巖土工程師輔導：探深孔帷幕灌漿孔斜成因與處理(1)

　　摘要：在深孔帷幕灌漿鉆孔施工中，孔斜控制具有重要意義。著重探討孔斜成因及其不良影響，介紹了孔斜的預防和處理措施，對保證鉆孔方向的重要性提出了商榷性的建議。

　　關(guān)鍵詞：鉆孔方向 孔斜成因 孔內(nèi)事故 鉆進效率 鉆孔質(zhì)量 連續(xù)帷幕

　　1、引言?

　　為保證大壩地基安全，深孔帷幕灌漿質(zhì)量與否是至關(guān)重要的。事實上，因為各方面的原因，鉆孔與設計方向往往會產(chǎn)生不一致的偏斜變化。如果鉆孔產(chǎn)生的偏斜度很小，其影響是不大的;假如偏斜度嚴重發(fā)展，不僅對鉆進質(zhì)量、事故發(fā)生率、鉆進效率等方面產(chǎn)生不良的影響，而且會嚴重影響具有一定防滲標準的“連續(xù)帷幕”的形成，使灌漿質(zhì)量不能達到要求，以致不得不進行一定量的補充灌漿，從而使帷幕的造價提高。所以，我們不得不對孔斜由發(fā)生到處理等一系列技術(shù)問題加以掌握，以便在深孔帷幕灌漿中將孔斜控制在規(guī)程要求的容許偏差值內(nèi)。在此，主要根據(jù)實際經(jīng)驗，總結(jié)性地探討深孔帷幕灌漿孔斜成因及其防治措施，以供借鑒。?

　　2 、孔斜成因分析

　　孔斜作為鉆孔事故產(chǎn)生的原因較多，視其主客觀因素可歸納為地質(zhì)條件不良，技術(shù)條件不適宜，操作方法不當?shù)?個方面。?

　　2.1 地質(zhì)條件不良?

　　在地質(zhì)條件方面，集中表現(xiàn)在鉆孔內(nèi)巖石的力學性質(zhì)上，主要為：

　　(1)鉆進松散覆蓋層時，覆蓋層越厚，越容易改變鉆孔的方向。其主要原因是覆蓋層具有較強的活動性，鉆出的鉆孔孔徑較大時，勢必對粗徑鉆具不能形成強有力的控制，因而不能保證鉆進方向的一致性;

　　(2)在有一定傾角的、軟硬交替的巖石中鉆進，由于鉆頭在同一接觸面上有軟硬不同的巖層，因此，可鉆性不同的巖層會產(chǎn)生不同的鉆進速度，從而改變鉆頭的鉆進方向;

　　(3)在厚度大、破碎較嚴重的巖層中鉆進，其鉆孔孔徑也較大，粗徑鉆具在鉆進方向上不容易被控制。此外，破碎巖層往往是軟硬巖層共存，因此，鉆頭容易改變方向;?

　　(4)砂卵石層中鉆進，鉆孔最容易偏斜。因為礫石的圓滑對鉆頭產(chǎn)生偏滑作用，形成不均衡的阻力，易改變鉆頭前進的方向;?

　　(5)在遇到溶蝕孔洞、大斷裂帶或老空洞等情況時，亦會產(chǎn)生鉆孔的偏斜。

　　2.2 技術(shù)條件不適宜

　　因采用與實際不相宜的技術(shù)措施造成的鉆孔偏斜，主要表現(xiàn)為：?

　　(1)在開孔鉆進或淺孔階段的鉆進中，鉆機立軸與鉆孔不在同一條中心線上，這會直接影響鉆孔偏斜;使用過高的立軸鉆桿與磨損較嚴重的立軸鉆桿定向套管，容易使立軸產(chǎn)生較大的擺動，直接影響到鉆頭在孔底鉆進時的不穩(wěn)定性;帷幕深孔一般都要安裝孔口管，如果孔口管不正，也會直接影響到開孔鉆進時的方向;?

　　(2)使用了彎曲的鉆具或過短的巖心管。巖心管、鉆桿等的彎曲，都會使鉆具連接后不正，從而影響鉆進的方向。使用過短的巖心管，在孔內(nèi)歪斜時，比長巖心管的歪斜度更大，產(chǎn)生的孔斜度也更為嚴重;?

　　(3)在由大孔徑換小孔徑或擴孔鉆進過程中，因為孔壁各部硬度不一，孔徑大小也不一致，換徑后的鉆頭很難保持在與原孔中心線一致的方向向下鉆進;?

　　(4)孔徑越大，受壓鉆桿產(chǎn)生的彎曲、拉伸、扭曲也會增大，使鉆頭在孔底鉆進時不穩(wěn)定性增強，從而使鉆進方向發(fā)生變化;?

　　(5)金剛石鉆頭胎體硬度不一致與金剛石顆粒分布不均一，或硬質(zhì)合金鉆頭底出刃尺寸不同，也會直接影響到鉆進方向的改變。

　　2.3 操作方法不當?

　　操作方法的不當往往是產(chǎn)生鉆孔偏斜的直接原因。?

　　(1)鉆進時過大的加壓，使鉆桿產(chǎn)生多段處的嚴重彎曲，特別是在不利的地質(zhì)條件下，對產(chǎn)生鉆孔偏斜的影響會更大;?

　　(2)使用磨損過鈍的金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭鉆進，會因在金剛石顆?；蚝辖鹆Ｏ驇r石內(nèi)切入不穩(wěn)定的情況下，容易改變鉆頭的鉆進方向;?

　　(3)在松散易坍塌的巖層中鉆進，沖洗液的排量過大，壓力過高，特別是使用粘度很小的泥漿或清水作沖洗液時，會較嚴重地破壞孔壁，造成孔內(nèi)某一局部的坍塌，使孔徑擴大。

　　由此不易控制鉆桿過大的彎曲，致使粗徑鉆具容易產(chǎn)生偏斜。?

　　3、孔斜對產(chǎn)生孔內(nèi)事故的影響?

　　鉆孔一旦發(fā)生較嚴重的孔斜，將會給鉆孔施工過程帶來很多難題。嚴重的孔斜，不僅會加劇孔內(nèi)事故的發(fā)生，而且會增加已發(fā)事故處理的復雜性。?

　　3.1 孔斜會加劇孔壁坍塌、掉塊、巖層錯動等地質(zhì)因素所易造成的孔內(nèi)埋鉆、卡鉆擠夾等事故在松軟、破碎的巖層中鉆孔，不采取有效的護壁措施，就有可能產(chǎn)生孔壁坍塌，造成鉆具的埋擠、陷埋事故;在地質(zhì)構(gòu)造復雜的地層中鉆進，當遭遇到局部地層結(jié)構(gòu)不堅固、不完整時，會因巖層自身牢固性不夠，鉆桿在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)碰打，沖洗液沖刷破壞，使其部分巖石破裂而掉入孔內(nèi)，造成鉆具的擠夾，給鉆具的提升或下降帶來困難;在節(jié)理多、傾角大、破碎多等容易活動的巖層內(nèi)鉆孔，往往會發(fā)生成批的巖石塊(孔壁巖石)向孔內(nèi)滑動，使鉆孔變形，產(chǎn)生因巖層部分錯動的卡鉆擠夾事故。?

　　如果鉆孔在上述部位發(fā)生了較為嚴重的偏斜，會很容易產(chǎn)生孔壁坍塌、掉塊、巖層錯動，使原有地層的活動性增加，穩(wěn)定性減弱，影響范圍也相應擴大，使孔內(nèi)埋鉆、卡鉆、擠夾事故發(fā)生的頻率增加。?

　　3.2 鉆具折斷事故的機率增加

　　鉆孔的嚴重偏斜，使高速回轉(zhuǎn)的鉆具在孔壁巖石的磨擦作用下，磨損相當嚴重。鉆具在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)時，會因鉆孔較大偏斜產(chǎn)生很大阻力，而此阻力又集中表現(xiàn)在孔內(nèi)的彎曲接觸上。因此，也就使鉆具折斷的機率增加。

　　3.3 在偏斜度較大的鉆孔內(nèi)，發(fā)生鉆具折斷事故后會影響事故的正常處理，增加其處理的復雜性?

　　鉆桿折斷以后，其下部的斷頭會因孔斜而深藏在大孔徑段內(nèi)，使打撈矢錐不易對上斷頭;如果鉆孔方位的偏斜變化較為復雜，盡管孔壁是完整的，打撈矢錐也不易碰上斷頭;假如鉆孔方位的偏斜無多大變化，也會因孔斜度較大，打撈矢錐與鉆桿斷頭不容易端正的接觸。在上述情況下，往往不得不改變打撈方法，也就相應地增加了打撈時的復雜性。?

　　4、孔斜對鉆進效率的影響?

　　鉆孔產(chǎn)生較嚴重的偏斜，會使鉆進效率大大降低，集中表現(xiàn)在下面3個方面：?

　　(1)鉆孔偏斜會使鉆桿在孔內(nèi)隨之發(fā)生彎曲，這樣，當回轉(zhuǎn)動力由立軸鉆桿向鉆頭傳遞時，會使鉆頭的回轉(zhuǎn)非常不穩(wěn)定，造成鉆頭的磨損，降低鉆進的效率，鉆進進尺也會因此而受到不同程度的影響;?

　　(2)鉆孔偏斜使鉆具與孔壁之間的摩擦力增大，這樣，鉆孔的軸心壓力不能按需要全部作用到鉆頭上，從而影響進尺。如果過分增加壓力，就容易造成鉆具折斷;?

　　(3)由于鉆孔偏斜比較嚴重，不能使用快速鉆進的方式鉆孔。因此，快速鉆進容易導致鉆具折斷。?

　　由此可見，孔斜對鉆進效率的影響體現(xiàn)在進尺的快慢上，因鉆孔偏斜致使鉆具折斷事故的增多，勢必需要浪費大量時間用于孔內(nèi)事故的處理，使單位進尺減少，效率降低。同時，鉆孔偏斜造成的鉆具磨損，使鉆具使用壽命降低，單位進尺的材料消(損)耗量增加，造價提高，相應地降低了鉆具的鉆進效率。在帷幕灌漿中，鉆孔的費用和工時一般占1/3~1/2以上，因此設法提高鉆進效率，具有十分重要意義。?

　　5、孔斜對鉆孔質(zhì)量的影響?

　　5.1 鉆孔地質(zhì)資料的準確性受懷疑?

　　在進行灌漿孔特別是帷幕灌漿深孔的鉆進中，要求對巖層巖性以及孔內(nèi)各種情況進行詳細記錄，便于在研究灌漿資料時分析灌漿質(zhì)量，了解不同巖層的可灌性，分析防滲帷幕的效果。但鉆孔偏斜后使所要了解的地質(zhì)資料不準確，表現(xiàn)在以下3方面：

　　(1)對巖層或構(gòu)造帶的空間位置、厚度、結(jié)構(gòu)的分析有直接影響。一般在進行深孔帷幕灌漿施工之前都要選取一部分Ⅰ序孔，將其作為先導孔施工，以便進一步查明地質(zhì)勘探資料的正確性，了解巖層及構(gòu)造帶的分布狀況，將其灌漿成果資料用于指導后期各序孔的灌漿施工。但有孔斜以后，對巖層及構(gòu)造帶產(chǎn)生因孔斜所造成的假厚度，改變了施工目的和要求，使所要了解的內(nèi)容變得模糊，在根據(jù)各先導孔地質(zhì)資料進行巖層對比及灌漿分段等方面都會發(fā)生困難;

　　(2)鉆孔產(chǎn)生偏斜會破壞灌漿孔間的合理孔距。因此，會產(chǎn)生部分無效進尺，甚至只有采取補孔的辦法來彌補因孔斜帶來的負面影響。有時，因鉆孔偏斜太大及其偏斜方向巧合，鉆孔的下部會鉆至臨近孔中或穿過臨近鉆孔，使鉆孔下部的進尺無效。再進行補孔時，無疑會造成很大浪費;?

　　(3)鉆孔偏斜后，鉆頭在孔內(nèi)的回轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，致使采取到的巖心很細，甚至保存不住巖心，嚴重地影響巖心的采取率。?

　　5.2 灌漿施工因孔斜而不能正常進行?

　　有了良好的灌漿孔，才能實行良好的灌漿。鉆孔偏斜必然會使灌漿孔的孔壁不圓和不平整，給安設栓塞造成困難。帷幕灌漿一般采用孔口封閉器的方式灌注，大多數(shù)將鉆桿作為射漿管用，因有鉆孔孔壁的彎曲，鉆桿在孔內(nèi)也呈彎曲狀態(tài)，在灌漿特別是灌注濃漿時，很容易發(fā)生“固死”鉆桿的現(xiàn)象，從而影響灌漿的順利進行。?

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