倒垂孔施工

（一）倒垂孔概述水庫大壩的原位變形,如壩體位移、壩肩錯(cuò)動(dòng)、不均勻沉降等,都會(huì)給大壩的安全帶來嚴(yán)重威脅,所以需要對大壩進(jìn)行監(jiān)測工作。20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的大壩監(jiān)測技術(shù),目前已日趨完善和成熟。通過各種監(jiān)測手段,可以精確地測出大壩變形的有關(guān)技術(shù)參數(shù),為大壩的安全運(yùn)行和維護(hù)提供可靠的依據(jù)。倒垂線觀測系統(tǒng)是監(jiān)測大壩和巖體變形的直觀手段,各項(xiàng)設(shè)施精度要求較高。其安裝必須具備有效的鉛直空間即倒垂線保護(hù)管的有效鉛直管徑。因此,首先要求完成能夠埋設(shè)相應(yīng)直徑保護(hù)管的高垂直度鉆孔。偏斜率一般不得超過1‰左右。其造孔的精度直接影響倒垂線觀測系統(tǒng)的安裝精度。1.主要技術(shù)關(guān)鍵根據(jù)大壩倒垂孔施工特性和技術(shù)要求,主要技術(shù)關(guān)鍵有以下幾方面：1）隨鉆人工微量糾偏技術(shù)方法。2）硬巖層鉆進(jìn)及擴(kuò)孔技術(shù)方法。3）倒垂孔護(hù)管安裝精度。4）倒垂孔測斜技術(shù)方法。2.主要技術(shù)指標(biāo)1）孔深：根據(jù)項(xiàng)目要求而定。2）鉆孔有效凈徑：≥護(hù)管外徑。3）成孔護(hù)管內(nèi)有效凈徑：≥50mm（《SDJ336—89混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》）。4）測斜精度（孔偏斜量）△S：±2mm。（二）倒垂孔工藝及保直措施1.倒垂孔施工方法（1）金剛石單管導(dǎo)向管柱鉆進(jìn)根據(jù)倒垂孔設(shè)計(jì)直徑,選用與之相匹配的特制人造孕鑲金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器和巖心管,與巖心管同徑的鋼管連接組成管柱鉆具,進(jìn)行全孔管柱式鉆具鉆進(jìn)。盡量減少鉆孔與鉆具的環(huán)狀間隙。（2）繩索取心鉆具孔底導(dǎo)向鉆進(jìn)可選用ϕ75mm繩索取心鉆具鉆至終孔深度。若孔斜不超過規(guī)定值,可用鋸末、黏土球、泥球?qū)@孔填實(shí),然后用特制導(dǎo)向鉆具套鉆,擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)深度。（3）大直徑導(dǎo)管孔底導(dǎo)向鉆進(jìn)如首先用ϕ273mm金剛石鉆頭開孔,當(dāng)鉆進(jìn)至一定深度后下入ϕ273mm導(dǎo)向管,并用水泥砂漿澆筑固定。然后用ϕ220mm金剛石鉆頭與導(dǎo)向鉆具進(jìn)行變徑鉆進(jìn),直至設(shè)計(jì)深度。必要時(shí)可變徑為ϕ171mm金剛石鉆頭,鉆至終孔深度。（4）液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在堅(jiān)硬巖層中,為了提高鉆進(jìn)效率,確保鉆孔偏斜滿足規(guī)定要求,可采用粗徑鉆桿+液動(dòng)沖擊器,進(jìn)行液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。（5）金剛石鉆進(jìn)在混凝土表面或完整基巖開孔,可下入孔口導(dǎo)向管,直接采用相應(yīng)的金剛石鉆頭鉆進(jìn),一徑到底,簡化鉆孔結(jié)構(gòu)。對孔斜應(yīng)嚴(yán)格控制。（6）多級變徑孔底導(dǎo)向鉆進(jìn)如開孔ϕ275mm,終孔ϕ168mm,中間ϕ245mm、ϕ219mm兩級。如遇不利情況,可隨時(shí)變徑。如孔斜能滿足規(guī)定要求,可以減少變徑次數(shù),簡化鉆孔結(jié)構(gòu)。2.倒垂孔施工工藝防斜是倒垂孔施工的中心環(huán)節(jié)。在施工全過程中,必須嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)和鉆進(jìn)速度,禁止盲目追求進(jìn)尺。始終堅(jiān)持“防斜為主”、“及時(shí)糾斜”的原則,采取綜合防斜措施,確?？仔睗M足設(shè)計(jì)要求。如發(fā)現(xiàn)偏斜值較大,應(yīng)及時(shí)采取有效糾斜措施。（1）開孔鉆進(jìn)開鉆前,應(yīng)重新校對立軸中心,使其與導(dǎo)向盤或?qū)蚬艿闹行南嘀睾?。在?dǎo)向管內(nèi)進(jìn)行金剛石鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)使用小于導(dǎo)向管內(nèi)徑2mm的扶正接頭。開孔采用輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。隨著鉆孔延伸,逐步加長粗徑鉆具,直至達(dá)到8～10mm。必要時(shí)可加至20mm或30mm,形成管柱鉆具,其導(dǎo)向性能更可靠。（2）鉆桿加扶正接頭粗徑鉆具以上的鉆桿應(yīng)加鉆桿扶正接頭,使鉆具回轉(zhuǎn)平穩(wěn),以消除由于鉆桿撓曲擺動(dòng)而產(chǎn)生孔斜。扶正接頭上可鑲焊保徑合金以減少過度磨損,或采用滾珠軸承扶正接頭。（3）沖洗液開孔混凝土采用清水鉆進(jìn),基巖孔段應(yīng)采用乳化沖洗液,以潤滑鉆具、減少阻力、提高效率、延長鉆頭壽命。（4）嚴(yán)格堅(jiān)持金剛石鉆頭排隊(duì)輪換使用的原則每回次提鉆后用游標(biāo)卡尺測量鉆頭與擴(kuò)孔器磨損情況,并記錄在鉆頭卡片或班報(bào)表上。（5）采用較低的鉆進(jìn)參數(shù)轉(zhuǎn)速和鉆壓是控制鉆進(jìn)速度、防止孔斜的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正常鉆進(jìn)中,不得使用鉆機(jī)加壓?？诇\時(shí)應(yīng)用粗徑鉆具和鉆鋌自身質(zhì)量加壓,孔深時(shí)應(yīng)減壓鉆進(jìn),使鉆具呈微承拉狀態(tài)。金剛石鉆進(jìn)時(shí),鉆頭線速度一般為1.0～1.5m/s。ϕ220mm鉆頭鉆進(jìn)的立軸轉(zhuǎn)速80～122r/min,泵量120L/min；ϕ171mm鉆頭鉆進(jìn)的立軸轉(zhuǎn)速200～300r/min,泵量100L/min?？椎讐毫?.0～1.5MPa。（6）鉆具、鉆桿的合理使用每回次下鉆時(shí),粗徑鉆具、鉆桿各螺紋連接部位應(yīng)涂黃油,便于擰卸。不用的巖心管及其接頭、鉆頭等應(yīng)及時(shí)卸開放置,并涂抹黃油。上下鉆具壓迫平穩(wěn),嚴(yán)禁猛墩或強(qiáng)力起拔。鉆具遇阻時(shí)要分析原因,正確處理。提鉆時(shí),嚴(yán)禁猛甩鉆桿、鉆具,防止變形、彎曲。（7）巖心的卡取卡料應(yīng)符合要求。每回次投卡料取巖心,爭取一次成功。取出巖心,測斜后再繼續(xù)鉆進(jìn)。（8）嚴(yán)格把好變徑關(guān)變徑是倒垂孔鉆進(jìn)的重要環(huán)節(jié)之一。變徑必須使用導(dǎo)向鉆具。當(dāng)小徑段長度等于大徑鉆具長度時(shí),才能去掉作為導(dǎo)向的大徑鉆具。變徑時(shí)應(yīng)采用輕壓慢轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)參數(shù),防止鉆孔過大偏斜。（9）定時(shí)測斜每鉆進(jìn)1m左右,應(yīng)測定孔斜一次,確保測斜準(zhǔn)確,并記錄在測斜表格上,及時(shí)掌握孔斜變化情況。如發(fā)現(xiàn)超標(biāo),應(yīng)立即采取措施,防止因偏斜值過大而造成糾斜困難。測斜工作必須在撈盡孔內(nèi)巖心及沉淀物以后才能進(jìn)行。首先安裝好水箱架和水箱,保持基本水平。然后向箱內(nèi)注水,當(dāng)浮體能在液面上自由漂浮時(shí)可停止注水。用鋼絲與鼓形測斜儀連接,通過繞線架控制,下到預(yù)定孔深。將繞線架放置于浮體上,待浮體平穩(wěn)后即可測量。在孔口十字坐標(biāo)上量出偏斜的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值。該坐標(biāo)點(diǎn)與孔口十字坐標(biāo)原點(diǎn)即為中心偏斜值。（10）加強(qiáng)質(zhì)量管理倒垂孔鉆進(jìn),精度要求高,技術(shù)難度大。目前在金剛石鉆進(jìn)條件下,應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管理,建立質(zhì)量保證體系,嚴(yán)格把關(guān),實(shí)行全員、全過程的質(zhì)量控制,嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,精心操作。針對施工中存在的問題,組織QC小組進(jìn)行攻關(guān),確保高精度地完成鉆進(jìn)任務(wù)。破碎地層鉆進(jìn),必須嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺,嚴(yán)防造成鉆孔偏斜過大。（11）清孔驗(yàn)收終孔后,應(yīng)立即洗孔,清除孔內(nèi)殘?jiān)Ｈ缓笞韵露厦?m或2m逐段測斜。經(jīng)驗(yàn)收合格后,下入保護(hù)管。3.主要糾斜方法倒垂孔鉆進(jìn),貫徹“防斜為主”的方針是非常重要的。但是,由于地質(zhì)條件、施工條件、技術(shù)水平和客觀情況估計(jì)不足等因素的影響,鉆進(jìn)過程中發(fā)生孔斜有時(shí)是難免的。一旦發(fā)生孔斜,應(yīng)及時(shí)采取糾斜措施,不可延誤時(shí)機(jī)。主要糾斜方法有以下幾種：（1）立軸平面位移糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,通過立軸往偏斜方向平面位移改變鉆具軸線方向,使鉆頭工作時(shí)軸心壓力產(chǎn)生偏壓而改變原鉆孔軸向。同時(shí)使粗徑鉆具頂部靠近偏斜一側(cè)孔壁,鉆頭則靠偏斜相反方向孔壁鉆進(jìn),從而達(dá)到糾斜目的。糾斜鉆具不必用導(dǎo)向接頭,鉆具長度以2m為宜。加大鉆頭外徑和厚度,嚴(yán)格控制進(jìn)尺,以達(dá)到鉆頭偏壓垂直導(dǎo)正的目的。此方法僅適用于孔深20m以內(nèi)、中心偏斜不大于20mm的孔段。（2）立軸糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,將孔內(nèi)巖心全部取出,并用磨孔鉆頭將孔底磨平。然后在偏斜相反方向調(diào)整鉆機(jī)立軸角度,采用輕壓慢轉(zhuǎn)鉆出一個(gè)新孔,再恢復(fù)正常鉆進(jìn)。（3）擴(kuò)孔糾斜當(dāng)鉆孔變徑后,鉆進(jìn)到一定深度時(shí),發(fā)現(xiàn)孔斜過大,可將孔內(nèi)巖心打撈干凈,并用地勘水泥將該面封填,再用大徑長鉆具導(dǎo)向輕壓慢轉(zhuǎn)擴(kuò)孔鉆進(jìn),直至將孔斜糾正后再繼續(xù)鉆進(jìn)。（4）回填封孔糾斜在中硬巖層鉆進(jìn),當(dāng)某一孔段偏斜值較大時(shí),可用525#水泥漿加砂、礫石摻和封填。（5）中心導(dǎo)向糾斜用ϕ3mm鋼絲繩作垂線,將一個(gè)外徑比鉆頭內(nèi)徑小4～6mm的中心導(dǎo)向器垂直下入偏斜孔段,然后以水泥漿或水泥砂漿灌注。凝固后,拉斷中心導(dǎo)向器頂端強(qiáng)度較小的接線,將孔內(nèi)鋼絲繩起出。下入鉆具套住中心導(dǎo)向器,順預(yù)導(dǎo)方向鉆進(jìn),達(dá)到糾斜的目的。（6）定向糾斜管糾斜根據(jù)鉆孔偏斜方向和偏斜值,將套管腳處外側(cè)焊一塊弧形鋼板（厚度視偏斜值而定）,以吊垂線畫線的方法定向下入孔內(nèi)。下入小一級鉆具,鉆具連接導(dǎo)向鉆具（沿套管內(nèi)導(dǎo)向）,用較小的鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)1m左右。提出糾斜套管,下入與糾斜套管同徑的鉆具,其下部連接小一級導(dǎo)向管,用較小的鉆進(jìn)參數(shù)緩慢導(dǎo)向擴(kuò)孔,達(dá)到預(yù)期效果。（7）定向偏斜楔糾斜根據(jù)鉆孔偏斜值,用鋼管加工槽形偏斜楔。將偏斜楔用鉚釘錨固或點(diǎn)焊在鉆桿接頭上,定向下到偏斜孔段。然后通過鉆桿加壓切斷錨釘或焊點(diǎn),經(jīng)測斜檢查無誤后,再灌注水泥漿或水泥砂漿固定。凝固后下鉆具順偏斜楔槽內(nèi)導(dǎo)向鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢轉(zhuǎn),隨時(shí)掌握孔內(nèi)情況。糾斜成功后,再繼續(xù)鉆進(jìn)。（8）跳級變徑糾斜即一次縮小孔徑2～3級,如用ϕ275mm鉆具鉆到一定深度,發(fā)現(xiàn)孔斜較大時(shí),可下入ϕ219mm套管做導(dǎo)向管。然后換ϕ171mm孔徑繼續(xù)鉆進(jìn)。這樣一次可糾斜57mm。（9）加長粗徑鉆具糾斜鉆進(jìn)過程中,如發(fā)現(xiàn)孔斜較大,可將粗徑鉆具加長到20～30m,這樣也可達(dá)到糾斜的目的。4.倒垂孔施工保直措施（1）鉆機(jī)的安裝與校正1）鉆機(jī)安裝是倒垂孔鉆進(jìn)的重要環(huán)節(jié)之一,必須認(rèn)真對待。鉆機(jī)安裝在基臺(tái)木上,再以3根16#槽鋼作壓梁,通過預(yù)埋的螺桿,將鉆機(jī)牢固地固定在壩面上,保證鉆機(jī)安裝穩(wěn)固、周正、水平。當(dāng)松開螺桿時(shí),鉆機(jī)可前、后、左、右4個(gè)方向自由移動(dòng),以適應(yīng)鉆孔糾斜時(shí)鉆機(jī)的平面位移。2）鉆機(jī)安裝后,應(yīng)采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀校正鉆機(jī)立軸,使其上、下死點(diǎn)與孔口中心偏差控制在1mm以內(nèi)。連接好開孔鉆具,并置于孔口導(dǎo)向盤或?qū)蚬軆?nèi)。采用垂線法逐漸調(diào)整X、Y兩個(gè)方向誤差,使其精度小于1mm。（2）孔口導(dǎo)向管的安裝與調(diào)整孔口導(dǎo)向管的精心安裝是倒垂孔順利鉆進(jìn)的重要條件。其中心偏斜應(yīng)控制在0～3mm,導(dǎo)向管的規(guī)格應(yīng)比鉆具大1～2級,導(dǎo)向管的安裝必須確保其垂直精度。導(dǎo)向管下入后經(jīng)檢測無誤,可灌入水泥砂漿使其與孔壁固結(jié)。（三）倒垂孔施工組織1.施工人員組織成立倒垂孔施工項(xiàng)目部,配備具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技術(shù)、業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的人員組成施工隊(duì)伍,由其中一人擔(dān)任項(xiàng)目部經(jīng)理,全權(quán)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的實(shí)施；項(xiàng)目部下設(shè)若干職能部門,由各職能部門負(fù)責(zé)人分別負(fù)責(zé)各自的職能工作,形成一個(gè)組織完整、管理科學(xué)、技術(shù)精湛、人員年富力強(qiáng)的專業(yè)施工團(tuán)隊(duì)。2.機(jī)械設(shè)備組織（1）鉆機(jī)選擇根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求,應(yīng)選擇穩(wěn)定性好、精度高、具有相應(yīng)功率的金剛石鉆機(jī),以承受鉆進(jìn)過程中的扭矩,消除由于立軸晃動(dòng)、偏心而產(chǎn)生的鉆具振動(dòng)與不穩(wěn)定。如選擇XY-2型或XY-4型液壓立軸式鉆機(jī)或其他相應(yīng)型號的鉆機(jī),以滿足倒垂孔鉆進(jìn)的需要。（2）泥漿泵選擇根據(jù)鉆進(jìn)工藝、鉆頭直徑和鉆孔深度等因素,選擇耗能較少、操作靈活、可以變量、解體性好、便于搬遷的三缸往復(fù)式水泵,如BW-150型、BW-200型泥漿泵或相應(yīng)型號的水泵。（3）鉆塔選擇根據(jù)施工條件,可自行設(shè)計(jì)制造適用于廊道或露天施工的四腿或兩腿鋼管式鉆塔。（4）孔口導(dǎo)向裝置為確保鉆孔定位準(zhǔn)確、開孔鉆進(jìn)鉛直、升降擰卸鉆具安全,可設(shè)計(jì)加工孔口導(dǎo)向盤或設(shè)置孔口導(dǎo)向管。（5）巖心管、鉆桿與主動(dòng)鉆桿根據(jù)鉆頭直徑和鉆孔深度,選擇相應(yīng)的剛性和強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求的巖心管與鉆桿,如鉆頭直徑171mm以上的倒垂孔,必須選擇89mm粗徑鉆桿。巖心管、沉砂管、異徑接頭、鉆桿和鎖接頭的加工精度應(yīng)滿足規(guī)定要求,其不同軸度誤差應(yīng)小于0.2mm,每米長度內(nèi)的彎曲度不得大于0.5mm。主動(dòng)鉆桿應(yīng)保持垂直,不得使用彎曲的主動(dòng)鉆桿。（6）鉆桿扶正接頭鉆桿扶正接頭外徑應(yīng)小于孔口導(dǎo)向管內(nèi)徑或鉆孔直徑2～3mm。在一般情況下,每根鉆桿均應(yīng)安裝扶正接頭。（7）浮標(biāo)式鼓形鉆孔測斜儀可選用國家地震局地震研究所儀器廠研制的DZ-2型浮標(biāo)式鼓形鉆孔測斜儀或自制浮標(biāo)式測斜儀,保證測斜精度滿足規(guī)定要求。以下是某基礎(chǔ)公司研制的浮標(biāo)式鼓形鉆孔測斜儀,其測斜方法見圖1-3所示。圖1-3 浮標(biāo)式鼓形鉆孔測斜儀示意圖1—浮桶；2—底桶；3—水；4—夾具；5—支撐架；6—測線；7—鉆孔；8—測斜儀；9—重錘1）制作原理與精度要求。測斜儀是利用3個(gè)以上（一般取3～6個(gè)）物理性質(zhì)相同的彈簧,在徑向受力相同的情況下,保證伸縮一致,從而使測斜儀的中心保持在鉆孔的中心（圖1-4）。測斜儀的規(guī)格應(yīng)根據(jù)孔徑來確定,一般有ϕ168mm、ϕ219mm和ϕ325mm。測斜儀精度的高低,直接影響鉆孔質(zhì)量。在同一點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測量時(shí)同向誤差不得超過1mm,轉(zhuǎn)向誤差不得超過2mm,才可投入使用。2）制作材料。上、下圓盤選用厚度為4～4.5mm的鋁合金板?；⌒武撈膹椥我蠛?選用的彈簧伸縮性能一致。其他部件用一般鋼材即可。圖1-4 鉆孔測斜儀示意圖1—中心連接桿；2—上圓盤；3—鉸鏈；4—圓弧鋼片；5—彈簧；6—彈簧支架；7—下圓盤；8—加固連接桿；9—重錘3）制作浮桶與底桶。浮桶與底桶均采用中間空心的雙層圓柱體制成。桶底應(yīng)焊接密實(shí),防止?jié)B水。浮桶內(nèi)徑30.5cm,外徑36.0cm；內(nèi)高50.0cm,外高48.0cm。底桶內(nèi)徑40.5cm,外徑46.0cm；內(nèi)高52.0cm,外高55.0cm。材料為鋁合金薄板,厚度不小于1.2mm；或采用鍍鋅白鐵皮,厚度不小于0.2mm。要求在工作時(shí),浮桶和底桶要注入一定水量。浮桶套在底桶內(nèi)并與下端的測斜儀連接。在張力上浮作用下,浮桶在底桶內(nèi)可自由移動(dòng)。4）制作夾具。夾具由夾頭、夾身、連接桿、連接銷和螺母組成。夾具是處在浮桶中心空隙間的一種特殊裝置。上部用螺母與浮桶上端的三腳橫梁固定,測線通過夾具中心孔進(jìn)入可調(diào)夾頭與孔內(nèi)的測斜儀連接。工作時(shí),浮桶受上浮張力的作業(yè),可以自由移動(dòng)。5）測斜方法。以孔口導(dǎo)向管中心為原點(diǎn),建立一個(gè)相互垂直的十字平面坐標(biāo)系。垂直鉆機(jī)長軸的方向?yàn)閅軸,與之垂直的方向?yàn)閄軸。按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),劃為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)象限,同時(shí)仿照方位角定位法,以坐標(biāo)原點(diǎn)上段的X軸方位角為0°,順時(shí)針方向,全方位為360°。這樣就可以用數(shù)值來表示鉆孔的偏斜方向。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。