卸荷变形拉裂体边坡的锚索跟管成孔技术.doc

卸荷变形拉裂体边坡的锚索跟管成孔技术 核心提示：四川官地水电站变形拉裂体，崩坡积碎石土厚达20余米，拉裂岩体强烈松弛，错动带十分发育，设计采用锚索加固。结合该变形体锚索施工，通过几种成孔方法的对比，选用了套管跟进的方法，本文介绍了跟管钻进设备及钻具配置，跟管钻进施工工艺，总结了在崩坡积碎石土和卸荷变形拉裂体进行跟管施工的技术要点和施工注意事项。1.工程概况官地水电站位于雅砻江干流下游、四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。上游与锦屏二级电站尾水衔接，库区长约58km，下游接二滩水电站，与二滩水电站相距约145km。距西昌市公路距离约80km。卸荷变形拉裂体（4#变形体）位于右岸坝肩下游处，变形体上游边界为萨沟，下游边界为菩沟。前缘高程约1330m，后缘高程1425m，顺河平均长120m，顺坡长120m，最大厚度50m，体积约36万m3。对此变形体，采取了锚索、锚喷支护、锚索框格梁以及表层、深层排水孔等处理措施。锚索分别为715.24mm、长3570m、设计张拉荷载为2000kn，共计130束。1.1工程地质该处地形凸出，坡度变化较大，上下游分别发育萨沟及菩沟，覆盖层主要分布于13401380m高程，为崩坡积块碎石土，厚约38m，13401380m高程在菩沟内堆积有崩积的孤块石，块径0.53.0m。基岩岩性复杂，错动带十分发育，水平线发育率15条/100m，错动带中多有糜棱岩及断层泥分布，最厚可达10cm。全强风化下限水平深度1016m，弱风化上段下限3691.5m；强卸荷下限水平深度1662m，弱卸荷下限36112.5m。在萨沟至菩沟之间，因各方向裂隙张开无充填，岩体强烈松动、架空，无法成硐，压致拉裂迹象明显。在变形体以里弱卸荷带（距地表水平深度62112m）为拉裂岩体，岩体强烈松弛，裂隙普遍渗滴水，夹泥裂隙率约4050%，次生泥含水量大，呈软流塑状态，充填形态不规则。1.2锚索施工现状在锚索施工初期，整个4#变形体锚索施工区分4段同时开钻，因地质结构复杂，锚索成孔异常困难，历时36d开孔13个仅成功下索3束，每台钻机平均12d成孔下索一束。在采用了套管跟进的钻孔方法后，成孔率可达98%以上，且成孔时间大大缩短，每台钻机平均2d成一锚索孔。2.锚索孔钻孔施工的主要难点4#变形体及内侧卸荷拉裂岩体现状稳定，但在施工加固处理过程中，由于开挖、施工用水等外部条件的改变，该变形体及内侧卸荷拉裂岩体的稳定条件在加固起作用前有可能恶化，造成局部失稳或产生新的变形。而成孔效率高低对提高预应力锚索锚固工程进度、尽快稳定坡体起到关键作用，但该处锚索孔成孔难度非常大，主要有以下难点：2.1钻孔质量技术指标要求高锚索孔的设计深度大多为5570m，为2000kn级14根无粘结预应力钢绞线，锚固段长度9m，锚固段孔径150mm，锚索孔向下15。要求钻孔孔位偏差10cm，钻孔轴线方位角偏差2.5，端头锚固孔的孔斜误差不得大于孔深的2，孔深不小于设计并不超过20cm，孔径不小于设计要求，为保证边坡稳定不允许采用液体作为冲洗介质。2.2地质复杂变形体是由覆盖层、崩坡积碎石土、崩积孤块石及张开裂隙和地质错动带组成，块石骨架中填充碎石土，坡体整体结构松散，且局部有架空现象。地层软硬不均，易塌孔掉块（大斜度钻孔孔壁稳定本身就差），冲洗介质漏失量大等，均会造成钻进和成孔极其困难。2.3施工条件恶劣由于地形复杂、山高坡陡，必需在高排架上施工，由于抢险工程施工期限要求短，进场的队伍、设备较多，造成施工现场狭窄拥挤，设备搬迁频繁。3.应对的施工措施与分析在钻孔遇到困难后，引起施工单位的高度重视，研究对应的措施，提高成孔效率。采用了四种成孔施工工艺进行试验探索：常规裸眼成孔，组合麻花钻成孔（螺旋钻杆），固结灌浆成孔，跟套管成孔。常规裸眼成孔工艺，虽然偶尔能成孔，但产生废孔、卡钻、埋钻等事故较多，反复扫孔重复劳动量大，功效很低。组合麻花钻成孔，可应用在破碎裂隙发育、断层发育和软硬交互地层等岩体中钻进，但在容易产生较大直径掉块或坍塌岩体中钻进时，很容易产生卡钻或埋钻现象。固结灌浆法成孔，由于边坡节理裂隙发育，且存在拉裂缝，岩体强烈松弛，灌浆流失现象严重，该地质情况不宜采用固结灌浆法成孔。跟套管成孔，经过现场试验并成功运用，采用yxz-70a型全液压锚固钻机，用冲击锤、偏心钻头、套管、管靴、导正器等组合钻具，跟管钻进成孔工艺，成孔率可达98%以上，成孔时间较其它工艺短，因此，4#变形体的锚索施工，最有效的成孔工艺就是采用跟管钻进成孔。4.跟管钻进施工工艺4.1钻机设备选型与配置对于此种复杂地层锚固钻机宜选用60型及60型以上钻机，yxz-70a型锚固钻机为全液压驱动动力头式钻机，无级调速，主要由动力系统及油箱、动力头、操作台、桅杆及下滑轨、机架及支撑等五大部分组成，其动力头输出扭矩达4000nm，最大起拔力45kn，最大进给力30kn，钻进速度快，处理事故能力强，结构为分体式，可拆性好，移动、安装迅速方便，可远距离操纵。采用168偏心跟管钻具、168套管、89外平钻杆、英格索兰cir110冲击器及配套135钎头、液压拔管机等。4.1.1跟管套管的选择套管主要用于保护钻孔孔壁在钻进过程中不坍塌，随钻孔深度延伸，且在施工跟进过程中不易折断，在钻进成孔穿索后再拔出，为适应工程变形体跟管钻进的需要，跟管套管选择外径168、壁厚10mm，材质d50，连接丝扣为梯形扣，公母扣直接连接。4.1.2偏心跟管钻具由花键导向体和偏心锤头体组成，花键导向体与偏心锤头体采用横、纵悬挂定位销连接，偏心锤头体通过内部镶嵌式卡块由花键导向体带动回转，冲击功由冲击器通过花键导向体传递到偏心锤头体起到冲击破碎岩石、回转扩大孔径的作用，在前部钻孔达到一定空间时花键导向体台阶利用冲击器冲击套管靴台阶达到同步跟进套管的目的4.1.3套管靴主要起带动套管同步跟进的作用。4.2施工工艺流程（见图1）图1.跟管钻进施工工艺流程图4.3施工工艺4.3.1偏心跟管钻进原理如前所述偏心跟管钻进主要器具由套管、冲击器、偏心跟管钻具、套管靴组成。用同径常规钎头先造孔1m深左右，为套管钻进提供定位和导向作用。开钻前让偏心钻头伸出套管靴，达到一定程度时，张开偏心钻头，方可进行正常钻进。特别注意在确认钻头到达孔底后先回转，待正常后，再开风进行钻进。跟管钻进的过程中，边加钻杆边加套管，跟管钻进至需要深度位置后，即可将跟管钻头、冲击器、钻杆提升出孔外，根据需要可一次跟管到位，或先跟管钻进至需要深度后，再用常规钎头钻进至设计深度，最后用高压风彻底冲扫钻孔4.3.2偏心跟管钻进施工方法（1）偏心跟管钻具在施工前应逐一检查风动潜孔锤、偏心钻头、套管、套管靴，风动潜孔锤应工作正常，并加注机油润滑，偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时偏心锤头应大于套管靴外径，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与潜孔锤和潜孔锤与偏心钻具的连接应可靠，套管和套管靴无裂纹，凡有影响强度的缺陷不能使用。（2）在开孔时，尽量采用常规冲击钻头裸眼钻进，同径常规钎头先造孔1m左右，给跟管钻进提供定位和导向作用。当返风量较小时，更换偏心钻头跟管钻进，一般地层的跟管钻进采用中风压（0.50.7mpa）供风，钻进速度35m/h；到覆盖层与卸荷拉裂体交接层时，要改用小风压，钻进速度减慢一半，并要间歇吹渣，确保不卡钻；进入稳定岩层，即可加大风压，提高钻进速度，成孔深度一般较设计深度长0.51.0m，遇到卡钻时，在允许用水的情况下，从钻杆中注入少量的清水是解决卡钻的有效方法之一。（3）开钻前，将钻具组装好放入带有套管靴的套管内，让偏心锤头伸出套管靴，正转张开偏心锤头进行钻进。特别注意偏心跟管钻进时，在确认钻头到达孔底后，先回转，待正常后，再开风冲动钻进。（4）钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管。（5）每钻进0.30.5m应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具和上提动距离应严加控制（以能实现强风吹孔为限），禁止在钻进过程中向上起拔中心钻具