new-同心跟管鉆進(jìn)在小灣堆積體錨索鉆孔(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上同心跟管成孔工藝的應(yīng)用與研究鄧文明 張會(huì)員 江月彬（水電八局基礎(chǔ)工程分局，湖南，長沙，）【摘要】云南小灣水電站左岸堆積體地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，施工工期緊，鉆孔深度大。常規(guī)偏心跟管鉆進(jìn)孔內(nèi)事故頻繁、成孔速度慢、材料消耗大，難以保證施工工期要求，為解決偏心跟管鉆進(jìn)存在的問題，我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)與研究，開發(fā)研制了適用堆積體地層結(jié)構(gòu)的同心跟管鉆進(jìn)技術(shù)，很好地解決了成孔慢的問題?！娟P(guān)鍵詞】堆積體 預(yù)應(yīng)力錨索 偏心跟管 同心跟管 1， 工程概況云南小灣水電站飲水溝堆積體主要分布在左岸飲水溝至2#山脊之間的山坡上，其平面形態(tài)似舌形呈上大下小。堆積體平均鉛直厚度3336米，橫河向

2、長度700米，平均順河向長度190米，總體積約400×104m3。它的穩(wěn)定與否，對(duì)于整個(gè)工程施工及運(yùn)行期的安全均至關(guān)重要。在左岸壩肩的開挖施工過程中，即2003年12月17日，在飲水溝及2#山脊、高程12452600之間發(fā)現(xiàn)裂縫，之后，裂縫范圍迅速擴(kuò)大，觀測資料顯示，整個(gè)堆積體有整體下滑的趨勢，情況相當(dāng)緊急，通過現(xiàn)場勘查，決定對(duì)崩塌堆積體進(jìn)行全面加固，加固主要采用預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁相結(jié)合的形式。2，地質(zhì)條件堆積體地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)勘探資料顯示，堆積體主要由塊石、特大孤石夾碎石質(zhì)粉土或碎石層組成，碎石土不成層，主要填充在塊石縫隙之間，堆積體與下伏基巖面之間有一層厚0.158.05m的坡

3、積層，成分以礫石、粉礫為主，堆積體下伏基巖面不規(guī)則、起伏較大，基巖巖性主要為黑云花崗片麻巖夾薄層透鏡狀片巖。堆積體中地下水發(fā)育且埋深淺，地下水活動(dòng)頻繁。3，預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)要求根據(jù)觀測所測得的各個(gè)部位不同的變形速度，將整個(gè)堆積體分成五個(gè)區(qū)域，在這五個(gè)區(qū)域內(nèi)共布置兩千余根1800KN及2000KN的網(wǎng)板預(yù)應(yīng)力錨索，要求預(yù)應(yīng)力錨索必須穿過堆積體，進(jìn)入弱風(fēng)化巖層，這樣，最大鉆孔深度達(dá)到75M，鉆孔傾角均為下傾5度，預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)均采用全長無粘結(jié)型，錨固段長度根據(jù)施工部位巖層的不同分別為8m或10m。4，施工中的難題該堆積體是由山體崩塌堆積而成的，分選差且無膠結(jié)，常規(guī)鉆進(jìn)無法成孔，必須采用沖擊跟管鉆進(jìn)

4、工藝，這樣就決定了預(yù)應(yīng)力錨索的施工難度主要體現(xiàn)在：孔太深（實(shí)際最大深度達(dá)到104米）、孔徑太大（為了保證終孔孔徑，實(shí)際最大孔徑達(dá)220mm）、傾角太?。◣缀鯙樗娇祝?，場地狹窄且坡陡高差大，大型設(shè)備無法到達(dá)工作面，又因時(shí)間緊迫（所有工作均必須在雨季之前完成），導(dǎo)致施工強(qiáng)度太大（月強(qiáng)度達(dá)到400束/月），這樣，如何快速成孔是擺在我們面前的一道難題。5，解決方案目前常用的解決方案是采用ODEX偏心鉆具，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)沖擊跟管鉆進(jìn)，偏心鉆具主要由三部分組成，穩(wěn)桿器、偏心輪和中心鉆頭，其工作原理為：正常鉆進(jìn)時(shí)（如圖1所示），通過沖擊器的震動(dòng)沖擊作用，帶動(dòng)偏心鉆具進(jìn)行鉆孔，鉆進(jìn)時(shí)由于離心力及摩擦力的作用，偏心

5、輪朝外偏出從而達(dá)到擴(kuò)大孔徑的目的，再通過穩(wěn)桿器的沖擊帶動(dòng)套管跟進(jìn)，鉆孔產(chǎn)生的巖粉通過穩(wěn)桿器上的鍵槽吹出孔內(nèi)。鉆孔結(jié)束時(shí)，通過反轉(zhuǎn)，使偏心輪收攏提出套管，套管留在孔內(nèi)護(hù)壁而成孔。偏心跟管雖然是一種比較成熟的跟管鉆進(jìn)方法，但由于小灣堆積體地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，嚴(yán)重制約了其成孔的速度，主要體現(xiàn)在：由于地層巖性的不均一性，尤其是架空層的存在，在鉆具中偏心輪的作用下，導(dǎo)致鉆孔呈羅旋線形而非直線，鉆進(jìn)時(shí)極易卡鉆，造成孔內(nèi)事故，一旦發(fā)生事故，由于受套管強(qiáng)度及鉆機(jī)扭矩的限制，很難解決，往往造成鉆孔報(bào)廢，不得不重新開孔。在鉆進(jìn)中，遇到大孤石的情況頻繁發(fā)生，一旦遇到孤石，由于圍巖阻力的增大，極大地限制了偏心輪的擴(kuò)孔效

6、果，使鉆孔斷面形狀呈橢圓形而非圓形，且有效孔徑有隨孔深增加而減小的趨勢，這樣一來，鉆孔越深、阻力越大，一旦阻力超過套管及管腳的強(qiáng)度，就導(dǎo)致套管或管腳被拉斷，從而無法繼續(xù)鉆進(jìn)，在實(shí)際施工過程中，一般在30m左右套管就會(huì)被拉斷，而一旦被拉斷就只有將鉆具連套管一起拉出，更換新套管后再掃孔鉆進(jìn)，要成一個(gè)孔，往往要反復(fù)十次左右，這樣不僅大大增加了施工成本，還因?yàn)閯趧?dòng)強(qiáng)度的加大、成孔效率的降低而極大地打擊了工人的積極性，以致成孔速度極慢，在施工初期，整個(gè)工地共投入80臺(tái)（套）鉆機(jī)，一周僅完成造孔35個(gè)孔，無法滿足施工進(jìn)度的要求。根據(jù)小灣堆積體地層的特性，上述兩個(gè)主要問題是在偏心跟管鉆進(jìn)時(shí)無法解決的，因此如

7、何有效解決鉆孔過程中的卡鉆問題及孤石跟管鉆進(jìn)難的問題是小灣堆積體錨索成孔過程中最關(guān)鍵的因素。通過分析，我們認(rèn)為如果用同心鉆具跟管鉆進(jìn)，卡鉆事故發(fā)生的可能性會(huì)遠(yuǎn)小于偏心跟管鉆進(jìn)，同時(shí)由于是同心全斷面鉆進(jìn)，有效沖擊頻率的大大提高，能有效保證在孤石中的跟管速度，且由于有效鉆孔孔徑得到了充份的保證，阻力也會(huì)大大減小，大大地增加了跟管鉆進(jìn)的深度，同時(shí)也使材料的使用壽命大大增加，使套管一次跟進(jìn)的深度加大，從而不僅提高了鉆孔速度，還保證了成孔的效率，同心跟管鉆具主要由中心鉆頭、穩(wěn)桿器及同心套組成（見圖二），其工作原理是：通過中心鉆頭及套在中心鉆頭外的同心環(huán)沖擊破碎巖石造孔，同時(shí)利用同心套的擴(kuò)孔作用將套管順利

8、的帶入孔內(nèi)，到基巖后，中心鉆頭通過同心套中退出，同心套棄于孔內(nèi)，然后用常規(guī)鉆頭鉆至設(shè)計(jì)孔深。這樣不僅很好地解決了在孤石中跟管鉆進(jìn)困難的問題，還確保了跟管的深度，在實(shí)際的施工過程中，最大的跟進(jìn)深度達(dá)到了60m，大大增加了成孔的效率，提高了成孔速度，6，同心跟管鉆進(jìn)工藝的工效及成本分析從鉆孔工效分析，以40m跟管鉆進(jìn)為例，偏心跟管時(shí)，正常跟進(jìn)平均3天可完成，換用同心跟管鉆進(jìn)平均2天可完成；偏心跟管發(fā)生孔內(nèi)事故的概率為80，同心跟管時(shí)發(fā)生事故的概率可降低到30左右。由于孔內(nèi)事故發(fā)生概率的降低，使得一次成孔的概率也大為提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，投入此項(xiàng)工程施工的設(shè)備平均約85臺(tái)套，平均一個(gè)星期約完成造孔35個(gè)，而

9、我們僅投入6臺(tái)套，一周造孔達(dá)到15個(gè)，為我們在小灣工地贏得了良好的信譽(yù)。從成本來看，因?yàn)橥母茔@具的加工耗材比偏心跟管鉆具高，故加工成本增加了約500元/套；又由于一孔終孔后，同心套無法取出，不得不留在孔內(nèi)，由此，增加成本約300元/孔。但是由于提高了材料的使用壽命及提高了成孔速度，總的造孔成本還是降低了很多。7，結(jié)束語國產(chǎn)鉆機(jī)配同心跟管鉆具進(jìn)行跟管鉆進(jìn)工藝，在國內(nèi)還是首次采用，它的應(yīng)用，成功地解決了在崩塌堆積體中成孔難的問題，在小灣工地的搶險(xiǎn)預(yù)應(yīng)力錨索施工中發(fā)揮了巨大的作用，從而確保了施工工期，有效地維持了堆積體的穩(wěn)定。但是，由于時(shí)間緊迫，很多細(xì)節(jié)問題來不及認(rèn)真地研究，要使同心跟管成為一項(xiàng)比較成熟的工藝，還有以下問題需要解決：1，同心套與管腳的連接方式，目前采用的連接方式導(dǎo)致每鉆一孔均要消耗一個(gè)同心套，不僅增加了造孔成本，還增加了處理孔內(nèi)事故的難度，我們設(shè)想能否通過軸承連接的形式使同心套與管靴連接起來，鉆孔結(jié)束、拔管時(shí)連同同心套一起拔出。2，套管之間及套管與管腳之間的連接方式還有待改進(jìn)，目前所采用的連接強(qiáng)度還難以滿足深孔跟管的需要。3，能否使孔頂沖擊及孔底沖擊結(jié)合起來，目前，由于受鉆具自身排渣能力的限制，不能及時(shí)排出巖粉，使巖粉經(jīng)常由套管外排出，造成套管跟進(jìn)時(shí)阻力過大，在套管