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潛孔錘鉆進技術在深厚砂卵石層中的應用
發(fā)布者:xhmdzy  發(fā)布時間:2017-03-09 14:23:32

1概述 

沙灣水電站工程為大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級。壩址區(qū)位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)上游1.0km的大渡河干流上,距上游已建的銅街子電站約11.5km,下游距樂山市區(qū)44.5km。該工程以發(fā)電為主,兼顧灌溉和航運功能,電站裝機容量480MW。

該工程于2004年2月開始動工建設,采用束窄河床分期導流方式。2004年4月完成一期圍堰。

據(jù)原勘察資料揭示,沙灣電站壩址區(qū)廠房壩段河床覆蓋層深厚,厚處達66.67m,其以下基巖內有巖溶承壓水分布。為了廠房基坑開挖的安全與穩(wěn)定,設計決定對該段內的巖溶承壓水進行先期減壓處理。

我院于2005年3月5日進場開展施工,使用空氣潛孔錘鉆進工藝,結合傳統(tǒng)的鉆探方法,歷時36天,完成4個鉆孔,鉆探1工作量318.77,其中砂卵石層進尺212.38m,較合同工期提前19天圓滿完成了減壓排水孔的造孔任務,受到業(yè)主的好評,取得了較好的經(jīng)濟效益。

2地質條件及技術要求

2.1地質條件

一期圍堰由上下及縱向圍堰組成,上游圍堰長約315.0m,堰頂高程425m;下游圍堰長約349.0m,堰頂高程423m;縱向圍堰長約468.0m,堰頂高程423~425m。承壓水減壓排水孔平面位置均位于~期圍堰基坑內。由于前期采取砂石骨料,圍堰基坑內地表均已進行了不同程度的開挖,致使圍堰內地表均位于水下,水深5.0~7.5m。

據(jù)原勘察資料鉆探揭示.河床內覆蓋層較為深厚,覆蓋層大厚度達66.67m。物質組成上部為漂卵礫石夾砂,厚6.6~33.2m;中部為卵礫石夾砂,厚2O.31~44.5m;下部為砂夾卵礫石及粉細砂層透鏡體,砂層透鏡體大厚度達18m;下伏基巖巖性以三疊系中統(tǒng)雷口坡組工212層之泥質白云巖為主,局部為工213層巖溶角礫巖。

2.2鉆孔技術要求

減壓排水孔鉆孔深度:以進入基巖承壓水含水層底板為標準,孔深一般為8O~90m。

覆蓋層:要求下Φ127mmx9mm套管,無須取心。

基巖:孔徑不小于Φ91mm,需采取巖心。

3鉆進工藝和設備的選擇

3.1鉆進工藝的選擇根據(jù)該工程勘察期間鉆探施工經(jīng)驗,如采用常規(guī)的鉆探方法,即先采用植物膠金剛石鉆進取心,后跟進厚壁套管護壁的鉆進工豈,需要上2臺XY-2型鉆機,才能按期完成鉆探施工任務。而且由于水位較深,需搭建2個水上鉆探平臺,輔助工作量大,鉆探施工成本高。

為了降低鉆探施工成本,提高鉆探施工進度,根據(jù)地層情況和鉆孔技術要求,經(jīng)過認真的分析研究,我院決定采用潛孔錘鉆進技術施工減壓排水孔。

3.2鉆探設備的選擇根據(jù)地層情況、鉆孔深度和鉆孔技術要求,鉆探設備選擇如下:XY-2型鉆機(配低速電機)1臺,BW-150型定量泵1臺,20m3/0.8MPa空壓機1臺,宣化蘇普曼SPM90型、SPM110型潛孔錘各1套,采用油桶筏鉆探平臺,長×寬=10m×6m。

4鉆探工藝

4.1鉆進方法及鉆孔結構覆蓋層采用Φ115mm空氣潛孔錘硬質合金鉆頭鉆進,由于水位較深(5.0—7.5m),開孔時先跟進Φ178mm×12mm厚壁套管2~3m作為導向管;然后采用110mm空氣潛孔錘硬質合金鉆頭鉆進,提鉆后再跟進Φ178mm×12mm(7in)厚壁套管10m,主要起導向和保護下一級套管的作用;之后采Φ95mm空氣潛孔錘硬質合金鉆頭鉆進,跟進127mm×9mm(5in)厚壁套管護壁并進入基巖0.5~1.0m,跟進深度一般為25~65m。

一般潛孔錘鉆進回次進尺控制在0.7~0.8m,以確保潛孔錘上部保持在套管內,以免被垮塌的砂卵石掩埋而影響潛孔錘的沖擊鉆進;提鉆后跟進~次厚壁套管,長度0.5—0.7m,然后采用Φ95mm空氣潛孔錘硬質合金鉆頭,只用潛孔錘的沖擊功破碎套管中的卵石,并將~部分卵石沖出套管,擠入地層中;待鉆頭沖出管腳后再采用潛孔錘沖擊回轉鉆進?;鶐r采用Φ91mm清水金剛石鉆進,一徑終孔。

4.2鉆進參數(shù)的選擇

本工程考慮到水位較高,負壓較大,為確保砂與破碎的卵石能被沖出孔外,我們選擇了較大的風量。采用SPM110潛孔錘時,一般情況為12.0~13.0m/min,大時達13.5m/min;采用SPM90潛孔錘時,一般情況為8.5~10.0m/min,大時達l2m/min。在潛孔錘鉆進時,除正常工作所需風壓外,還要加上孔深時沿程壓降及克服水位以下的水柱壓力。本工程風壓一般情況為0.65—0.85MPa,大時達1.0MPa。本工程鉆壓一般情況為0.5~0.6MPa。本工程因選用的是XY~2型鉆機,在采用低速電機的情況下,一擋轉速為85r/min。

施工過程中,隨著鉆孔深度和地層情況的變化需要隨時改變潛孔錘鉆進參數(shù),特別是要注意風量和風壓的控制,以確保潛孔錘發(fā)揮出優(yōu)性能,同時確保砂礫及被擊碎的卵石顆粒被沖出孔外。

4.3跟管方法一般在潛孔錘鉆進0.7~0.8m,提鉆后用200kg的吊錘跟進~次厚壁套管,長度0.5—0.7m。為了確保厚壁套管的順利跟進,在地層穩(wěn)定性較差的孔段,應使用潛孔錘反復沖擊擴孔鉆進。在Φ127mm×9mm(5in)厚壁套管跟進30m后,應視地層和跟進速度,確定每回次厚壁套管的跟進深度,一般回次跟進深度控制在0.4~0.6m,切忌盲目提高吊錘高度跟進厚壁套管,以免造成管腳損壞,而影響鉆探施工。

4.4鉆進技術措施

4.4.1作業(yè)前的檢查

(1)查供氣管路及鉆桿是否暢通,連接處是否漏氣;

(2)反復倒置潛孔錘,檢查活塞運動是否靈活;

(3)鉆進開始時,在地表試驗潛孔錘的性能。

4.4.2鉆進中注意事項

(1)嚴格按照潛孔錘鉆進技術參數(shù)作業(yè),不能盲目追求進尺而加大鉆壓,防止鉆桿折斷、鉆頭掉齒和斷齒等事故的發(fā)生;

(2)鉆進中要隨時注意觀察氣壓表壓力的變化,如發(fā)現(xiàn)壓力急劇上升或下降,應立即提鉆,查明原因,排除故障;

(3)鉆進中經(jīng)常注意潛孔錘沖擊響聲,如發(fā)現(xiàn)沖擊頻率變低或不穩(wěn)定等異常情況,應立即提鉆進行處理;

(4)鉆進中如發(fā)現(xiàn)鉆桿抖動厲害,應立即提動鉆具,再慢慢下放,并降低壓力進行鉆進;

(5)定期向鉆桿內加入少量機械油,確保潛孔錘充分潤滑和高效能,延長使用壽命;

(6)下鉆時,應邊回轉邊下放,當鉆具接近孔底時,應放慢下放速度;

(7)下鉆前,要在地表對潛孔錘進行試驗,看其工作是否正常,否則要立即拆卸清洗、涂油,防止活塞與缸套的磨損加劇而損壞鉆具。

(8)在施工過程中,應加強對潛孔錘的維護,并保證鉆進所需的風壓、風量,以確保潛孔錘的工作正常;

(9)采用材質較好的鉆桿接頭。并在施工過程中注意檢查,以減少鉆桿折斷事故的發(fā)生。

5結語

1)采用空氣潛孔錘鉆進技術,結合常規(guī)跟管鉆進,在含水豐富的深厚砂卵石地層中取得成功,改變了空氣潛孔錘只能在干燥或濕潤的環(huán)境中使用,拓展了其使用的范圍。

2)在砂卵石層鉆進,因潛孔錘沖擊功較大,易發(fā)生鉆桿接頭折斷事故,建議提高鉆桿接頭的材質和絲扣加工質量或采用外接箍鉆桿接頭。

3)本次共施工減壓排水孔4個,使用潛孔錘異步跟管鉆進砂卵石層總進尺212.0 m,綜合臺效達8.7 m/臺班,比采用常規(guī)植物膠金剛石鉆進效率提高近3倍,節(jié)約直接成本約180 m。

4)通過4個孔的施工,我們取得了使用潛孔錘鉆進深厚砂卵石層的經(jīng)驗。使減壓排水孔的施工順利完成,受到業(yè)主的好評,為院創(chuàng)造了較好經(jīng)濟效益和社會效益。

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