倒垂孔施工

（一）倒垂孔概述水庫大壩的原位變形,如壩體位移、壩肩錯動、不均勻沉降等,都會給大壩的安全帶來嚴重威脅,所以需要對大壩進行監(jiān)測工作。20世紀70年代發(fā)展起來的大壩監(jiān)測技術,目前已日趨完善和成熟。通過各種監(jiān)測手段,可以精確地測出大壩變形的有關技術參數(shù),為大壩的安全運行和維護提供可靠的依據(jù)。倒垂線觀測系統(tǒng)是監(jiān)測大壩和巖體變形的直觀手段,各項設施精度要求較高。其安裝必須具備有效的鉛直空間即倒垂線保護管的有效鉛直管徑。因此,首先要求完成能夠埋設相應直徑保護管的高垂直度鉆孔。偏斜率一般不得超過1‰左右。其造孔的精度直接影響倒垂線觀測系統(tǒng)的安裝精度。1.主要技術關鍵根據(jù)大壩倒垂孔施工特性和技術要求,主要技術關鍵有以下幾方面：1）隨鉆人工微量糾偏技術方法。2）硬巖層鉆進及擴孔技術方法。3）倒垂孔護管安裝精度。4）倒垂孔測斜技術方法。2.主要技術指標1）孔深：根據(jù)項目要求而定。2）鉆孔有效凈徑：≥護管外徑。3）成孔護管內有效凈徑：≥50mm（《SDJ336—89混凝土大壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》）。4）測斜精度（孔偏斜量）△S：±2mm。（二）倒垂孔工藝及保直措施1.倒垂孔施工方法（1）金剛石單管導向管柱鉆進根據(jù)倒垂孔設計直徑,選用與之相匹配的特制人造孕鑲金剛石鉆頭、擴孔器和巖心管,與巖心管同徑的鋼管連接組成管柱鉆具,進行全孔管柱式鉆具鉆進。盡量減少鉆孔與鉆具的環(huán)狀間隙。（2）繩索取心鉆具孔底導向鉆進可選用ϕ75mm繩索取心鉆具鉆至終孔深度。若孔斜不超過規(guī)定值,可用鋸末、黏土球、泥球將鉆孔填實,然后用特制導向鉆具套鉆,擴孔至設計深度。（3）大直徑導管孔底導向鉆進如首先用ϕ273mm金剛石鉆頭開孔,當鉆進至一定深度后下入ϕ273mm導向管,并用水泥砂漿澆筑固定。然后用ϕ220mm金剛石鉆頭與導向鉆具進行變徑鉆進,直至設計深度。必要時可變徑為ϕ171mm金剛石鉆頭,鉆至終孔深度。（4）液動沖擊回轉鉆進在堅硬巖層中,為了提高鉆進效率,確保鉆孔偏斜滿足規(guī)定要求,可采用粗徑鉆桿+液動沖擊器,進行液動沖擊回轉鉆進。（5）金剛石鉆進在混凝土表面或完整基巖開孔,可下入孔口導向管,直接采用相應的金剛石鉆頭鉆進,一徑到底,簡化鉆孔結構。對孔斜應嚴格控制。（6）多級變徑孔底導向鉆進如開孔ϕ275mm,終孔ϕ168mm,中間ϕ245mm、ϕ219mm兩級。如遇不利情況,可隨時變徑。如孔斜能滿足規(guī)定要求,可以減少變徑次數(shù),簡化鉆孔結構。2.倒垂孔施工工藝防斜是倒垂孔施工的中心環(huán)節(jié)。在施工全過程中,必須嚴格控制鉆進參數(shù)和鉆進速度,禁止盲目追求進尺。始終堅持“防斜為主”、“及時糾斜”的原則,采取綜合防斜措施,確保孔斜滿足設計要求。如發(fā)現(xiàn)偏斜值較大,應及時采取有效糾斜措施。（1）開孔鉆進開鉆前,應重新校對立軸中心,使其與導向盤或導向管的中心相重合。在導向管內進行金剛石鉆進時,應使用小于導向管內徑2mm的扶正接頭。開孔采用輕壓慢轉鉆進。隨著鉆孔延伸,逐步加長粗徑鉆具,直至達到8～10mm。必要時可加至20mm或30mm,形成管柱鉆具,其導向性能更可靠。（2）鉆桿加扶正接頭粗徑鉆具以上的鉆桿應加鉆桿扶正接頭,使鉆具回轉平穩(wěn),以消除由于鉆桿撓曲擺動而產(chǎn)生孔斜。扶正接頭上可鑲焊保徑合金以減少過度磨損,或采用滾珠軸承扶正接頭。（3）沖洗液開孔混凝土采用清水鉆進,基巖孔段應采用乳化沖洗液,以潤滑鉆具、減少阻力、提高效率、延長鉆頭壽命。（4）嚴格堅持金剛石鉆頭排隊輪換使用的原則每回次提鉆后用游標卡尺測量鉆頭與擴孔器磨損情況,并記錄在鉆頭卡片或班報表上。（5）采用較低的鉆進參數(shù)轉速和鉆壓是控制鉆進速度、防止孔斜的關鍵環(huán)節(jié)。正常鉆進中,不得使用鉆機加壓?？诇\時應用粗徑鉆具和鉆鋌自身質量加壓,孔深時應減壓鉆進,使鉆具呈微承拉狀態(tài)。金剛石鉆進時,鉆頭線速度一般為1.0～1.5m/s。ϕ220mm鉆頭鉆進的立軸轉速80～122r/min,泵量120L/min；ϕ171mm鉆頭鉆進的立軸轉速200～300r/min,泵量100L/min?？椎讐毫?.0～1.5MPa。（6）鉆具、鉆桿的合理使用每回次下鉆時,粗徑鉆具、鉆桿各螺紋連接部位應涂黃油,便于擰卸。不用的巖心管及其接頭、鉆頭等應及時卸開放置,并涂抹黃油。上下鉆具壓迫平穩(wěn),嚴禁猛墩或強力起拔。鉆具遇阻時要分析原因,正確處理。提鉆時,嚴禁猛甩鉆桿、鉆具,防止變形、彎曲。（7）巖心的卡取卡料應符合要求。每回次投卡料取巖心,爭取一次成功。取出巖心,測斜后再繼續(xù)鉆進。（8）嚴格把好變徑關變徑是倒垂孔鉆進的重要環(huán)節(jié)之一。變徑必須使用導向鉆具。當小徑段長度等于大徑鉆具長度時,才能去掉作為導向的大徑鉆具。變徑時應采用輕壓慢轉的鉆進參數(shù),防止鉆孔過大偏斜。（9）定時測斜每鉆進1m左右,應測定孔斜一次,確保測斜準確,并記錄在測斜表格上,及時掌握孔斜變化情況。如發(fā)現(xiàn)超標,應立即采取措施,防止因偏斜值過大而造成糾斜困難。測斜工作必須在撈盡孔內巖心及沉淀物以后才能進行。首先安裝好水箱架和水箱,保持基本水平。然后向箱內注水,當浮體能在液面上自由漂浮時可停止注水。用鋼絲與鼓形測斜儀連接,通過繞線架控制,下到預定孔深。將繞線架放置于浮體上,待浮體平穩(wěn)后即可測量。在孔口十字坐標上量出偏斜的橫坐標和縱坐標值。該坐標點與孔口十字坐標原點即為中心偏斜值。（10）加強質量管理倒垂孔鉆進,精度要求高,技術難度大。目前在金剛石鉆進條件下,應加強質量管理,建立質量保證體系,嚴格把關,實行全員、全過程的質量控制,嚴格遵守操作規(guī)程,精心操作。針對施工中存在的問題,組織QC小組進行攻關,確保高精度地完成鉆進任務。破碎地層鉆進,必須嚴格控制回次進尺,嚴防造成鉆孔偏斜過大。（11）清孔驗收終孔后,應立即洗孔,清除孔內殘渣。然后自下而上每1m或2m逐段測斜。經(jīng)驗收合格后,下入保護管。3.主要糾斜方法倒垂孔鉆進,貫徹“防斜為主”的方針是非常重要的。但是,由于地質條件、施工條件、技術水平和客觀情況估計不足等因素的影響,鉆進過程中發(fā)生孔斜有時是難免的。一旦發(fā)生孔斜,應及時采取糾斜措施,不可延誤時機。主要糾斜方法有以下幾種：（1）立軸平面位移糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,通過立軸往偏斜方向平面位移改變鉆具軸線方向,使鉆頭工作時軸心壓力產(chǎn)生偏壓而改變原鉆孔軸向。同時使粗徑鉆具頂部靠近偏斜一側孔壁,鉆頭則靠偏斜相反方向孔壁鉆進,從而達到糾斜目的。糾斜鉆具不必用導向接頭,鉆具長度以2m為宜。加大鉆頭外徑和厚度,嚴格控制進尺,以達到鉆頭偏壓垂直導正的目的。此方法僅適用于孔深20m以內、中心偏斜不大于20mm的孔段。（2）立軸糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,將孔內巖心全部取出,并用磨孔鉆頭將孔底磨平。然后在偏斜相反方向調整鉆機立軸角度,采用輕壓慢轉鉆出一個新孔,再恢復正常鉆進。（3）擴孔糾斜當鉆孔變徑后,鉆進到一定深度時,發(fā)現(xiàn)孔斜過大,可將孔內巖心打撈干凈,并用地勘水泥將該面封填,再用大徑長鉆具導向輕壓慢轉擴孔鉆進,直至將孔斜糾正后再繼續(xù)鉆進。（4）回填封孔糾斜在中硬巖層鉆進,當某一孔段偏斜值較大時,可用525#水泥漿加砂、礫石摻和封填。（5）中心導向糾斜用ϕ3mm鋼絲繩作垂線,將一個外徑比鉆頭內徑小4～6mm的中心導向器垂直下入偏斜孔段,然后以水泥漿或水泥砂漿灌注。凝固后,拉斷中心導向器頂端強度較小的接線,將孔內鋼絲繩起出。下入鉆具套住中心導向器,順預導方向鉆進,達到糾斜的目的。（6）定向糾斜管糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,將套管腳處外側焊一塊弧形鋼板（厚度視偏斜值而定）,以吊垂線畫線的方法定向下入孔內。下入小一級鉆具,鉆具連接導向鉆具（沿套管內導向）,用較小的鉆進參數(shù)鉆進1m左右。提出糾斜套管,下入與糾斜套管同徑的鉆具,其下部連接小一級導向管,用較小的鉆進參數(shù)緩慢導向擴孔,達到預期效果。（7）定向偏斜楔糾斜根據(jù)鉆孔偏斜值,用鋼管加工槽形偏斜楔。將偏斜楔用鉚釘錨固或點焊在鉆桿接頭上,定向下到偏斜孔段。然后通過鉆桿加壓切斷錨釘或焊點,經(jīng)測斜檢查無誤后,再灌注水泥漿或水泥砂漿固定。凝固后下鉆具順偏斜楔槽內導向鉆進。鉆進時要輕壓慢轉,隨時掌握孔內情況。糾斜成功后,再繼續(xù)鉆進。（8）跳級變徑糾斜即一次縮小孔徑2～3級,如用ϕ275mm鉆具鉆到一定深度,發(fā)現(xiàn)孔斜較大時,可下入ϕ219mm套管做導向管。然后換ϕ171mm孔徑繼續(xù)鉆進。這樣一次可糾斜57mm。（9）加長粗徑鉆具糾斜鉆進過程中,如發(fā)現(xiàn)孔斜較大,可將粗徑鉆具加長到20～30m,這樣也可達到糾斜的目的。4.倒垂孔施工保直措施（1）鉆機的安裝與校正1）鉆機安裝是倒垂孔鉆進的重要環(huán)節(jié)之一,必須認真對待。鉆機安裝在基臺木上,再以3根16#槽鋼作壓梁,通過預埋的螺桿,將鉆機牢固地固定在壩面上,保證鉆機安裝穩(wěn)固、周正、水平。當松開螺桿時,鉆機可前、后、左、右4個方向自由移動,以適應鉆孔糾斜時鉆機的平面位移。2）鉆機安裝后,應采用兩臺經(jīng)緯儀校正鉆機立軸,使其上、下死點與孔口中心偏差控制在1mm以內。連接好開孔鉆具,并置于孔口導向盤或導向管內。采用垂線法逐漸調整X、Y兩個方向誤差,使其精度小于1mm。（2）孔口導向管的安裝與調整孔口導向管的精心安裝是倒垂孔順利鉆進的重要條件。其中心偏斜應控制在0～3mm,導向管的規(guī)格應比鉆具大1～2級,導向管的安裝必須確保其垂直精度。導向管下入后經(jīng)檢測無誤,可灌入水泥砂漿使其與孔壁固結。（三）倒垂孔施工組織1.施工人員組織成立倒垂孔施工項目部,配備具有相關專業(yè)知識、專業(yè)技術、業(yè)務能力強的人員組成施工隊伍,由其中一人擔任項目部經(jīng)理,全權負責項目的實施；項目部下設若干職能部門,由各職能部門負責人分別負責各自的職能工作,形成一個組織完整、管理科學、技術精湛、人員年富力強的專業(yè)施工團隊。2.機械設備組織（1）鉆機選擇根據(jù)地質條件和設計要求,應選擇穩(wěn)定性好、精度高、具有相應功率的金剛石鉆機,以承受鉆進過程中的扭矩,消除由于立軸晃動、偏心而產(chǎn)生的鉆具振動與不穩(wěn)定。如選擇XY-2型或XY-4型液壓立軸式鉆機或其他相應型號的鉆機,以滿足倒垂孔鉆進的需要。（2）泥漿泵選擇根據(jù)鉆進工藝、鉆頭直徑和鉆孔深度等因素,選擇耗能較少、操作靈活、可以變量、解體性好、便于搬遷的三缸往復式水泵,如BW-150型、BW-200型泥漿泵或相應型號的水泵。（3）鉆塔選擇根據(jù)施工條件,可自行設計制造適用于廊道或露天施工的四腿或兩腿鋼管式鉆塔。（4）孔口導向裝置為確保鉆孔定位準確、開孔鉆進鉛直、升降擰卸鉆具安全,可設計加工孔口導向盤或設置孔口導向管。（5）巖心管、鉆桿與主動鉆桿根據(jù)鉆頭直徑和鉆孔深度,選擇相應的剛性和強度均能滿足設計要求的巖心管與鉆桿,如鉆頭直徑171mm以上的倒垂孔,必須選擇89mm粗徑鉆桿。巖心管、沉砂管、異徑接頭、鉆桿和鎖接頭的加工精度應滿足規(guī)定要求,其不同軸度誤差應小于0.2mm,每米長度內的彎曲度不得大于0.5mm。主動鉆桿應保持垂直,不得使用彎曲的主動鉆桿。（6）鉆桿扶正接頭鉆桿扶正接頭外徑應小于孔口導向管內徑或鉆孔直徑2～3mm。在一般情況下,每根鉆桿均應安裝扶正接頭。（7）浮標式鼓形鉆孔測斜儀可選用國家地震局地震研究所儀器廠研制的DZ-2型浮標式鼓形鉆孔測斜儀或自制浮標式測斜儀,保證測斜精度滿足規(guī)定要求。以下是某基礎公司研制的浮標式鼓形鉆孔測斜儀,其測斜方法見圖1-3所示。圖1-3 浮標式鼓形鉆孔測斜儀示意圖1—浮桶；2—底桶；3—水；4—夾具；5—支撐架；6—測線；7—鉆孔；8—測斜儀；9—重錘1）制作原理與精度要求。測斜儀是利用3個以上（一般取3～6個）物理性質相同的彈簧,在徑向受力相同的情況下,保證伸縮一致,從而使測斜儀的中心保持在鉆孔的中心（圖1-4）。測斜儀的規(guī)格應根據(jù)孔徑來確定,一般有ϕ168mm、ϕ219mm和ϕ325mm。測斜儀精度的高低,直接影響鉆孔質量。在同一點進行重復測量時同向誤差不得超過1mm,轉向誤差不得超過2mm,才可投入使用。2）制作材料。上、下圓盤選用厚度為4～4.5mm的鋁合金板?；⌒武撈膹椥我蠛?選用的彈簧伸縮性能一致。其他部件用一般鋼材即可。圖1-4 鉆孔測斜儀示意圖1—中心連接桿；2—上圓盤；3—鉸鏈；4—圓弧鋼片；5—彈簧；6—彈簧支架；7—下圓盤；8—加固連接桿；9—重錘3）制作浮桶與底桶。浮桶與底桶均采用中間空心的雙層圓柱體制成。桶底應焊接密實,防止?jié)B水。浮桶內徑30.5cm,外徑36.0cm；內高50.0cm,外高48.0cm。底桶內徑40.5cm,外徑46.0cm；內高52.0cm,外高55.0cm。材料為鋁合金薄板,厚度不小于1.2mm；或采用鍍鋅白鐵皮,厚度不小于0.2mm。要求在工作時,浮桶和底桶要注入一定水量。浮桶套在底桶內并與下端的測斜儀連接。在張力上浮作用下,浮桶在底桶內可自由移動。4）制作夾具。夾具由夾頭、夾身、連接桿、連接銷和螺母組成。夾具是處在浮桶中心空隙間的一種特殊裝置。上部用螺母與浮桶上端的三腳橫梁固定,測線通過夾具中心孔進入可調夾頭與孔內的測斜儀連接。工作時,浮桶受上浮張力的作業(yè),可以自由移動。5）測斜方法。以孔口導向管中心為原點,建立一個相互垂直的十字平面坐標系。垂直鉆機長軸的方向為Y軸,與之垂直的方向為X軸。按順時針方向旋轉,劃為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個象限,同時仿照方位角定位法,以坐標原點上段的X軸方位角為0°,順時針方向,全方位為360°。這樣就可以用數(shù)值來表示鉆孔的偏斜方向。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。