深水复杂结构淤泥层扰动爆破排水孔施工关键技术

付建国，李 江

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 工程概况

刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程岩体段位于进水口的最前端，与水平面呈45°夹角。岩塞口最大水深70.0m，平均淤泥层厚30.0m，岩塞体下部直径为10.0m，最大外部直径为21.6m，岩塞最小厚度为12.3m，爆破体量大，深厚淤泥层多年固结，整体冲刷启动难度大，爆破技术复杂，施工难度大。该工程共布置4个排水孔（见图1），孔内安装Φ200mm软式透水管，孔入岩1m。

图1 淤泥排水孔位置示意图（单位：m）

工程地质条件：水下现代冲积淤积层顶面高程1702～1692m，厚度11～58m，呈缓坡状，大部分地段由岸边向主河槽逐渐降低，再向洮河口方向呈缓坡状逐渐抬高趋势。进口岩塞段出露地层岩性主要为前震旦系的深变质岩、第四系松散淤积物。

2 技术关键点和施工重难点

（1）为确保淤泥扰动爆破效果，排水孔精确定位和孔斜率（不大于1%）是工程的技术关键点和施工重难点。（2）作业区域为刘家峡旅游船只通道，钻机工作平台稳定是工程的重点。（3）排水孔嵌深基岩以下1m，钻孔精度控制是工程的技术关键点和施工重点。（4）排水孔孔径大，钻孔成孔施工难度大。

3 施工布置

3.1 施工平台布置

自主研发的环保型箅式平台尺寸：12m×9m（长×宽）。平台的起抛锚工作，由租用的游船来完成。平台距左岸最近距离约25m，锚头距左岸最远距离约100m，为防止锚绳对过往船只行驶安全造成威胁，平台距左岸约70m左右，用红色浮漂构筑一道施工警戒线。

3.2 施工通道

在左岸与平台之间搭建浮桥，作为人员、材料运输通道。

4 施工方法

4.1 排水孔施工方案总述

利用自主研发的箅式平台，稳定性高，实现一次定位便可完成全部钻孔的实施任务。采用钢套管叠加保护的钻孔技术，使用地质钻机钻孔施工，RTK测量放样孔位和测斜仪量测孔斜率。

4.2 排水孔钻孔施工要求

（1）排水孔孔口位置准确测定，经常校核，孔斜不大于1°。（2）排水孔孔深应钻至基岩面或基岩面以下1m，具体孔深根据孔内淤积情况进行调整，满足设计图纸技术要求。（3）套管最小内径应大于200mm，采用内平结构，套管应下至基岩面。（4）钻机底盘及水上平台应固定牢靠，不受水流、风浪、水位升降而产生明显摆动或位移。（5）安装透水管前，对于钻孔要进行清孔处理，保证透水管顺利下放；透水管就位后，对其水上部分要采取可靠的固定措施，防止透水管倾倒入水中，孔口采用塑料编织袋封堵作为临时封堵措施，防止坠物堵塞套管。

4.3 施工方法

（1）φ325mm套管下放通过设在平台上与各钻孔相对应的钻孔定向导正器，下入外径为φ325mm的套管，套管采用外平结构，下入淤泥面以下10m左右，利用高精度测斜仪及钻孔定向导正器进行调整，保证φ325mm套管偏斜角度控制在0.3°以下，孔口利用特制管夹夹紧固定。

（2）φ273mm钢套管安装。在φ325mm套管内下入φ273mm套管，当φ273mm下至硬层后，利用φ220mm钻具钻至淤泥面以下20m，再利用拍套管的方法将φ273mm跟至淤泥面以下20m，孔口利用特制管夹夹紧固定。

（3）φ245mm钢套管安装。在φ273mm套管内下入φ245mm套管，利用φ220mm钻具钻至基岩面或基岩面以下并将φ245mm套管拍至基岩面。

（4）套管沉积物打捞。利用无泵钻具和抽筒钻具清理φ245mm套管内的沉积物，保证沉积厚度小于1m。

（5）遇孤石时的施工方法。当下套管过程中遇到大孤石，套管无法下入时，利用φ220mm金刚石钻具钻穿孤石，下入φ219mm套管并跟至基岩面。各规格套管安装过程中，保证其呈垂直状态后，迅速下放，使其插入库底淤积层中，当钢套管在淤积层下降缓慢时，利用钻机卷扬反复上下起放钢套管，靠冲击力使其下入淤积层相对较稳定处或设计深度，利用高精度测斜仪测量钢套管在管中部及底部的偏斜和弯曲情况，只有垂直度满足技术要求后，才可固定钢套管，进行下一道施工工序。不满足技术要求时则需起出套管重新下入直至合格为止。套管间采用丝扣连接，连接处采取适当的防脱扣措施，防套管脱落，造成钻探事故。

（6）淤积层钻进技术参数。主要钻进技术参数如下：转速为300～500r/min；泵量≥100L/min；泵压为0.3～0.5MPa；钻压为1～2kN（考虑钻杆重量，孔深时，应进行减压钻进）。钻进过程中如发现钢套管松动，需根据实际情况加接钢套管。钻进过程中随时进行钻孔孔斜测量，发现孔斜过大，需及时采取相应的纠斜措施进行纠斜。

（7）基岩钻进。到基岩面后，换金刚石钻头钻进至设计孔深。岩塞口处基岩与覆盖层接触面很陡，坡度为65～85°，为防止“顺层跑”情况发生，当钻进到基岩面时，必须采用长钻具、低轴压、慢转速、小泵量等钻进工艺，同时控制进尺速度，钻进20cm左右后，方可正常钻进。金刚石基岩钻进主要参数如下：转速为180～800r/min；泵量为80～100L/min；泵压为0.3～0.5MPa；钻压为2～3kN（考虑钻杆重量，孔深时，应进行减压钻进）。

（8）施工测斜拟采用上海地学仪器研究所生产的KXP-2D（M）型数字罗盘测斜仪进行钢套管和孔底顶角和方位角的测斜。该测斜仪采用重力加速度传感器测量钻孔顶角，采用巨磁效应磁阻传感器测量大地磁场及钻孔方向的磁矢量。其主要技术指标为①顶角测量范围为±45°；②顶角测量精度为±0.1°；③方位角测量范围为0～360°；④方位角测量精度为±2°。施工过程中对钢套管、钻孔孔身及孔底进行多点测斜，测量工作由经过测量培训的技术值班员按操作规程完成，并做好测斜记录，确保钢套管及钻孔偏斜资料的准确性。

（9）施工测量采用上海华测导航技术有限公司生产的华测M500型RTK进行施工放孔及终孔验收。测量人员需严格按测量技术规范进行测量工作。

（10）只有终孔排水孔孔深和孔斜率均达到了设计要求，才能确定终孔，再联合监理现场进行验收。

（11）当排水孔钻孔验收合格后安装软式透水管。在透水管下部端头处拴挂钢球，确保透水管下放至排水孔孔底。

5 施工质量控制措施

5.1 施工管理措施

鉴于岩塞爆破的重要性和特殊性，管理现场施工十分关键，必须合理安排、精心组织、精心施工。

（1）为确保岩塞爆破安全与成功，需成立排水孔施工小组、应急小组。排水孔施工小组：解决相关技术问题，指导方案实施，确保每个排水孔施工精度。应急小组：负责钻孔中一切意外事件处理工作。

（2）狠抓制度建设与落实。做好岩塞爆破工程，制度是保障，也是关键。施工过程中着重抓好制度建设与制度的落实。一是根据项目管理的需要整理出一套系统、完整、全面、细致的规章制度体系，作为依规办事的依据，尤其注意以下四个方面：①项目组织机构设置、部门分工、岗位说明；②质量、安全等各项专业管理制度；③施工作业指导书；④评审后的相关指导性文件。二是在实施管理制度的过程中，把重点放在制度的实施、检查落实到位方面，将“自检”与“互检”相结合，把每个作业与管理人员具有或承担的“互检”工作作为自检的任务之一，这样人人都自觉查看自己责任范围和关联部门岗位的问题，一旦发现，马上解决，保证各部门在不增加管理成本的情况下能够更加高效地运转。

5.2 质量控制措施

为保证施工质量，必须严格按规范及设计要求进行施工，现场设立专门质量检查机构，实行“三检”制度，对施工工艺和施工过程进行全面控制。加强测量、实际监测等手段，确保施工质量满足设计要求。

（1）人员准备：合理和有效的人员配备是完成本工程的决定性因素，精干的专业爆破施工队伍是安全、顺利、按期完成本工程的关键所在。

（2）施工场所、机具准备：排水孔设计要求高、工程复杂、施工难度大。施工前检查所有机具的性能状况。

（3）技术准备：施工前组织有关技术、施工人员阅读设计技术要求和图纸要求，做好详细的技术交底。

（4）排水孔施工质量控制措施：水下排水孔钻孔位置应准确测定，经常校核，为保证爆破精度和效果，要求排水孔的孔斜控制不大于1%，及时向现场监理工程师提供每孔的坐标、测斜数据。水下钻孔应嵌深基岩以下1m。钻机工作平台固定牢靠，不受水流、风浪、水位升降而产生摆动或位移。

6 结束语

深水下岩塞爆破排水孔钻孔成孔施工技术科学合理，充分考虑水流流速、旅游过往船只等因素对钻孔精度的影响，经实施，取得了良好的效果，积累了以下经验：（1）排水孔孔斜率要求特别高，必须确保钻孔精度。（2）充分考虑周围环境对施工的影响，设计制作稳定的作业平台是首要任务。（3）在水上作业，制订安全措施和应急预案，并在施工前进行安全技术交底。（4）每道工序施工前都必须在同工况地区进行试验，试验成功后才能进行岩塞爆破施工。