偏心钻具扩孔钢套管跟进长管棚施工工法.doc

偏心钻具扩孔钢套管跟进长管棚施工工法 1.前言 毛尔盖水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内，黑水河中游红岩乡至俄石坝河段，是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第3梯级电站，该电站为大（2）型引水式，单一发电工程。 毛尔盖水电站引水隧洞全长16.15km，中铁十三局集团有限公司承建的MEG2007/C2-2合同段起讫里程为（引）2＋462～（引）4＋249，隧洞总长1787m，断面为圆形，内径8.60m，开挖.4～10.2m的圆形，纵坡1.58‰，全断面采用钢筋混凝土衬砌结构。 隧洞最大埋深600m，与岩层走向夹角约°左右。该段岩层软硬相间，千枚岩所占比例比较高，表现为互层状结构，岩体完整性差，围岩不稳定。隧洞通过双溜所沟，最浅埋深约75m，覆盖层厚约5m，成分主要为崩积、洪积成因的块碎石土，与岩层走向夹角约20°左右。该段因过沟段隧洞洞顶板上覆基岩厚度小，沟内常年流水，风化卸荷作用强烈、地下水比较活动，岩体完整性差，呈碎裂－散体结构，围岩极不稳定。 在引水隧洞下游段施工至K3+313时，发生了塌方，采用了超前锚杆及超前小导管护顶并配合钢支撑和喷砼联合支护法施工，由于小导管作业循环多，加固范围小，施工工期长，当掌子面施工至K3+323时，发生大塌方，塌方总量达3000m3,塌方空腔高度约20m，将K3+316-K3+323段一次支护全部砸毁。为了确保安全及加快施工进度，完成贯通目标，经业主、设计、监理、施工单位四方现场研究，决定采用偏心钻具扩孔钢套管跟进长管棚法施工，解决松散渣体成孔难的难题，完成塌方段开挖任务。 2.工法特点 （1）施工所用机械设备相对较小，且均有履带式或步履式，移动灵活，工艺简单，操作适用范围广隧YXZ70型锚固钻机扩孔及单偏心DP102低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ70型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。 钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部(见图1)。 图1 大管棚纵剖图 钻机水平钻进状态尺寸为3050mmx9OOmmx1190mm (长x宽x高)，钻机总量1260kg；主机(含动力头、轨道和底盘架)重770kg；液压站(含油箱、散热器、油泵电机和支架)重340kg；操作台(含操作台架、多路换向阀和液压油管)重150kg；最大部件动力头重235kg。钻机占用工作平台面积不大，重量轻，移动方便。 DP102型潜孔锤跟管钻具与YXZ70型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成(见图2) 图2 潜孔锤跟管钻具组合图 4.2钻进系统工艺原理 钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的磨擦力小于孔底围岩对偏心钻头的磨擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。 当钻进作业告一段落，需将钻具后退，慢速反转钻具，偏心钻头依靠惯性力和孔底磨擦力收缩返回，整套钻具的外径小于钢套管内径，即可将钻具退回到进行配钻杆和钢套的位置，或将钻具退至孔外，钢套管留孔内护壁。 5.施工工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程（见图3）： 图3 施工工艺流程图 5.2施工方法 5.2.1管棚制作及孔位布置 根据该塌方段围岩情况，采用D108*6热轧无缝钢花管=108×6mm。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设1个，两侧分别按40cm间距布设。布置范围为拱顶120°，共计28孔，每孔管棚长度为25m，累计700延m(见图4)，钢套管分节长度为1．5m，两节套管问采用内车丝扣 5.2.2管棚长度及花管、实管设置 根据现场实际情况，管棚长度L=25m (4根×6m／根＋1根×1m/根和1根×1m/根+4根×6m／根交错进行布置安装)，两节管棚问采用内车丝扣出浆孔直径为15mm，梅花型布置，间距15cm×15cm。()。 图4 大管棚横剖图 图5 管棚导管布孔图 5.2.3导管方位角选择 经过严密的计算，在外插角为2°时，管棚尾部高出设计开挖线0.87m左右，可以有效防止管棚施作后进入开挖断面，避免开挖后出现割管现象。在实际操作中外插角控制在2～3°之间。 5.2.4技术操作要点 (1)操作平台及钻机安装牢固，