发布时间：2020-06-29所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘 要：针对峨眉岩山市观音水库左岸Ⅱ#变形体岩体破碎，中深度岩锚钻孔施工成孔困难、施工成本大及施工进度慢等问题，通过在Ⅱ#变形体造孔过程中的技术研究，形成了一整套在破碎岩体中钻孔成孔及快速成孔施工的工艺技术。 关键词：破碎岩体 钻孔 喷护 1 项目
摘 要：针对峨眉岩山市观音水库左岸Ⅱ#变形体岩体破碎，中深度岩锚钻孔施工成孔困难、施工成本大及施工进度慢等问题，通过在Ⅱ#变形体造孔过程中的技术研究，形成了一整套在破碎岩体中钻孔成孔及快速成孔施工的工艺技术。
关键词：破碎岩体 钻孔 喷护
1 项目背景
峨眉山市观音岩水库是以灌溉和城市供水为主，兼顾乡村人畜供水的中型水利工程，坝顶高程520.50m，坝顶长163.02m，最大坝高63.0m，总库容1457.9万m3。由于Ⅱ#变形体顶部边缘边坡为板、块状岩体，地质条件较差，裂缝、裂隙发育，在施工中出现塌孔、掉块、卡钻、漏风等现象，造孔相当困难。
2 项目研究内容
2.1钻机选型
工程中常用的100B型钻机，但对付复杂岩层，特别是断层破碎带，软硬互间的破碎岩体，则显得力不从心。经调研，首选YG-60锚固工程钻机。YG-60锚固工程钻机具有动力足、扭巨大、重量轻的特点，特别适应于对付坚硬的破碎岩石。
2.2钎具加工改造
为保证正常钻进，在钻头、冲击器后缘增加3～5个合金块，以实现正常钻进时用钎头，退钻卡钻时用合金块。
2.3喷护设备
研制、加工一套三通送料装置，需要孔内高压喷护时，将拌好的混合料通过压力钢管直接旋喷在孔壁上，以实现胶结岩石、勾缝护壁之功能。
2.4材料选型
⑴化学灌浆材料
目前国内外可供选择的化学灌浆材料种类繁多，如常用的具有膨胀加强度的LW+HW组合，专用于土体和破碎岩体加固的Deneef化灌材料，其性能非常优越，但是以上材料价格太昂贵。
⑵水泥浆液
在水泥浆液中配3～5%的水玻璃是目前广泛采用的方法，且价格低廉。但是，注浆后凝固时间过长，根据以往经验，从灌浆到再次钻进约2天，岩层内有较大裂缝、断层时，浆液的扩散范围大，其结果是注浆量过大。
⑶水泥基类灌浆材料
既要快速固结一定范围内的破碎岩体，又要节省材料，是实验选材的主导思想。经调研，选用加拿大产品U-PLUG。
对比三种材料的优缺点，试验以第⑵第⑶灌浆材料为主。即U-PLUG处理破碎带，快速粘结岩石，限制浆液扩散范围。再用水泥浆液灌注;处理断层带：柔性材料充填大空隙、大空洞，U-PLUG处理较小裂缝，快速粘结岩石，然后水泥浆液灌注。
3 试验方案选择
3.1后冲击法
根据国内类似工程调研，云南小湾水电站曾采用后冲击法钻孔40 m，该处属于塌滑堆积体，偶遇软硬相间的大孤石，获得成功。此次造孔试验，首先考虑此法。
3.2前后冲击法
在钻杆的前、后各安装一个冲击器，依靠二个冲击器的强大功率钻进。送料时，将钻杆退出，利用另外的三通送料装置将混合料送入需要喷护的部位，高压喷护在破碎岩体上，起到渗透、勾缝、护壁的作用。
3.3前冲击法
钻头后连接冲击器，通过高压风冲击钻头，凿岩。优点是功率大，在较好岩层中钻进速度快。
由于工程地质部门未能提供比较全面的反映该地区地质情况资料，根据以往工程经验，结合已揭露岩层的地表情况，前期施工试验思路是边造孔、边掌握地质资料，边总结经验，在实验研究中通过不同施工方案的实验效果分析，最终确定在坚硬的破碎岩石中造孔，采取前冲法施工方案。
4破碎岩体及断层带成孔技术试验研究
4.1破碎岩体造孔施工技术研究
4.1.1施工工艺
对破碎岩体的施工工艺：开孔(安孔口护管)→钻进(一定深度)→拔出钻具→下管喷护→继续钻进…→成孔。
喷护工艺：钻孔→喷护U-PLUG→喷护水泥浆液→U-PLUG护壁→待凝→加杆钻进。
4.1.2具体施工方法
⑴ 开孔：如开孔部位岩石破碎塌孔，可退钻人工处理孔口碎石，待完成后继续钻进，有经验的操作手能感觉到是否继续钻孔。若卡钻严重，立即退钻。此法可在3～5m孔深范围内采用。
⑵强风排渣：退钻后，强风排渣，清孔降温。如果出现排渣不畅，就要利用多功能钎头强循环排渣，总之，尽可能地清孔干净。
⑶喷护：设计一套带三通的送料系统，在其中一个口上增加一个注浆漏斗，并用球型阀门交替控制，实现正常排渣时用风压，注浆时用漏斗注进护壁材料。一般反复喷射4～5遍即可，钢管提升速度为0.2～0.3m/min，喷护量控制在400～500L/m,结束标准以孔口出风量衡量。
处理破碎带岩体采用以下三种材料;
①U-PLUG速凝、膨胀、胶结好;②堵漏洞，充填大裂隙YMC-1材料;③水泥浆材料
经过现场配合比试验，综合考虑凝固时间、现场易于操作、拌合时间、管路占浆、供风系统保证率等不确定因素，选用水灰比0.4:1,速凝剂掺量为5~6%。
4.2断层破碎带成孔技术试验研究
4.2.1施工工艺
造孔施工工艺：钻进(钻过破碎带)→拔出钻具→下管喷护→继续钻进…→成孔
喷护工艺：钻孔→喷护U-PLUG→喷护YMC-1→喷护水泥浆液(掺入棉纱、海绵等充填物)→待凝→扫孔→加杆钻进
4.2.3具体施工方法
① 钻孔： 遇到断层破碎带，操作工应仔细观察钻机、钻杆有无异常，如钻机振动，机身颤抖，声音异常，进退困难。此时，反复进退钻杆，不可冒然加杆钻进，待穿越断层后，立即退钻。
② 强风排渣：清孔降温，尽可能将孔内的碎石渣、粉尘排出孔外，保证畅通。
③喷护：首先喷护水泥浆拌和的柔性材料，充填大空洞、大裂缝，此类材料具有弹性作用，喷入断层内，可以在某个部位挂贴在四周的碎石上，在孔的下部逐渐堆积柔性层，慢慢向孔四周合拢。然后喷护YMC-1料，充填未被堵塞且较宽的裂缝。
④钻进时间 不同材料喷护凝固的时间是不同的，经多次试
验：U-PLUG材料喷护，白班2h，夜间4 h;水泥浆：24h~36h可以钻进。
⑤ 喷护工艺：钻孔→退钻→喷护柔性材料→喷护YMC-1+水泥
浆液→水泥浆液+U-PLUG护壁→待凝(白班2~3h，夜班4~5h)→加杆钻进
采用以上方法，造孔施工顺利穿越了断层破碎带，尤其是充填物较少的断层，最大宽度1.5m，发生在31.0~32.5m位置。
4.3快速施工方法
4.3.1材料选用
钻孔时间仅占成孔时间的1/4，3/4时间都用在灌浆、待凝上。为此，必须选择合适的材料，缩短材料凝结时间，真正实现快速成孔。
⑴ U-PLUG具有遇水膨胀、胶结好、凝固时间快、价格适中的特点，对付破碎岩体先喷一遍，U-PLUG在高压风作用下，形成雾状，迅速充填裂缝，胶结碎石，堵塞渗漏通道，初步稳定碎石，然后再喷护其他材料。
⑵ 柔性材料主要作用是封堵大断层、大裂缝。
在实验施工中尝试用膨胀的柔性的材料试验获得了成功，堵住了渗漏通道，穿越过断层，效果非常好。
⑶ 水泥浆液加速凝剂作为注浆主要材料，广泛应用工程中，由于价格低廉，技术成熟，起到很好的作用。缺点是凝固时间长，尽管加水玻璃、速凝剂等外加剂也是如此。
4.3.2人员配备
熟练的技术工人能够快速掌握钻孔规律，摸清岩石情况，正确处理问题。
5 技术经济效果分析
5.1技术效果分析
⑴ 钻机选型：对付破碎岩体应采用大功率、大扭矩专用岩锚钻机。经过多方调研及实际施工试验，确定选用YG-60全液压岩锚钻机是正确的。
⑵ 钻杆和钎头：以往工程中在钻杆上焊接高强锰钢，变成螺旋钻杆，其目的是靠螺旋钢挤碎掉入孔内的碎石，排出孔外，退钻时，不至于卡钻头。
⑶ 喷护材料：经过室内外试验，选用U-PLUG材料能满足凝固速度快,强度高遇水膨胀的要求。搅拌成水泥浆后，高压喷入孔内的空洞、裂缝中，能迅速胶结破碎岩块。
5.2经济分析
在山高、路陡、条件恶劣的断层破碎带上成孔，每孔的材料费用较传统施工工艺相比造孔施工成本大幅降低。——论文作者：肖家军
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