浅析小湾电站引水沟堆积体锚索成孔技术.pdf

2 0 0 8年第 1 期 科技交流 总第 1 5 7 期 浅析小湾电站引水沟堆积体锚索成孑 L 技术 闻 继 延(甘肃铁道综合工程勘察院有限公司兰州7 3 0 0 0 0)摘要小湾水电站工程地质情况复杂、边坡防护施工难度大 本文主要通过对引水沟堆积体 2 舟 山梁 拖险边坡锚索工程的施工和我们在施工中针对极其复杂的地质情况而采用的特殊施工工艺进行介绍和 剖析，重点介绍偏心跟管钻进、”以退为进“的双管接力钻进等钻孔施工工艺和方法，同时对此抢险工程 设计上存在的不尽完善之处提出一些改游意见，希望能给同行们一点启示和借鉴 关键词小湾水电站堆积体边坡锚索偏心跟管钻进成孔技术 1 小湾电站场区简介 小湾水 电站位于云南省西部南涧县与 凤庆县交界 的澜沧江中游河段 上，黑惠江 与澜沧江交汇点下游 1 5 k m处，系澜沧江 中下游河段规划的 8个梯级 电站中的第二 级，总库 容 1 4 9 1 41 0 8 m ，电站 总装机 4 2 0 0 MW，是澜沧 江 中下游河 段 的龙头水 库 枢 纽 区 混 凝 土 双 曲拱 坝，最 大坝 高 2 9 2 m 枢纽 区河 段长 2 3 0 0 m，枯水期 9 8 8 m，河流总体由北向南 河谷深切呈”V”型，岸 坡因被多条冲沟切割，呈沟梁相 间的地貌 形态 该段分布岩石为致密 的黑云母片岩 和角闪斜长片麻岩，夹有少量片岩 枢缀 的地质构造为一横河走 向、陡倾 上游的单 斜构造 除坝前分布有一条 级断层外，尚 分布有 2 0条 级 断层，只有一 条为 N N E 向，其余均 为 N WW 向，陡倾 向上游，属层 间挤 压 级结 构 面 多 为走 向近 S N 和 N WW 陡倾 角的小断层挤压 面 节 理 以走 向近 S N的陡倾 角节 理最为发 育，其次为 走向 N WW 的陡倾角节理 2 饮水沟堆积体边坡 2 1 工程地质条件 饮水沟崩 塌堆积 体边坡 位于左 岸坝 前，其平面形态似舌形，上游侧边界部位地 形为相对凸起 的 2#山梁，基岩裸露；下游 侧为冲沟(饮水 沟)凹地 开挖边坡走向约 为 N 1 8。E，开挖 坡度 4 5。，根据钻孔资 料，堆积体铅 西厚度平均在 3 3 3 7 m，最大厚度 为 7 0 分布高程在 1 1 3 01 6 0 0 m，E W 方 向长度约 7 0 0 m，S N方 向宽度约 1 9 0 m，最 大高差约 4 6 0 m，总体积约 41 0 6 m 堆积 体主要 由块石、特大孤石夹碎石质粉 土或 碎石层组成，碎石土不成层，主要填塞在块 石缝隙之间 碎块石成分为黑 云母花 岗片 麻岩，碎、块石含量约 占7 0 崩塌堆积体 下部基岩为 MV一1层 黑云母花 岗片麻岩 夹角闪片岩，弱风化，岩体破碎 堆积体内 发育裂隙潜水和脉状裂隙承压 水，岩层透 水性强，钻孔 内涌水受季节性降水补给影 响较大 2 2 抢险锚索结构与排布 2#山梁抢险(Q x)锚索结构为土工 布 和细帆布双层 防护拉 力集 中型无粘结锚 索，分为 1 0 0 0 K N和 1 8 0 0 K N两种。孔深 3 O 一7 5 m，共计 7 万余米，后斌加固(J G)和增 加(Z J)锚 索也近 2万米，孔径 1 5 0 ra m，钻 孔倾角为下倾 1 0。，锚索 间距纵 向 横 向 分为 2 m 5 m 和 4 m 5 m两种 设计上严。j 05 维普资讯 2 0 0 8年第 1 期 科技 交流 总第 1 5 7期 格要求锚 固段处 于较完整 的弱风化基岩 内，此项工作 由现场监理工程师鉴定后方 可进行下道 工序施工，钻孔倾 角必须采 用 精密度极高的测斜仪进行测量 3 堆积体边坡中的钻孔技术 3 1 直接跟管钻进技术 对于堆积体厚度较小、破碎带埋深较 浅且孤石分布较少的地层段，主要采用 1 6 8 偏心跟管钻进，穿过破碎岩层，然后更 换 1 3 8直钎钻头继续钻 进 采用套 管护 壁的方式防止 因孔壁坍塌造成 的埋钻、卡 钻事故，同时确保锚索安装到位 该工地中 与之配合使用较多的是成都产低风压两件 套偏心跟管钻具，其特点是产品较为稳定，钻进事故率小；缺点为钻进速度较慢、导向 性差 3 2 固壁注浆后跟管钻进技术 对于堆积体厚度较 大、破碎带 埋深较 大且孔底涌水 较大的地层段，由于直接跟 进套管的难度较大，埋钻现象较为普遍，多 采用 固壁注浆 的方法进行处理 即通过钻 杆向孔内注入水泥净浆，封 闭孔 内漏风裂 隙，同时将孔底内淤泥质粉砂层或流砂地 层渗透搅拌凝固成可钻进 的水泥质土层 固壁注浆后钻孔难度相对降低，一次成孔 率增大，对改善锚固段地层性质，提高锚 固 力大有帮助 但水泥浆液受初凝时间控制，凝结速度较为缓慢，因此成孔周期较长 同 时，由于堆积体地层裂隙众多且贯通性较 强，注浆效果圜地层破碎程度、地层含水量 及注浆压力的不同差异很大，要求反复间 歇性注浆，注浆量无法控制，耗工耗料，造 成钻孔成本提高 受边坡抢 险任务 紧迫性 的影响，综合考虑经济因素，固壁注浆后再 跟管钻进技 术不能在该工地 得到广泛推 广 1 0 6-3 3“以退为进”的双管接力钻进技术 对于堆积体厚度较大、破碎带埋深大 且多分布巨型孤石段地层，由于 国产套管(极限深度通 常在 3 56 0 m)多多少少 总 受到材质和热处理工艺的局限性，不 能满 足该地层跟管深度的需要 因此，上述两种 方法的缺陷就相当明显，钻孔难度可想而 知 但堆积体破碎地层 与普通淤泥质地层 或风化细岩粉破碎地层的根本区别是其钻 进过程中缩孔现象少，由于堆积体 内的孤 石以骨架形式分布，在短时间内具有一定 的内拱 自承性，因此 以退为进 的双管接力 钻进技术便应运而生 我们 采用 的工艺步 骤为：先用 1 9 4直钎钻头开孔 1 2 m(其 目的是导向定位，为后续跟管提供便利)，取出钻具换用 l 7 8偏 心跟管钻具钻进，钻至 1 82 5 m后拔出，利用扩孔后的地层 自承性，再采用 1 6 8套管重新跟进 至封 闭住破碎岩层(即达到基岩面)止 此种技 术有效地避免了前 2 5 m孤石地层对 1 6 8 套管跟进的强大阻力和损伤，同时还降低 了因孤石挤压造成弯管、断管、套管接箍脱 落等孔内事故的发生概率，较大程度 地提 高了一次成孔率 4 堆积体边坡锚索施工中跟管钻进 施工工艺和事故处理 4 1 偏心跟管钻进工艺流程 预先 调试 好钻 机、供风-+用 C I R 1 5 0 冲击器 配 1 9 4或 1 8 0直 钎开 孔-+换 l 7 8或 1 6 8偏心钻具跟管钻进-+钻至 一定深度后提钻检查偏心跟管钻具和冲击 器使用情况一再跟进一定深度重复检查一 次一跟管到稳定岩土体或基岩中后提钻换 l 3 8直钎头钻进一 中途提钻检查-+直钻 一提钻检查一重复提钻检查(此过程重复 维普资讯 2 0 0 8年第 1期 科技交流 总第 1 5 7 期 次数依 具体 情况而定)一 提钻、扫孔一 测 孔、验孔一终孔 4 2 偏心跟管钻进中常见事故与处理(1)冲击器横销断裂或脱落，导致整套 偏心钻具掉入孔中 处理方法：将孔内已跟 套管全部 拔 出带 出偏 心钻再 重新 跟管钻 进 (2)偏心块 横销断裂或滑脱致使偏心 块掉入孔内 处理方法：若未出现塌孔，可 用预先加工好的专用工具进行打捞；或进 行孔内微型爆破将偏心块埋入钻孔底后通 过注浆再成孔的方式解决(3)套管靴被打断 处理 方法：将孔 内 套管和钻杆一起拔 出，尝试将打断的管靴 随从偏心钻具带 出来，之后再 重新跟管钻 进；事故孔深度较 大的情况下还 可采取直 钎直接钻进躲开管靴直至终孔的办法(4)套管被打断 处理方法：岩土体相 对较好 的情况下仍然可以采取直钎直接钻 进；否则只能继续跟管钻进 一定深度后提 钻，再在孔 口用偏心钻捣振器直接锤打孔 口套管直进的方式处理(5)钻杆脱扣 处理方法：拔管取钻后重 新钻进 其实，钻进过程 中出现的孔 内事故远 不止这些，但不论怎样，只要我们严格按照 偏心跟管钻进的工艺流程和安全操作技术 规程执行，出现问题及时对症下药，总能不 断提高钻进水平。5 施工 中存在 的问题 和设 计 尚需完 善的绍节 5 I 施=中存在的问题 由于抢险任务重、施二难度大，不可避 免地使得设计和施工 中存在闻题，主要表 现在以下几令方面：(1)钻进效率低(部分孔成孔耗 时近半 月)，偏 心 跟管钻 具消 耗 大，质 量难 以保 障，施工成本高(2)近 8 0 m长 的锚索其 自由段采用土 工布、细帆布双层包裹，给锚索安装带来相 当难度(3)设计采用锚 固段 间隔 1 5 m、自由 段 间隔 2 m的塑料隔离支架且不允许对锚 索进行绑扎(考虑到 自由段在张拉结束后 也需灌浆)，这同样造成下索困难(4)下锚 过程很 难保证 土工布不受破 坏，这样在塌孔情况下 自由段很难被浆体 充满，从而对锚素的防护带来很大的威胁 (5)从现场抽取 的两组 锚索应力 观测 情况看，两组锚索截止观测时 的实际应力 均超过设计值的约 1 9 而现场并未对这 些情况进行相应 的处理，比如对锚索进行 应力的释放等 这样 的后果 是锚索的安全 性降低，安全储备减少，进而影嘀边坡 的稳 定与安全 随着坡体的逐渐变形，锚索的实 际应力将会继续增大，这是 比较危险的 5 2 设计造需完善的绍节 笔者认为对此边坡防护 尚应改进设计 的方面：从安全和防护的危度考虑，可采用 防护好耐腐蚀 的成 品锚索 此种锚索雕度 相对大得多好下锚，再者全长全封闭防护 即使 自由段有部分空隙，未被浆体充填，锚 索也很安全(2)从施工程整个锚孔不塌孔、浆体能 充填整个孔道考虑，可采取一次跟管不拔 管的方式。3)根据此坡体的实际情况，对如此高(约 4 0 O re)的整体滑移的大滑坡体 可以在 不商标寒的位置上再采取大直径的抗滑桩 以抵抗下滑的强大剪力，桩径方 向应与设 置的锚索加固方 向一致 笔者认为与锚索 O7-维普资讯 2 0 0 8年第 1 期 科技交流 总第 1 5 7期 一起会更加有效的起到稳定整体边坡的作 用 (4)鉴于锚索 的实际应力值大于设计 值太多，应在外锚头封 闭前先进行 应力 的 一定释放，以使锚索的受力处于安全范围 之内 6 结语 小湾工程规模宏伟 巨大，是 目前世界 l 0 8 上 已建 电站工程中的最高双曲拱坝，坝址 位于高地震烈度区，坝区峡谷深高，岸坡陡 峻，坝前分布规模较大的崩塌堆积体，且地 形狭窄，开挖后将形成近 7 0 0 m 的高边坡，因此边坡开挖及永久支护的安全稳定成为 小湾电站安全运行的关键 虽然经过会战 山体是暂时保住了，但边坡永久稳定和安 全方面存在的不足始终是对 电站的一种威 胁，也始终是笔者最为担忧之处 维普资讯