潘口水电站溢洪道出口防冲段边坡锚索成孔施工技术

黄黎君 李玮 马卓

摘 要：潘口水电站溢洪道出口防冲段边坡布置有预应力锚索，由于地质条件差，地下水丰富等原因，锚索成孔非常困难。实际施工过程中，采取了固壁灌浆法及跟管钻进法进行成孔作业，顺利完成了锚索成孔。

关键词：锚索；固壁灌浆法；跟管钻进法；成孔

中图分类号：TV54 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0008-01

1 工程概况

潘口水电站位于汉江支流堵河上游河段，坝址位于湖北省竹山县境内，下距竹山县城13 km。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程362 m，最大坝高114 m；电站装机总容量500 MW（2×250 MW）；总库容23.38亿m3。溢洪道布置在右岸，为岸边开敞式溢洪道。溢洪道共分为5个部分，从进口到出口分别布置有：进水渠段、闸室控制段、泄槽段、挑流鼻坎段、出口防冲段。出口防冲段边坡共布置有36束。

2 500 kN级预应力锚索

2.1 锚索设计参数

溢洪道出口防冲段边坡位于堵河右侧河岸，砂砾石河床原始地形高程约260 m，两台机组发电尾水水位高程263.11 m。边坡脚槽底高程253 m，边坡顶高程273 m，边坡坡比1？誜0.779。

边坡布置锚索3排，每排12束，共计36束；3排锚索开孔高程分别为：260.744 m、265.478 m、270.211 m，锚索水平间距6 m。锚索长度（入岩）41～55.5 m，其中锚固段长度9 m；锚索倾角16.3640。每束锚索由10根钢绞线（7Φs5，Φj15.24，）组成，锚索设计张拉力1 500 kN，超张拉力1 650 kN。

2.2 工程地质

锚索共穿越6个地质层，顺锚索成孔方向由外向里分别为：约11 m厚灰黑色含炭石英质千枚岩层；约4 m厚灰绿色绿泥钠长片岩层；约3 m厚灰黑色含炭石英质千枚岩层；约2 m厚灰绿色绿泥钠长片岩层；约19.5 m厚灰黑色含炭石英质千枚岩层，最后进入灰绿色绿泥钠长片岩稳定基岩中锚固，锚固长度不小于10 m。中风化、弱风化地质层厚度约为20～29 m。锚索钻孔孔深达到约18～30 m后进入承压地下水层。

3 锚索钻孔成孔方法

3.1 锚索钻孔初期出现的异常情况

锚索钻孔初期，采用常规的钻孔方法成孔，钻孔机械为YG-80型锚固钻机，20 m3空压机提供钻孔动力。钻进过程中，出现孔壁掉块、孔口冒水、串孔漏气等异常情况。初期钻了3个孔，仅成孔1个，其它2个孔：1个孔连续坍孔，无法继续钻进；另外1个孔钻头和部分钻杆卡住，无法退出。

3.2 分析原因和研究解决措施

出现以上异常情况后，有关单位现场分析原因和研究解决措施。有关人员查看施工现场和地质资料后，认为出现钻孔异常情况的主要原因是地质条件较差，具体体现：地质层状结构明显，锚索穿越6个地质层；地质层软硬相间；承压地下水水量丰富，水压力较大。经研究决定采取以下解决措施：①仍采取常规钻孔方法成孔，但需改进钻孔工艺；②采取前面的方法仍无法正常成孔时，采用“固壁灌浆法”进行处理后再二次钻孔；③采取前面两种方法仍无法正常成孔时，则采用“跟管钻进法”成孔。

4 改进钻孔工艺

4.1 卡钻原因分析

①地质上存在软硬岩层相间现象，在进入岩层分界处时，钻头同时接触两种性质的岩石，钻进时易产生偏斜，导致钻孔不直而卡钻；②地下水丰富，千枚岩遇水软化成泥，易堵塞钻头风道，不能送风排渣而卡钻；③千枚岩、片岩本身性质较差，再加上地下水丰富且压力较大，易发生孔壁掉渣、掉块而卡钻；④钻孔机械和钻孔工艺问题，如：钻机固定不牢固；钻机钻进时异常振动、偏心；孔斜控制不严格；清渣不及时或未清理干净；钻进风压和速度控制不当。

4.2 钻孔工艺改进措施

①将锚索分为两序施工，同序锚索孔间距调整至12 m，以减小相邻孔施工相互影响，避免发生串孔漏气问题；②脚手架与边坡之间固定用插筋加密，钻机与脚手架固定牢固；③检查钻机动力装置有无偏轴旋转；钻机滑行轨道是否调平；钻杆是否存在弯曲、偏心、连接不牢固等问题；钻头是否磨损或偏心。如存在以上问题，及时处理；④精确测量放线，控制钻机就位时的倾角；设置孔斜测量装置；钻进过程中加密进行孔斜测量，发现孔斜超标及时处理；⑤千枚岩中钻进及软硬地质层交界处钻进时，控制风压和钻进速度，匀速、慢速钻进；加大清渣频率；进入地下水层后，清渣时适当加大清渣风压，以利沉渣排出；⑥发现卡钻等异常情况时，立即提钻处理。钻机正反转动，边转边提，上下提动，边提动边送风排渣，将钻杆退出。

5 固壁灌浆法成孔

5.1 灌浆方法

通过孔口携渣及冲击器工作情况，判断钻孔是否正常。发现异常情况，立即退出钻杆并进行固壁灌浆。采用孔口封闭纯压式灌浆，待凝等强后二次扫孔钻进。

5.2 灌浆材料及设备

灌浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥。灌浆设备采用ZJ400型制浆机制浆，ZSB-3型灌浆泵灌浆，SGB6-10型记录仪自动记录。

5.3 灌浆过程

灌浆压力为0.3 MPa，浆液分为1？誜1、0.8？誜1、0.5？誜1三个比级，开灌比级1？誜1，由稀到浓逐级变换。浆液变换标准：当某一比级的灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级继续灌注。当注入率≤2 L/min时，保持压力继续灌注15 min结束。

5.4 特殊情况处理

当出现严重漏浆，单次灌浆水泥已超过10 t时，采取低压、浓浆、间歇灌注、掺加速凝剂等方法处理。

5.5 二次扫孔钻进

当固壁灌浆完成3 d后，二次扫孔钻进，排出孔内废渣。之后继续钻孔作业，直至达到设计孔深。

6 跟管钻进法成孔

6.1 钻孔机具

钻机为YG-80型锚固钻机，钻头为可偏转钻头，正转时钻进并带动套管跟进，反转时钻头可以从套管中退出。钢套管直径168 mm，壁厚10 mm，单根长度1.5 m，丝扣连接。拔管机为OSJ-B60型拔管机。

6.2 施工流程

搭设脚手架——钻机就位——钻头等安装——跟管钻进——下锚索——锚固段拔套管——锚固段段注浆、锚垫板砼浇筑——水泥浆和砼待强——自由段拔管——锚索张拉——自由段注浆——封锚头。

6.3 施工方法

6.3.1 钻头、钻杆、套管靴安装

将偏心钻头连接钻杆，穿入钢套管靴中；再将偏心钻头伸出套管靴外，偏转钻头并卡扣在套管靴上；最后将钻杆与钻机连接。

6.3.2 跟管钻进

开动钻机钻进，并将套管靴带入孔中；接长钻杆和套管，继续钻进直至终孔。为保证钻孔不发生偏斜，头几节钢管跟进时在孔外设置限位支架，控制钢管入孔方向。遇不良地质区段，采用小风压、低钻速，匀速钻进。钻孔达到设计深度后，反转偏心钻头，将钻头和钻杆退出套管。

6.3.3 拔出套管

由于锚索安装至自由段注浆之间相隔1个多月，未避免自由段坍孔，套管宜分两次拔出，即：锚索安装完成后、锚固段注浆前即可将锚固段套管拔出；锚索张拉前将自由段套管拔出。拔管时采用拔管机和油压千斤顶，将套管拔出一节，拆卸一节，直至全部拔出孔外。

7 结 语

潘口水电站工程溢洪道出口防冲段边坡通过采取以上多种措施，顺利完成了全部锚索的成孔。

“固壁灌浆法”成孔，由于地质条件差，故可能出现浆液消耗量很大的情况，大幅增加施工成本。为解决此问题，需要通过试验进一步研究：浆液扩散填充至孔壁内多深的范围，就可以满足固壁要求；采取何种措施可以控制浆液扩散填充深度，既满足固壁要求，又降低浆液消耗量。“跟管钻进法”成孔时，如果套管不能拔出或报废，则施工成本会大幅增加，因此应重视跟管时的孔斜控制。

参考文献：

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