強(qiáng)巖溶地區(qū)超深帷幕灌漿孔的孔斜控制技術(shù)

潘龍龍 李博

【摘要】本文對(duì)重慶市秀山縣隘口水庫(kù)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(zhì)、鉆進(jìn)施工技術(shù)參數(shù)及鉆孔機(jī)具等因素分析了鉆孔孔斜過(guò)大的原因，并提出了施工中的孔斜控制及預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】巖溶地區(qū)；帷幕灌漿；孔斜控制

1、概述

隘口水庫(kù)壩址區(qū)屬典型的喀斯特地貌。防滲帷幕線上地層巖溶發(fā)育，尤其以右岸及河床最為發(fā)育，其巖溶率分別達(dá)15.17%和23.23%，且以泥質(zhì)充填及無(wú)充填為主，發(fā)育多個(gè)溶洞或溶洞群，最大的空腔體積達(dá)數(shù)萬(wàn)m3。共布置了防滲帷幕約14萬(wàn)m，最大灌漿壓力3.5MPa，最大孔深為201.37m。

因?yàn)楦鞣矫娴脑颍@孔會(huì)產(chǎn)生偏斜。如果鉆孔偏斜嚴(yán)重發(fā)展，就會(huì)對(duì)鉆進(jìn)質(zhì)量、事故發(fā)生率、鉆進(jìn)效率，特別是防滲幕體的連續(xù)性方面產(chǎn)生極為不良影響，導(dǎo)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(kù)正常效益的發(fā)揮，甚至不能蓄水，為此必須控制鉆孔的孔斜。

2、鉆孔偏斜對(duì)灌漿質(zhì)量的影響

2.1 孔斜對(duì)鉆孔質(zhì)量的影響

鉆孔質(zhì)量差。帷幕灌漿的先導(dǎo)孔施工是為了進(jìn)一步核實(shí)地質(zhì)巖層資料，了解巖層及構(gòu)造帶的分布狀況，用于指導(dǎo)后期各序孔的灌漿施工。但鉆孔發(fā)生偏斜后，對(duì)巖層及構(gòu)造帶的判斷就會(huì)產(chǎn)生誤差。

（2）鉆孔合理孔距受到影響。鉆孔產(chǎn)生偏斜會(huì)破壞灌漿孔間的合理孔距，甚至產(chǎn)生部分無(wú)效進(jìn)尺，只有采取補(bǔ)孔的辦法來(lái)彌補(bǔ)因孔斜帶來(lái)的影響。

2.2 孔斜對(duì)灌漿質(zhì)量的影響

漿液在巖石縫隙中的擴(kuò)散范圍受灌漿壓力、漿液性質(zhì)、巖縫發(fā)育特征及施工工藝等因素的影響。同一性質(zhì)的漿液在不同壓力、不同地質(zhì)條件下，擴(kuò)散充填的范圍差異性很大。灌漿孔距的確定，過(guò)去應(yīng)用最多的是憑經(jīng)驗(yàn)判斷，現(xiàn)在一般是在現(xiàn)場(chǎng)作灌漿試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后確定的孔距相對(duì)于某一壩址地質(zhì)狀況來(lái)說(shuō)是較為合理的，它的最主要特點(diǎn)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(huì)遺留下能導(dǎo)致透水性超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的大裂縫，又不使搭接重疊的部分太少，以能形成一個(gè)具有一定防滲標(biāo)準(zhǔn)的“連續(xù)帷幕”，又使鉆孔量最少。但鉆孔產(chǎn)生偏斜后，無(wú)疑會(huì)破壞相鄰鉆孔間漿液充填時(shí)的這種“銜接”關(guān)系，灌漿不能達(dá)到預(yù)期目的。

3、孔斜的預(yù)防措施及處理方法

3.1 孔斜的預(yù)防措施

根據(jù)隘口水庫(kù)201m超深帷幕鉆孔的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下孔斜控制措施，并取得較好的孔斜控制效果。

（1）鉆機(jī)機(jī)身的安放要求水平、牢固，立軸中心與鉆孔中心應(yīng)在同中心線上，并按要求的孔向?qū)?zhǔn)孔位開孔，以使鉆進(jìn)中不擺不晃。

（2）在開孔鉆進(jìn)與淺孔階段鉆進(jìn)中，機(jī)桿不能太長(zhǎng)；避免鉆進(jìn)時(shí)擺動(dòng)過(guò)大、立軸轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)，造成鉆機(jī)機(jī)身不穩(wěn)定和孔內(nèi)鉆具擺動(dòng)增大。

（3）使用符合規(guī)格的各種鉆孔器具，并隨時(shí)檢查，如發(fā)現(xiàn)有彎曲的鉆具或有磨損較嚴(yán)重的立軸導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。在淺孔鉆進(jìn)階段，一般使用粗徑鉆具為宜。

（4）孔口管鑲鑄要鉛直，必要時(shí)適當(dāng)加大其長(zhǎng)度。

（5）隨著鉆孔深度的增加，逐漸調(diào)整鉆孔參數(shù)，即調(diào)整鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺速度等，特別要注意鉆進(jìn)壓力的調(diào)整，逐漸采用負(fù)壓鉆進(jìn)。

（6）鉆進(jìn)中，當(dāng)?shù)貙拥刭|(zhì)變化時(shí)，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(yīng)減壓、減速鉆進(jìn)，對(duì)其進(jìn)尺的速度和沖洗液的流量及壓力亦應(yīng)加以控制和調(diào)整。

（7）鉆進(jìn)中，隨時(shí)檢查鉆機(jī)機(jī)身有無(wú)移動(dòng)，立軸鉆進(jìn)的方向有無(wú)變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)糾正。

（8）熟悉所使用機(jī)械的性能和鉆孔方法，經(jīng)常研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在深孔鉆孔中，對(duì)孔斜及時(shí)測(cè)量，準(zhǔn)確地掌握鉆孔的偏斜情況，及時(shí)處理糾正。

3.2 孔斜的處理方法

3.2.1 擴(kuò)孔糾偏法

該方法適合于淺孔階段中（一般不超過(guò)10m）鉆孔已偏斜嚴(yán)重的情況。采取加長(zhǎng)粗徑鉆具，并使用比原鉆具直徑至少大1 級(jí)的鉆具，從孔口或從孔口管底部位置擴(kuò)下去。可以擴(kuò)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(jìn)中該孔偏斜嚴(yán)重發(fā)展的情況出現(xiàn)。

3.2.2 短鉆具法

在松軟地層或厚度大的覆蓋層中鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆孔產(chǎn)生一定偏斜后，可利用較短的粗徑鉆具進(jìn)行矯正。因?yàn)樵谏鲜龅刭|(zhì)條件下，鉆孔孔徑一般比較大，而短鉆具在較大孔徑內(nèi)受上部鉆具的影響較少，比較容易改變方向。通過(guò)用輕壓力、慢轉(zhuǎn)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(jìn)。使用的巖心管長(zhǎng)度一般可為1.0～1.5m，鉆進(jìn)3～5m 后進(jìn)行鉆孔測(cè)斜，大多情況下能夠得到糾正。如果沒有矯正過(guò)來(lái)，則可從鉆孔偏斜部位至孔底進(jìn)行封孔，然后進(jìn)行上述操作，也可以達(dá)到糾正的目的，但要注意封孔水泥的強(qiáng)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(jìn)用的粗徑鉆具小1級(jí)或2 級(jí)直徑且長(zhǎng)度短于1.5m 的粗徑鉆具鉆進(jìn)。因?yàn)槎碳?xì)的粗徑鉆具可在較大的孔徑內(nèi)接近于垂直狀態(tài)。在進(jìn)行矯正前，先把孔內(nèi)巖心取凈，鉆進(jìn)時(shí)要輕壓、慢速控制給進(jìn)。鉆進(jìn)3～5m 后進(jìn)行測(cè)斜，一般情況下可以得到糾正。如果沒有得到糾正或沒有達(dá)到理想的結(jié)果，可將二級(jí)鉆孔進(jìn)行（即新開的小口徑鉆孔）進(jìn)行封孔，重新進(jìn)行糾偏，直至達(dá)到糾正或達(dá)到理想結(jié)果。

3.2.4 掃孔法

是在某一灌漿段鉆孔結(jié)束時(shí)進(jìn)行孔斜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏斜值超過(guò)允許值時(shí)，先不進(jìn)行糾偏處理，而是按正常程序繼續(xù)進(jìn)行灌漿，當(dāng)灌漿結(jié)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(nèi)稀漿，并待凝24～48h 后再掃（擴(kuò)）孔。掃（擴(kuò)）孔時(shí)注意控制鉆孔參數(shù)，可使已偏斜的鉆孔段得到有效糾正。但此種辦法耗時(shí)較長(zhǎng)，一般在上述幾種方法處理無(wú)效的情況下采用。

3.2.5 補(bǔ)孔法

在灌漿施工中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜嚴(yán)重時(shí)，為防止嚴(yán)重的孔斜對(duì)灌漿質(zhì)量產(chǎn)生影響，可在該孔附近補(bǔ)鉆新的灌漿孔，一般與原灌漿孔的距離應(yīng)不大于50cm，但補(bǔ)鉆灌漿孔前應(yīng)封填好原偏斜灌漿孔。此種情況適用于淺孔階段中就嚴(yán)重偏斜且在采取多種矯正方法均無(wú)效的灌漿孔。補(bǔ)鉆新的灌漿孔后在與原偏斜孔相對(duì)應(yīng)的孔深位置以上的各灌漿段一般可不再灌漿。

4、結(jié)語(yǔ)

隘口水庫(kù)帷幕灌漿孔最大深度201m鉆孔完成后，經(jīng)終孔測(cè)斜，偏距為1.55m，偏斜率為0.77%，滿足要求，說(shuō)明帷幕灌漿鉆孔施工中所采用的孔斜控制和孔斜預(yù)防措施是可行的，為類似的強(qiáng)巖溶超深帷幕灌漿鉆孔的孔斜控制技術(shù)提供了經(jīng)驗(yàn)。