全断面复合片PDC钻头在印尼Jatigede水电站大坝帷幕灌浆工程中的应用.docx

全断面复合片钻头在印尼水电站PDCJatige 全断面复合片 钻头在印尼 水电站 PDC Jatigede 大坝帷幕灌浆工程中的应用 史 青 松 ( 中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830) 摘 要: 结合在印尼 JATIGEDE 水电站大坝帷幕灌浆施工造孔中进行的钻头选择试验，通过对小口径牙轮钻头、金刚石牙轮 破心钻头及全断面金刚石复合片 PDC 钻头的技术及经济等方面的比较和分析，提出了全断面金刚石复合片 PDC 钻头相对 于其他两种钻头的优越性，具有一定的借鉴和指导意义。 关键词: 全断面金刚石复合片 PDC 钻头; 大坝帷幕灌浆; 比较和分析; Jatigede 水电站 中图分类号: TV53; TV543; TV52 文献标识码: B 文章编号: 1001-2184( 2011) 04-0043-02 工程概述 Jatigede 水库工程位于印度尼西亚西爪哇省 Cimanuk 河上，控制流域面积 1 414 km2 ，最大坝 高 110 m，总库容 1 062． 78 × 106 m3 ，水库正常蓄 水位高程 260 m，电站装机容量 110 MW，多年平 均发电量约 4． 5 亿 kW · h。大坝钻孔灌浆工程 分为大坝主坝混凝土盖板灌浆和灌浆廊道灌浆两 部分，帷幕灌浆钻孔深度为 20 ～ 100 m，帷幕灌浆 总计 60 000 m。 坝址区大部分被表土和基岩风化物质覆盖。 钻孔灌浆施工区域内的地层岩性为上第三系上新 统( N2) 火山角砾岩岩组。该岩组由火山角砾岩、 火山砾岩及砂岩组成，倾角平缓。两坝肩下游坝 基位于上第三系上新统( N2) 火山角砾岩顶部，岩 石已风化成含孤块石的砂质粘土，透水性较强。 岩体为坝址区两岸上第三系中新统( N12 ) 粘 土岩岩组( 可能为 HaLang 组上段) ，该粘土岩位 于 N2 火山角砾岩之下，两者呈不整合接触。该 岩组主要为灰绿色蒙脱石粘土岩，少量为砂岩、火 山角砾岩、凝灰岩和粉砂岩，厚度大于 5 m。 砂 岩、凝灰岩和粉砂岩大多位于该岩组下部 3 ～ 9 m。围岩工程地质分类为: 粘土岩及风化角砾岩 为 V 类，新鲜角砾岩为Ⅳ类。 基岩灌浆是水利水电工程基础处理领域的重 要内容之一，大中型水电站在大坝基础加固和防 渗处理方面灌浆工作是必不可少的。一般而言， 灌浆工作的特点是工程量大、工期要求短、造孔深 度浅及不用提取岩芯等。本工程根据设计施工规 范及我部多年积累的施工经验，通过认真分析地 质条件，提出了采用全断面不取芯钻头施工工艺。 根据国内施工情况，我部在前期针对钻头选择了 复合片 PDC 钻头、小口径牙轮钻头及金刚石牙轮 破芯钻头进行了对比试验，采用清水钻进工艺。 1 复合片钻头、牙轮钻头及金刚石牙轮破芯钻头 2 试验 2． 1 三种钻头的简介及破岩机理 ( 1) 复合片钻头。 复合片 PDC 钻头是使用金刚石复合片做切 削刃的钻头。该钻头属一体式钻头，整个钻头没 有活动的零部件，结构比较简单，具有高强度、高 耐磨和抗冲击的能力，为 20 世纪 80 年代世界钻 孔三大新技术之一。该钻头在软-中硬地层中钻 进时具有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、孔内 事故少、孔身质量好等优点。该钻头不但使用时 间长，还可以重复利用，返厂修复的金刚石钻头使 用起来和出厂的新钻头使用效果差不多，能大量 节约钻井成本。 该钻头的破岩作用是由金刚石颗粒完成的。 在坚硬地层中，单粒金刚石在钻压作用下使岩石 处于极高的应力状态，从而使岩石发生岩性转变， 由脆性变为塑性。单粒金刚石嵌入地层，在扭矩 作用下切削破岩，切削深度基本上等于金刚石颗 粒的嵌入深度。这一过程如同“犁地”，故称为金 刚石钻头的犁式切削作用。在一些脆性较大的岩 石里( 如砂岩、石灰岩等) ，钻头上的金刚石颗粒 收稿日期: 2011-06-26 史青松: 全断面复合片 PDC 钻头在印尼 Jatigede 水电站大坝帷幕灌浆工程中的应用2011 年第 4 期在钻压、扭矩的同时作用下，破碎岩石的体积远大于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大 时，只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽，加大压 力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎，超过金 刚石颗粒的断面尺寸。复合片钻头在地层表面切 削范围内形成碎渣，在钻孔液的带动下放排出孔 内，形成钻孔。( 2) 史青松: 全断面复合片 PDC 钻头在印尼 Jatigede 水电站大坝帷幕灌浆工程中的应用 2011 年第 4 期 在钻压、扭矩的同时作用下，破碎岩石的体积远大 于金刚石颗粒的吃入与旋转体积。当压力不大 时，只能沿金刚石的运动方向形成小沟槽，加大压 力则会使小沟槽深部与两侧的岩石破碎，超过金 刚石颗粒的断面尺寸。复合片钻头在地层表面切 削范围内形成碎渣，在钻孔