水电站斜孔钻进施工工艺论文
1工程概况
为了重点查明左岸岩体内断层分布情况、坝基基本地质条件与水文地质条件，地质工程师布置了与水平方向夹角为30°倾斜角、320°方位角的钻孔，该孔设计孔深100m，终孔孔径不小于91mm。钻孔取芯要求为:弱风化带岩体采取率达85%以上，微新岩体达90%以上。
2地质条件
攀枝花银江水电站左岸地层主要有下元古界变质岩系，震旦系上统碳酸盐岩二叠系下统阳新组碳酸盐岩，上统峨眉山玄武岩，三迭系上统～白垩系的碎屑岩类，并有不同时期的岩浆岩广泛出露。区内侵入岩主要有晋宁期石英闪长岩、辉长岩、斜长花岗岩、闪长岩，华力西期正长岩、花岗岩、辉长岩等类型。下元古界构成本区基底，其它地层形成盖层。第四系河流冲积、洪积在河床中广泛分布，崩塌堆积和残坡积零星分布山麓地带。岩体裂隙发育，查阅相关区域地质资料，取芯多为碎屑状及小碎块状，区域内的断层对斜孔钻探施工有一定的影响。
3钻孔实施
3．1施工准备
(1)用测量仪器准确放样钻孔孔位。(2)平整钻场完成以后，采用现浇混凝土固定钻机底座，对正孔位，固定钻机。(3)钻机安装完成后通知现场地质及测量工程师，对孔位及倾斜度进行确认，经检查合格后方可进行下一道工序。(4)根据现场地质条件并结合现有设备情况，选用重量较大、重心低、功率大、性能稳定、操作灵活以及安全可靠的XY－2型油压钻机，匹配395柴油机作主动力。(5)水泵选用湖南长沙生产的BWQ－160型泥浆泵，该泵的特点是性能稳定、排量均匀。(6)根据斜孔的设计深度并结合地层情况，选配普通50钻具钻杆，单根长度为1．0～3．0m，有利于保证钻杆整体刚度并控制钻孔方向。(7)与钻机配套的.钻塔不能用于斜孔施工，需现场加工斜倾角专用钻塔。
3．2钻机安装与调试
(1)按照测量仪器测定的孔位和已浇好的底座，将钻机及动力部分安装水平、稳固。(2)调试钻机回转器，将角度定为30°、方位角320°，经现场地质和测量技术人员确认并符合要求后方可最终固定设备，准备开钻。
3．3钻进参数选择
(1)钻压。在斜孔钻进中，钻头所需压力全部靠机械施加，其中一部分用于克服钻具与孔壁的摩擦，因此斜孔钻进要求的压力比垂直孔要大。(2)转速。由于岩石岩性较脆、较碎，钻进搅动后岩石容易成碎屑，宜采用中低速钻进。(3)泵量。斜孔冲洗液不容易返出，排粉条件较差，一般泵量要比常规垂直孔稍微加大。(4)泵压。由于孔内涌水量较大，为防止因假循环造成烧钻事故，通常采用高泵压效果良好。
3．4施工工艺
拟钻斜孔地层岩体裂隙发育，在这种地层施工垂直孔，将不可避免发生孔内掉块卡钻埋钻等事故，尤其是倾斜角钻进的情况下。为防止卡钻事故发生，针对此类地层的特殊性，施工人员进行了认真研究，采取了以下应对措施。(1)根据所钻岩石具有硬、碎、脆的特性，采用经过专门加工的软胎体电镀金刚石钻头。(2)冲洗液选取要合适。选择适应斜孔钻进技术的低粘度、低失水、高润滑性、护壁性能好的低固相冲洗液或具有流变性好、润滑性好的无固相泥浆冲洗液。(3)钻孔结构设计是与钻进有关的所有工程计算的基础。钻孔结构是指钻孔由开孔至终孔，钻孔剖面中各孔段的深度和口径的变化情况。根据地质设计要求，确定相应的终孔直径;根据地层条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备性能等因素，合理确定开孔直径、换径次数及其深度;根据不同的地层条件，合理设计钻孔结构能有效降低成本，提高钻进效益，减少事故的发生。根据作者多年类似工程的经验，设计了YZK20钻孔结构。
4钻孔事故预防及应对措施
4．1防止钻孔倾斜
(1)采用武汉基深测斜仪有限公司生产的CX－5C型储存式数字钻孔测斜仪，钻进过程中按每5．0m测斜1次。根据测斜数据，做好分析及预测工作，并及时调整钻进参数。现场配备2套仪器，以便进行试验数据对比、复核，防止测量误差。(2)本次钻孔设计倾度为30°，为防止人为因素造成钻孔倾斜角度过大或弯曲偏移，要同时把好设备安装关和地表开孔关。受现场施工条件影响，采用150开孔，并下入一定深度的护孔管，可保证钻孔按设计的角度进行钻进。(3)因穿越地层复杂，软硬(碎)互层多，加之岩体裂隙发育，钻孔极易弯曲，易产生孔内事故。为此，斜孔钻进时要密切注意钻杆、钻具磨损与弯曲情况，加强立轴孔口同心度的校正，发现弯曲、破裂等情况立即更换。
4．2防止掉块卡钻
(1)在破碎的石英闪长岩地层进行垂直孔钻进，掉块卡钻事故时有发生。为防止发生掉块卡钻事故，应采用短岩心管长沉淀管的钻具，不打懒钻，勤捞沉淀，持续推进。(2)因穿越断层带的宽度大，孔内事故概率高，掉块卡钻是该类地层钻孔钻进的最大风险，一定要将相应的施工技术措施落实到生产实践中。同时，若发现水泵因严重憋水或岩芯堵塞而出现泵压升高现象时，应立即提钻。(3)在钻探过程中，应保持孔内冲洗液柱的静压力，提钻或漏失时应及时回灌冲洗液，以保持孔内压力平衡，防止孔壁失去稳定而塌孔。提、下钻时要稳、慢，以防止动压力所造成的孔壁失稳，引起掉块。
5结语
为最大限度地采集到满足地质设计人员所需的岩芯，本次地质勘探采用了单动双管钻具、适宜的泥浆护壁、合理的钻孔结构等措施，在复杂地层的斜孔钻孔中取得了“零事故率”的好成绩。通过本次的勘探实践与经验总结，可为类似地层斜孔勘探提供技术储备。
作者:袁宜勋 王振华 谢琦 单位:长江三峡勘测研究院有限公司
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