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水利大坝造孔施工技术

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张龙

【摘要】造孔施工技术是水利大坝工程的关键技术，其施工质量直接影响着大坝的正常运行。本文介绍了卵砾层与土层地质的大坝造孔施工技术，并分析了造孔施工中的常见问题与控制措施。

【关键词】大坝；造孔；斜孔；塌孔

一、工程概况

某水电站混凝土拱坝为3级建筑物，建基面高程470.00m，坝顶高程578.50m，最大坝高108.5m。体型采用抛物线型变厚双曲拱坝，坝轴线长284.123m，共分16个坝段。坝顶厚4.5m，底厚20.0m，厚高比0.18。坝体内设灌浆廊道、交通廊道、集水井、抽水泵和放空管等，坝外设灌浆平洞、排水洞、交通橋、坝后桥和电梯井等。

二、大坝造孔施工技术

（一）坝顶造孔

本工程坝体上部厚度为20～50m卵砾石层，根据本工程地质条件造孔拟采用金刚石单管导向管柱钻进。本工程拟采用φ430mm金刚石钻头开孔，钻孔深度等于孔口导向管长度，下入φ377mm孔口导向管（长2m左右），管外用水泥砂浆固结，再以φ330mm、φ280mm金刚石单管钻进，以φ220mm终孔；必要时，可变径以φ180mm金刚石钻头钻进至终孔。造孔施工中，其粗径钻具长度不小于10m，以保证倒垂孔的垂直精度。

1、钻进技术参数的确定

为保证钻孔的垂直精度，为防止钻孔偏斜，必须严格控制并随时调整钻进参数。孔底钻压控制在2～2.5Mpa，转速65～95r/min，冲洗液量80～110L/min，钻速控制为0.5cm/min，以控制钻速来调整钻进参数，严格控制回次进尺。

2、钻机的安装与调整

钻机的安装是倒垂孔钻机的重要环节之一，必须认真对待。钻机安装在基台木上，再以三根18#槽钢作压梁，通过预埋的螺杆，将钻机基台牢固固定在坝台面上，保证钻机安装稳固，水平，周正，同时当松开螺杆时钻机又可前、后、左、右四个方向自由移动，以适应钻孔纠斜时钻机的平面位移。钻机安装后，应采用两台经纬仪校正钻机立轴，使其上、下死点与孔口中心偏差控制在1mm以内。

3、孔口导向管的安装与调整

孔口导向管下入时，应使孔口导向管距孔底20cm左右，使导向管悬吊于孔内，并对其垂直精度进行严格细致的调整。其垂直精度高于倒垂孔精度，其中心偏差控制在2mm以内，调整后灌入水泥砂浆使其与孔壁固结。

4、成孔

（1）钻进多采用减压钻进，即孔底的钻压不超过钻杆、锤头、压块重力之和的80%（扣除浮力），以避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。不同地层采用不同类型的钻头和钻压，土层采用普通旋挖钻头，进岩层或孤石后采用凿岩锤头。

（2）在不同的地层采用不同的钻速，一般螺旋杆的转数为12～16/每分钟。当空压机供气时，以适合转数转动螺纹杆，从而开始钻孔，当接触到岩石时，潜孔锤开始工作；在水下钻岩3孔时，在供气正常后逐渐将潜孔锤放下，当它接触到岩石时，潜孔锤开始工作。这时回转的螺旋钻杆将碎石和泥土排出。

（3）潜孔锤和它的螺旋杆停留在孔内时不能终止钻孔，因为土的压力会阻止它们转动，从而可能使钻机被粘留在所钻的孔内（卡钻）；在钻孔时，不准将螺旋杆反转，因为驱动体和顶端体的螺纹连接可能被松开，这会使得钻具和潜孔锤掉落在孔内。

（4）按钻孔深度要求，螺旋钻杆可通过连接加长杆来加长钻孔深度，但用加长杆来接长的螺旋钻杆，不准超越桩架底盘的最大负荷；当潜孔锤浸入水内时，不能将加长杆连接到螺旋钻杆上，如果此时分离螺旋钻杆，水和其他东西会倒流，若要分离螺旋钻杆，应先将潜孔锤提离地面，从螺旋钻杆上清除泥沙和杂物，释放孔内的残余压力，安装定位圈，然后再将加长杆连接到螺旋钻杆上。

（二）土层成孔方法

1、上部土层成孔方法

上部土层成孔方法主要包括左右坝肩，右岸防渗墙部分埋设仪器钻孔的成孔方法。这些部位的钻孔开孔就是土层，孔深一般是20～40m，地层主要有人工回填土、原状土及部分卵石、基岩。根据质量要求，主要采用冲击法成孔。

冲击成孔法使用的主要设备包括XY-2型300钻机及卷扬机，配φ9mm钢丝绳，φ108mm简易式冲击钻具，长度为4～6m。操作时先用300型钻机升降系统提拉冲击钻具，然后松动手把，自由落体，冲击地层，取心并反复冲击到设计孔深后进行清孔。一般每小时可进尺3～6m，正常时仅需2人操作。

2、下部土层成孔方法

下部土层主要指卵砾石覆盖层下厚20～50m的土层。该土层由人工回填土和原状土壤组成，大部分在水位以下，水已饱和。从表面看，下部土层松软成孔很容易，但实际上由于其缩径膨胀、层厚、孔径要求大、孔斜度要求高、不准带水作业等原因，成孔非常困难。经过反复摸索总结采用综合成孔法。综合成孔法就是根据孔内的实际情况分别采用冲击成孔、无泵钻进、套管跟进、砸套管等多种办法，成孔后将φ108mm护壁管下到预定的深度，并进行清孔。无泵钻进所用的合金钻头外径比正常大4～6mm。

采用综合成孔法应注意的事项