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棉花滩水电站大坝廊道双金属标孔开户工艺探讨
日期:2015-4-13 9:38:31 来源:本站原创 浏览数:
 
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    棉花滩水电站大坝观测工作基点群,校核时引用的基准点,位于芦下坝公路边,属于国家大地控制网点,距离约8km,路途较远;该控制点由于各种原因,原本校核基点1 组3 个,现在仅存1 个,如再被破坏,则无基准点,为此必须进行校核基准点的完善。在大坝变形监测系统的改造和完善、或在新的变形监测设计时,布置双金属标孔设施作为水平和垂直位移工作基点,不仅可节约费用, 而且可与真空激光系统相匹配,形成一套完善的大坝变形自动化监测系统,从而可以克服三角网和水准网中由于种种原因造成较大的观测误差[1]。
1· 国际简介
本项目根据2009 年由福建棉花滩水电开发有限公司为解决大坝监测校核引用的基准点较远,在引用时由于路途较远容易造成误差,并考虑到安全监测系统存在的问题, 须对棉花滩水电站大坝监测系统国际进行完善和自动化监测改造。
本国际开户内容包括在右岸坝120m 高程廊道工作水准点双金属标观测造孔一个、设计孔深25.0m; 左岸大坝96m 高程廊道水准基点双金属标观测孔造孔1个、设计孔深25m;180m 高程廊道工作水准点双金属标观测造孔1 个,设计深度40m。设计开孔有效孔径为≥Φ130.00mm,终孔孔径均为Φ110mm, 下入保护管后, 有效孔径≥Φ108mm;并在孔内安装2 根Φ25mm的钢管(棒)和铝管(棒)。
2· 地质条件
棉花滩大坝坝体材质为C9.5 的素砼,坝址岩层为燕山晚期侵入的花岗岩, 岩性致密坚硬, 块状构造,弱风化岩石平均抗压强度为125.3MPa, 岩节理裂隙发育, 主要为①走向315°~325°、倾角70°~80°,与大坝基本垂直;②走向40°~55°、倾角65°~75°,与大坝轴线大致平行。裂隙多为闭合,局部裂隙宽度一般为1~3mm, 多属压扭性, 岩石局部地段破碎,两岸地形上、下游整齐,山体相当厚实。
3 ·双金属标孔开户
双金属标孔孔径开孔Φ130mm、终孔Φ110mm,精度要求高。保护管安装精度、有效孔径要求精确度较高,且操作平台及空间小,宽2.2m、最大高度3m。因此在成孔钻进过程中对防斜、保护管及双金属标管的安装精度方面提出了很高的要求。以下简要介绍在开户中遇到的一些难题及对策。
3.1 钻孔孔斜度的保证
根据设计要求双金属标孔的允许孔斜度为0.5%。故防止孔斜是廊道双金属标孔在开户中必须注意的重要环节,同时也是满足垂直空间要求的关键所在。它牵涉的工序较多,其中以钻机选用安装、钻具加工、导向管安装、二次开孔、钻进规程的选用尤为重要, 尤其在校核基点双金属标孔钻孔中, 由于廊道操作空间小,操作高度低,在孔深4.5m 以上,以及素砼与强风化层接触处, 对孔斜的控制影响更大。现分述如下:
3.1.1 钻机选用安装
基于钻孔结构要求, 要确保钻进时有效控制孔斜, 选用300 型回转取芯钻机,该类钻机特点是:自重大, 稳定性好, 钻杆直径适中, 回转精度较高, 钻进稳定, 钻进扭矩大, 适合于Φ150mm 以上的大口径取芯钻进;钻机具有较高转速和合理的转速范围,能满足小口径金钢石钻机各国际孔钻进;液压系统在控制给进过程中,既可调节给进压力,又可调节给进速度,以适应各个不同地层钻进需要。本国际根据开户场地条件、地质条件、孔深要求,选用重庆探矿厂出产的XY-2型地质钻机。钻机主要参数: 钻进深度: 300~500m,立轴最大起重力60kN,最大加压力45kN;钻塔是根据现场的空间要求进行加工。在上机之前应调整好钻机立轴动力头与滑轨之间的间隙, 要保证立轴动力头在钻进时很平稳, 消除引起钻机钻进不平稳的一切因素。
钻机安装前先用投注网浇筑钻机平台座, 按钻机尺寸预埋Φ22mm 地脚螺栓4 根, 将2 根160×65 的工字型槽钢固定在投注网平台座上, 钻机底架与工字型槽钢预留的连接调节孔用Φ20mm 的埋头螺杆加垫厚钢板, 用薄钢板作前后左右高低微调, 松开螺栓, 钻机可以在前后左右4 个方向自由移动, 紧固螺母,钻机连接稳固可靠。将吊垂线用铁线穿入立轴孔中接上铅垂,调整到吊垂线处于立轴上下口中心点;使用吊线锤量测立轴六方顶部到立轴六方底部, 使立轴端面与锤线之间的距离相等, 也就是钻机左、右、前量测3 组线6 个测点, 每组线测得距离相等后紧固之以备开孔。
3.1.2 孔口导向管安装与把好开孔关
孔口导向管的精心埋设及严把开孔关,是双金属标观测孔投注网钻进的重要条件, 必须控制其中心偏斜在1‰。采用孔口定位板进行开孔钻进:开孔时,预先固定好定位板,并校准定位板的导向管保持铅直。开孔钻进时,应采取轻压慢转。待钻入10cm 形成工作面后,适当提动钻具,上下扫孔,保证孔壁光滑顺直。先用Φ170mm 金刚石钻头钻进至埋设深度,钻至孔深4.5m时,将孔底磨平,把孔底残渣处理净后下入Φ146mm的导向管并与立轴机上钻杆连接。导向管下入经检测垂直无误后,用中粗砂将导向管外围填实,一边填砂一边灌水使之密实牢固,并与事先预埋好的紧固件焊接固定。导向管埋设后采用Φ127mm 金刚石钻头进行二次开孔。在开钻前,应按照孔斜要求重新稳固校正钻机, 使立轴与孔口管中心线重合。由于Φ146mm 导向管与Φ127mm 钻具级差一级,钻具与导向管间的空隙较小,能很好地控制第二次开孔与第一次开孔的同心误差, 大大减小了第二次开孔后逐渐加长钻具时钻孔的同心度误差。
3.1.3 钻具选择与合理的钻进速度及孔斜测定
本国际选用Φ127mm 地质专用岩芯管, 钻杆选用Φ55mm 地质专用钻杆,钻杆刚性较强, 在钻进过程中受压抗弯曲性能较好, 钻进平稳, 可避免钻杆晃动对钻孔偏斜的影响; 并能承受较大的扭矩, 不易发生孔内事故。所使用钻杆满足以下要求: 弯曲度应<0.3%,螺纹连接后应保证同轴度<Φ0.05mm, 端面与轴线的垂直度<0.10mm。在二次开孔及钻井过程中,通过适当加长岩芯管,一般在4~6m 左右,并在岩芯管上部增加钻孔扶正器,有利于导正钻孔,这样更能保证钻孔垂直,满足设计孔斜度。
双金属标孔的成孔过程中,采用中等转速、中等压力,钻进速度控制在0.3~0.5m/h;上部钻进一般不需加压力,采用自重压力钻进,下部孔底钻进压力可控制在5~10MPa, 随着孔深的增加, 钻具与钻杆自身重量将增大的同时, 并使用连接手加长钻具增加孔底重量,以实现孔口减压, 适时钻机反向加压,调节孔底钻进压力, 以实现理想状态下的调直和导向作用; 转速控制在60~180r/min, 冲洗水量控制在50~100L/min,冲洗液中适当加些洗衣粉,增加润滑作用。
本国际采用IP-Ⅱ浮标倒垂式测斜仪, 以保证钻孔精度。每钻进1.0~1.5m 测定孔斜一次,以掌握孔身歪斜情况。如发现超标,应及时采取措施。采用跟踪纠斜方法亦即将立轴向孔斜方向移动或进行高低调整, 从而产生一个与钻孔偏斜方向相反的作用力来阻止钻具继续偏斜。根据地层变化和偏斜量确定立轴偏移角度。
3.2 保护管孔底封堵及标管安装
3.2.1 遇到的问题
本次在钻进过程中分别遇到多处基岩破碎,孔内漏水,局部出现掉快,影响钻进。
3.2.2 处理方法
采用新型的堵漏材料如“堵漏王”等,该材料的特点是:防水抗渗、粘结牢固、带水作业、堵漏止水;凝结快、强度高、微膨胀、密实度高;可在潮湿或渗水面上直接开户, 附着力强、坚实牢固;使用简便,直接与水泥砂浆调制即可操作;用钻机加压灌注将破碎段,待水泥砂浆凝固后继续钻进,如此重复直至终孔。终孔后根据设计要求灌注0.5m 高的防渗水泥砂浆,埋设Φ108mm护管,采用IP-Ⅱ浮标倒垂式测斜仪测定孔斜度,满足设计要求后,用钻机加压将护管固定,等水泥砂浆凝固后,将孔内灌满水,检测孔内水位变化情况,若数小时孔内水位无变化,即将护管外侧灌注水泥砂浆使之稳固。用采用潜水泵将孔内水抽完, 用吸水海绵吸干已备双金属标管安装。
3.2.3 双标管安装
双金属标管分别采用正规厂家生产合格的Φ25mm钢管、壁厚5mm,Φ25mm 铝棒,钢管应能满足开公牙和母牙所需厚度,螺牙应进行精细加工,使标芯管连接后形成一条直线;并先进行预装标芯管,调节标芯管轴线到直线状态良好位置,做好连接相对位置的记号和管段编号。
底部固定环用5mm 钢板制作圆形,根据测量最终成果确定单配位置,安装标芯管母牙;在标芯管之间适当位置,焊接4条6mm 钢筋作为底部根络。
为使标管在护管中晃动,预先在确定的位置,分别安装固定环,用万能胶将环和标管固定粘结牢固后再行下行。
下标管前,可在底部放入少量水泥浆,深度约1m,标管下到底后,宜略提起,并用钻机或千斤顶进行固定。标芯放置完毕,孔口放置最后一个固定环,用密封胶填充固定,待密封胶凝固后,拆除固定标芯管的钻机或千斤顶。
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