垂直深孔鉆孔過程中糾偏技術(shù)探討

王其德

（中國水利水電第五工程局有限公司 四川成都 610066）

垂直深孔鉆孔過程中糾偏技術(shù)探討

王其德

（中國水利水電第五工程局有限公司 四川成都 610066）

本文通過在垂直深孔鉆孔過程中采用潛孔樁干鉆法施工，并在施工過程中采用增設(shè)水平樣架、孔口導(dǎo)向管、以及采用加扶正器多次提鉆測斜方式并及時糾偏等措施施工工藝和施工方法成功應(yīng)用，保證了垂直深孔鉆孔進(jìn)度要求，對類似施工提供了一種可借鑒的思路和方法。

垂直深孔；輕型液壓鉆機；干鉆法；糾偏技術(shù)

1 工程概況

西北某水電工程，在施工過程地下廠房發(fā)生塌方后設(shè)計提出增設(shè)由地面向地下拱頂設(shè)置對穿錨索施工，以保證拱頂安全，因此需要從地面自上而下進(jìn)行垂直鉆孔，由于地面覆蓋層及巖層厚度在65～82m之間，由于受到考慮到地質(zhì)條件復(fù)雜，且成孔條件差和難度大，經(jīng)各方研究在廠房頂部沿縱線方向選取4個孔進(jìn)行鉆孔試驗，并根據(jù)試驗孔情況調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，鉆孔精度要求高、技術(shù)難度大。

2 鉆孔偏差原因分析

（1）受現(xiàn)場地形條件限制，在鉆孔時未對鉆機鉆桿進(jìn)行垂直度矯正，且受鉆機震動影響無法保持有效水平和穩(wěn)定狀態(tài)，水平度和鉆桿垂直度未得到有效控制。

（2）通過鉛垂儀、吊墜和千分尺進(jìn)行測量，由于鉆機使用時間較長，鉆桿提升滑道間存在較大間隙，經(jīng)測量約1°垂直偏角，造成在開始鉆進(jìn)時鉆頭個跟管就產(chǎn)生較大偏差。

（3）通過第一個測斜儀對孔內(nèi)進(jìn)行測量分析，發(fā)現(xiàn)在軟弱和堅硬巖石交界處、巖層內(nèi)較大裂隙處、巖層中局部夾帶薄層花崗巖斷層帶處受地層巖性影響發(fā)生沿裂隙偏差較大。

（4）受覆蓋層和泥巖及砂巖強度較低，鉆進(jìn)過程中工人未對鉆進(jìn)速度進(jìn)行控制，依靠在持續(xù)加壓和鉆桿自重情況下，鉆進(jìn)速度較快，且一次性鉆孔到底，未進(jìn)行矯正和測斜，嚴(yán)重影響鉆孔精度。

3 鉆孔糾偏措施

3.1 鉆機安裝的水平精度保證措施

在現(xiàn)場利用工字鋼制作了一個水平鉆機架，在施工前利用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀將樣架調(diào)平后再安裝鉆機。然后利用8根1.0m長鋼釬將樣架固定于覆蓋層中，鉆機和樣架之間采用專用鋼箍連接牢固，避免鉆機及樣架失穩(wěn)。

3.2 孔口入孔垂直度保證措施

垂直度在水平鉆架上增加一根長50cm，內(nèi)徑152mm的孔口跟管定向鋼管，并將定向鋼管與樣架間用角鋼和調(diào)節(jié)絲杠連接牢固，并利用水平尺、鉛垂儀進(jìn)行微調(diào)，保證垂直度滿足要求。主要作用在于克服由于鉆機滑道偏斜間隙和保證第一節(jié)跟管鉆進(jìn)時垂直度精度。

3.3 鉆進(jìn)過程中扶正器安裝及測斜控制糾偏技術(shù)應(yīng)用

3.3.1 扶正器原理及作用

扶正器（穩(wěn)定器）為鉆桿柱在孔內(nèi)高速回轉(zhuǎn)時，保持細(xì)長鉆桿平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，使鉆頭軸線盡可能接近鉆孔中心線的一種器具?？偟目煞譃槿?，即旋轉(zhuǎn)刮刀型（圖a～d），不旋轉(zhuǎn)橡膠套筒型（圖e）和牙輥擴大器型（圖f）具體類型如圖1所示。

3.3.2 鉆進(jìn)過程中扶正器安裝及測斜控制實施方案

（1）第1次提鉆和測斜時機

鉆機裝168mm偏心跟管鉆頭開始鉆孔，鉆頭后緊跟1節(jié)1m的146mm扶正器，此時孔深為2.5m；待鉆孔深度鉆至13m時，提起鉆桿進(jìn)行第1次孔內(nèi)測斜，測斜深度13.0m。此時鉆桿基本全部穿透表層碎石土覆蓋層。

（2）第2次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

按照第1次安裝鉆桿完畢后，再按照加裝1節(jié)1.5m146mm扶正器+4根1.5m鉆桿方式繼續(xù)鉆孔作業(yè)，直至鉆孔深度達(dá)到20.5m時提鉆，進(jìn)行第2次孔內(nèi)測斜，測斜深度20.50m。本次主要強風(fēng)化和弱風(fēng)化巖層交界處孔斜偏差情況，然后變換鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)施工。

圖1 扶正器具體類型示意圖

（3）第3次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

首先安裝1節(jié)130mm鉆頭，然后采用1m的130mm扶正器+1.5m的146mm扶正器+12m鉆桿（8節(jié)）+1.5m的146mm扶正器+6m鉆桿（4節(jié)）連接方式繼續(xù)待鉆至22.50m時開始第3次提鉆。

（4）第4次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部逐步增加2節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至25.50m時開始第4次提鉆。該階段主要驗證鉆頭變換后鉆進(jìn)長度不超過3.0m范圍內(nèi)偏差情況。

（5）第5次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部逐步增加8節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至34.50m時開始第5次提鉆。該階段要始終保持跟管段不超過12m范圍內(nèi)有2節(jié)146mm扶正器，保證鉆孔精度。

（6）第6次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

按照第5次提鉆鉆桿連接方式，在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部逐步增加1節(jié)130mm扶正器和8節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至48.0m時開始第6次提鉆，并進(jìn)行第5次測斜。

（7）第7次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部逐步增加加2節(jié)130mm扶正器和8節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至63.0m時開始第7次提鉆，并進(jìn)行第6次測斜。

（8）第8次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部加1節(jié)130mm扶正器和8節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至76.50m時開始第8次提鉆，并進(jìn)行第8次測斜。

（9）第9次鉆進(jìn)方案、提鉆和測斜時機

在跟管下部1.5m的146mm扶正器下部加1節(jié)130mm扶正器和4節(jié)1.5m鉆桿方式連接鉆桿，繼續(xù)鉆至最大設(shè)計孔深位置時第9次提鉆，并進(jìn)行第8次測斜，本次為終孔測斜。

3.4 鉆進(jìn)過程中糾偏控制措施

（1）全孔鉆進(jìn)易采用低轉(zhuǎn)速，檔位控制在2檔以內(nèi)，控制轉(zhuǎn)速300R/min以內(nèi)，以免高轉(zhuǎn)速造成偏斜過大。同時根據(jù)巖性強度低性能，鉆孔時采用反復(fù)向上提鉆鉆進(jìn)和多次沖孔排渣方式進(jìn)行，以減少因鉆桿重力過大引起鉆進(jìn)速度加大和偏差加大。

（2）鉆進(jìn)過程中壓力要適中，一般選用2～4kg/cm2壓力為宜，在鉆進(jìn)的過程中要掌握孔內(nèi)鉆桿鉆具的數(shù)量，計算壓力時要根據(jù)鉆孔深度考慮鉆桿鉆具本身的重量。

（3）鉆進(jìn)過程中要根據(jù)每次提鉆后和測斜數(shù)據(jù)計算出具體偏差位置，并做相應(yīng)記錄，然后根據(jù)偏差情況和提鉆實施扭力大小情況，在鉆桿上做增減鋼楔子方式進(jìn)行糾偏。

3.5 鉆孔糾偏應(yīng)用效果

通過采取以上各種糾偏措施，現(xiàn)場對第一個孔進(jìn)行了水泥砂漿封孔施工后重新進(jìn)行鉆孔，共鉆孔數(shù)量4個，設(shè)計深度分別為65m、67m、76m、82m。經(jīng)過最終測量實際空位偏差為 1.732m、2.251m、2.331m、2.347m。雖然鉆孔精度仍有部分偏差，但鉆孔過程中孔斜控制良好，且糾偏措方案合理，糾偏措施實施效果較好。

4 結(jié)束語

本文通過采用輕型液壓鉆機和高風(fēng)壓空壓機并采用干鉆法方式在復(fù)雜底層條件下進(jìn)行深垂直孔鉆孔施工，通過采用水平樣架和孔口定位管方式保證鉆機水平精度和垂直精度，同時在鉆孔中采取加跟管和扶正器進(jìn)行糾偏，并采用多次提鉆多次測斜，及時糾偏等有效措施，有效地控制了深垂直孔偏差，取得了較好的糾偏效果。

[1]楊傳義，李建祥.垂直凍結(jié)鉆孔定向糾偏技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，1993（6）：59～63.

[2]何 磊.高精度鉆孔下的糾偏技術(shù)探討[J].科技致富向?qū)В?012（35）：263.

TV554

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1004-7344（2016）35-0158-02

2016-11-9

王其德（1981-），男，河南魯山人，中級工程師，本科，從事水利水電施工工作。