：40-41.

[3]姚鋒杰.汾河二庫(kù)大壩垂線孔施工工藝探討[J].山西水利，2003(01)：40-41.

BriefDiscussiononDrillingConstructionforDamMonitoringSystem

TANG Yu

(Guizhou Province Shiqian County Water Conservancy Bureau，Shiqian 555100，China)

Inverted pendulum telecoordinometer is an important method for dam deformation monitoring；it has the advantages of measurement instrument precision，simple structure and low cost ，waterproof properties for measurement environment，good measurement，a high degree of automation，and good long-term stability，especially suitable for application in harsh environment of dam monitoring.In addition to the successful selection of reliable monitoring instrument，good design and construction monitoring are indispensable for a water conservancy project besides a good integral safety monitoring system.Combined with the engineering example，the paper focuses on the analysis of the application of inverted pendulum telecoordinometer in drilling construction for dam safety monitoring system.

dam monitoring system；vertical drilling；structure design；technology；inverted pendulum telecoordinometer

1007-7596(2014)03-0039-03

2013-10-12

唐于(1965-)，男，仡佬族，貴州石阡人，工程師，從事水利水電施工及管理工作。

TV547.5

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