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水電站斜孔鉆進施工工藝論文
1工程概況
為了重點查明左岸巖體內(nèi)斷層分布情況、壩基基本地質條件與水文地質條件，地質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:弱風化帶巖體采取率達85%以上，微新巖體達90%以上。
2地質條件
攀枝花銀江水電站左岸地層主要有下元古界變質巖系，震旦系上統(tǒng)碳酸鹽巖二疊系下統(tǒng)陽新組碳酸鹽巖，上統(tǒng)峨眉山玄武巖，三迭系上統(tǒng)～白堊系的碎屑巖類，并有不同時期的巖漿巖廣泛出露。區(qū)內(nèi)侵入巖主要有晉寧期石英閃長巖、輝長巖、斜長花崗巖、閃長巖，華力西期正長巖、花崗巖、輝長巖等類型。下元古界構成本區(qū)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，查閱相關區(qū)域地質資料，取芯多為碎屑狀及小碎塊狀，區(qū)域內(nèi)的斷層對斜孔鉆探施工有一定的影響。
3鉆孔實施
3．1施工準備
(1)用測量儀器準確放樣鉆孔孔位。(2)平整鉆場完成以后，采用現(xiàn)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(xiàn)場地質及測量工程師，對孔位及傾斜度進行確認，經(jīng)檢查合格后方可進行下一道工序。(4)根據(jù)現(xiàn)場地質條件并結合現(xiàn)有設備情況，選用重量較大、重心低、功率大、性能穩(wěn)定、操作靈活以及安全可靠的XY－2型油壓鉆機，匹配395柴油機作主動力。(5)水泵選用湖南長沙生產(chǎn)的BWQ－160型泥漿泵，該泵的特點是性能穩(wěn)定、排量均勻。(6)根據(jù)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(xiàn)場加工斜傾角專用鉆塔。
3．2鉆機安裝與調(diào)試
(1)按照測量儀器測定的孔位和已澆好的底座，將鉆機及動力部分安裝水平、穩(wěn)固。(2)調(diào)試鉆機回轉器，將角度定為30°、方位角320°，經(jīng)現(xiàn)場地質和測量技術人員確認并符合要求后方可最終固定設備，準備開鉆。
3．3鉆進參數(shù)選擇
(1)鉆壓。在斜孔鉆進中，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，鉆進攪動后巖石容易成碎屑，宜采用中低速鉆進。(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(guī)垂直孔稍微加大。(4)泵壓。由于孔內(nèi)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(nèi)掉塊卡鉆埋鉆等事故，尤其是傾斜角鉆進的情況下。為防止卡鉆事故發(fā)生，針對此類地層的特殊性，施工人員進行了認真研究，采取了以下應對措施。(1)根據(jù)所鉆巖石具有硬、碎、脆的特性，采用經(jīng)過專門加工的軟胎體電鍍金剛石鉆頭。(2)沖洗液選取要合適。選擇適應斜孔鉆進技術的低粘度、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、潤滑性好的無固相泥漿沖洗液。(3)鉆孔結構設計是與鉆進有關的所有工程計算的基礎。鉆孔結構是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。根據(jù)地質設計要求，確定相應的終孔直徑;根據(jù)地層條件、鉆孔設計深度、鉆進方法、護壁措施及設備性能等因素，合理確定開孔直徑、換徑次數(shù)及其深度;根據(jù)不同的地層條件，合理設計鉆孔結構能有效降低成本，提高鉆進效益，減少事故的發(fā)生。根據(jù)作者多年類似工程的經(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(shù)字鉆孔測斜儀，鉆進過程中按每5．0m測斜1次。根據(jù)測斜數(shù)據(jù)，做好分析及預測工作，并及時調(diào)整鉆進參數(shù)�，F(xiàn)場配備2套儀器，以便進行試驗數(shù)據(jù)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大或彎曲偏移，要同時把好設備安裝關和地表開孔關。受現(xiàn)場施工條件影響，采用150開孔，并下入一定深度的護孔管，可保證鉆孔按設計的角度進行鉆進。(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(nèi)事故。為此，斜孔鉆進時要密切注意鉆桿、鉆具磨損與彎曲情況，加強立軸孔口同心度的校正，發(fā)現(xiàn)彎曲、破裂等情況立即更換。
4．2防止掉塊卡鉆
(1)在破碎的石英閃長巖地層進行垂直孔鉆進，掉塊卡鉆事故時有發(fā)生。為防止發(fā)生掉塊卡鉆事故，應采用短巖心管長沉淀管的鉆具，不打懶鉆，勤撈沉淀，持續(xù)推進。(2)因穿越斷層帶的寬度大，孔內(nèi)事故概率高，掉塊卡鉆是該類地層鉆孔鉆進的最大風險，一定要將相應的施工技術措施落實到生產(chǎn)實踐中。同時，若發(fā)現(xiàn)水泵因嚴重憋水或巖芯堵塞而出現(xiàn)泵壓升高現(xiàn)象時，應立即提鉆。(3)在鉆探過程中，應保持孔內(nèi)沖洗液柱的靜壓力，提鉆或漏失時應及時回灌沖洗液，以保持孔內(nèi)壓力平衡，防止孔壁失去穩(wěn)定而塌孔。提、下鉆時要穩(wěn)、慢，以防止動壓力所造成的孔壁失穩(wěn)，引起掉塊。
5結語
為最大限度地采集到滿足地質設計人員所需的巖芯，本次地質勘探采用了單動雙管鉆具、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。通過本次的勘探實踐與經(jīng)驗總結，可為類似地層斜孔勘探提供技術儲備。
作者:袁宜勛 王振華 謝琦 單位:長江三峽勘測研究院有限公司
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