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水電站斜孔鉆進(jìn)施工工藝論文
1工程概況
為了重點(diǎn)查明左岸巖體內斷層分布情況、壩基基本地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件，地質(zhì)工程師布置了與水平方向夾角為30°傾斜角、320°方位角的鉆孔，該孔設計孔深100m，終孔孔徑不小于91mm。鉆孔取芯要求為:弱風(fēng)化帶巖體采取率達85%以上，微新巖體達90%以上。
2地質(zhì)條件
攀枝花銀江水電站左岸地層主要有下元古界變質(zhì)巖系，震旦系上統碳酸鹽巖二疊系下統陽(yáng)新組碳酸鹽巖，上統峨眉山玄武巖，三迭系上統～白堊系的碎屑巖類(lèi)，并有不同時(shí)期的巖漿巖廣泛出露。區內侵入巖主要有晉寧期石英閃長(cháng)巖、輝長(cháng)巖、斜長(cháng)花崗巖、閃長(cháng)巖，華力西期正長(cháng)巖、花崗巖、輝長(cháng)巖等類(lèi)型。下元古界構成本區基底，其它地層形成蓋層。第四系河流沖積、洪積在河床中廣泛分布，崩塌堆積和殘坡積零星分布山麓地帶。巖體裂隙發(fā)育，查閱相關(guān)區域地質(zhì)資料，取芯多為碎屑狀及小碎塊狀，區域內的斷層對斜孔鉆探施工有一定的影響。
3鉆孔實(shí)施
3．1施工準備
(1)用測量?jì)x器準確放樣鉆孔孔位。(2)平整鉆場(chǎng)完成以后，采用現澆混凝土固定鉆機底座，對正孔位，固定鉆機。(3)鉆機安裝完成后通知現場(chǎng)地質(zhì)及測量工程師，對孔位及傾斜度進(jìn)行確認，經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行下一道工序。(4)根據現場(chǎng)地質(zhì)條件并結合現有設備情況，選用重量較大、重心低、功率大、性能穩定、操作靈活以及安全可靠的XY－2型油壓鉆機，匹配395柴油機作主動(dòng)力。(5)水泵選用湖南長(cháng)沙生產(chǎn)的BWQ－160型泥漿泵，該泵的特點(diǎn)是性能穩定、排量均勻。(6)根據斜孔的設計深度并結合地層情況，選配普通50鉆具鉆桿，單根長(cháng)度為1．0～3．0m，有利于保證鉆桿整體剛度并控制鉆孔方向。(7)與鉆機配套的鉆塔不能用于斜孔施工，需現場(chǎng)加工斜傾角專(zhuān)用鉆塔。
3．2鉆機安裝與調試
(1)按照測量?jì)x器測定的孔位和已澆好的底座，將鉆機及動(dòng)力部分安裝水平、穩固。(2)調試鉆機回轉器，將角度定為30°、方位角320°，經(jīng)現場(chǎng)地質(zhì)和測量技術(shù)人員確認并符合要求后方可最終固定設備，準備開(kāi)鉆。
3．3鉆進(jìn)參數選擇
(1)鉆壓。在斜孔鉆進(jìn)中，鉆頭所需壓力全部靠機械施加，其中一部分用于克服鉆具與孔壁的摩擦，因此斜孔鉆進(jìn)要求的壓力比垂直孔要大。(2)轉速。由于巖石巖性較脆、較碎，鉆進(jìn)攪動(dòng)后巖石容易成碎屑，宜采用中低速鉆進(jìn)。(3)泵量。斜孔沖洗液不容易返出，排粉條件較差，一般泵量要比常規垂直孔稍微加大。(4)泵壓。由于孔內涌水量較大，為防止因假循環(huán)造成燒鉆事故，通常采用高泵壓效果良好。
3．4施工工藝
擬鉆斜孔地層巖體裂隙發(fā)育，在這種地層施工垂直孔，將不可避免發(fā)生孔內掉塊卡鉆埋鉆等事故，尤其是傾斜角鉆進(jìn)的情況下。為防止卡鉆事故發(fā)生，針對此類(lèi)地層的特殊性，施工人員進(jìn)行了認真研究，采取了以下應對措施。(1)根據所鉆巖石具有硬、碎、脆的特性，采用經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)加工的軟胎體電鍍金剛石鉆頭。(2)沖洗液選取要合適。選擇適應斜孔鉆進(jìn)技術(shù)的低粘度、低失水、高潤滑性、護壁性能好的低固相沖洗液或具有流變性好、潤滑性好的無(wú)固相泥漿沖洗液。(3)鉆孔結構設計是與鉆進(jìn)有關(guān)的所有工程計算的基礎。鉆孔結構是指鉆孔由開(kāi)孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。根據地質(zhì)設計要求，確定相應的終孔直徑;根據地層條件、鉆孔設計深度、鉆進(jìn)方法、護壁措施及設備性能等因素，合理確定開(kāi)孔直徑、換徑次數及其深度;根據不同的地層條件，合理設計鉆孔結構能有效降低成本，提高鉆進(jìn)效益，減少事故的發(fā)生。根據作者多年類(lèi)似工程的經(jīng)驗，設計了YZK20鉆孔結構。
4鉆孔事故預防及應對措施
4．1防止鉆孔傾斜
(1)采用武漢基深測斜儀有限公司生產(chǎn)的CX－5C型儲存式數字鉆孔測斜儀，鉆進(jìn)過(guò)程中按每5．0m測斜1次。根據測斜數據，做好分析及預測工作，并及時(shí)調整鉆進(jìn)參數�，F場(chǎng)配備2套儀器，以便進(jìn)行試驗數據對比、復核，防止測量誤差。(2)本次鉆孔設計傾度為30°，為防止人為因素造成鉆孔傾斜角度過(guò)大或彎曲偏移，要同時(shí)把好設備安裝關(guān)和地表開(kāi)孔關(guān)。受現場(chǎng)施工條件影響，采用150開(kāi)孔，并下入一定深度的護孔管，可保證鉆孔按設計的角度進(jìn)行鉆進(jìn)。(3)因穿越地層復雜，軟硬(碎)互層多，加之巖體裂隙發(fā)育，鉆孔極易彎曲，易產(chǎn)生孔內事故。為此，斜孔鉆進(jìn)時(shí)要密切注意鉆桿、鉆具磨損與彎曲情況，加強立軸孔口同心度的校正，發(fā)現彎曲、破裂等情況立即更換。
4．2防止掉塊卡鉆
(1)在破碎的石英閃長(cháng)巖地層進(jìn)行垂直孔鉆進(jìn)，掉塊卡鉆事故時(shí)有發(fā)生。為防止發(fā)生掉塊卡鉆事故，應采用短巖心管長(cháng)沉淀管的鉆具，不打懶鉆，勤撈沉淀，持續推進(jìn)。(2)因穿越斷層帶的寬度大，孔內事故概率高，掉塊卡鉆是該類(lèi)地層鉆孔鉆進(jìn)的最大風(fēng)險，一定要將相應的施工技術(shù)措施落實(shí)到生產(chǎn)實(shí)踐中。同時(shí)，若發(fā)現水泵因嚴重憋水或巖芯堵塞而出現泵壓升高現象時(shí)，應立即提鉆。(3)在鉆探過(guò)程中，應保持孔內沖洗液柱的靜壓力，提鉆或漏失時(shí)應及時(shí)回灌沖洗液，以保持孔內壓力平衡，防止孔壁失去穩定而塌孔。提、下鉆時(shí)要穩、慢，以防止動(dòng)壓力所造成的孔壁失穩，引起掉塊。
5結語(yǔ)
為最大限度地采集到滿(mǎn)足地質(zhì)設計人員所需的巖芯，本次地質(zhì)勘探采用了單動(dòng)雙管鉆具、適宜的泥漿護壁、合理的鉆孔結構等措施，在復雜地層的斜孔鉆孔中取得了“零事故率”的好成績(jì)。通過(guò)本次的勘探實(shí)踐與經(jīng)驗總結，可為類(lèi)似地層斜孔勘探提供技術(shù)儲備。
作者:袁宜勛 王振華 謝琦 單位:長(cháng)江三峽勘測研究院有限公司
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