强岩溶地区超深帷幕灌浆孔的孔斜控制技术

潘龙龙 李博

【摘要】本文对重庆市秀山县隘口水库工程防渗帷幕灌浆施工中遇到的岩溶、溶蚀裂隙及泥沙充填等地层钻孔的孔斜控制的难题，从地质、钻进施工技术参数及钻孔机具等因素分析了钻孔孔斜过大的原因，并提出了施工中的孔斜控制及预防措施。

【关键词】岩溶地区；帷幕灌浆；孔斜控制

1、概述

隘口水库坝址区属典型的喀斯特地貌。防渗帷幕线上地层岩溶发育，尤其以右岸及河床最为发育，其岩溶率分别达15.17%和23.23%，且以泥质充填及无充填为主，发育多个溶洞或溶洞群，最大的空腔体积达数万m3。共布置了防渗帷幕约14万m，最大灌浆压力3.5MPa，最大孔深为201.37m。

因为各方面的原因，钻孔会产生偏斜。如果钻孔偏斜严重发展，就会对钻进质量、事故发生率、钻进效率，特别是防渗幕体的连续性方面产生极为不良影响，导致防渗幕体的厚度不够或不能搭接，形成渗漏通道，不仅影响到水库正常效益的发挥，甚至不能蓄水，为此必须控制钻孔的孔斜。

2、钻孔偏斜对灌浆质量的影响

2.1 孔斜对钻孔质量的影响

钻孔质量差。帷幕灌浆的先导孔施工是为了进一步核实地质岩层资料，了解岩层及构造带的分布状况，用于指导后期各序孔的灌浆施工。但钻孔发生偏斜后，对岩层及构造带的判断就会产生误差。

（2）钻孔合理孔距受到影响。钻孔产生偏斜会破坏灌浆孔间的合理孔距，甚至产生部分无效进尺，只有采取补孔的办法来弥补因孔斜带来的影响。

2.2 孔斜对灌浆质量的影响

浆液在岩石缝隙中的扩散范围受灌浆压力、浆液性质、岩缝发育特征及施工工艺等因素的影响。同一性质的浆液在不同压力、不同地质条件下，扩散充填的范围差异性很大。灌浆孔距的确定，过去应用最多的是凭经验判断，现在一般是在现场作灌浆试验。经过试验后确定的孔距相对于某一坝址地质状况来说是较为合理的，它的最主要特点是，使相邻灌浆孔浆液的充填范围能彼此衔接，而且到最后既不会遗留下能导致透水性超过标准的大裂缝，又不使搭接重叠的部分太少，以能形成一个具有一定防渗标准的“连续帷幕”，又使钻孔量最少。但钻孔产生偏斜后，无疑会破坏相邻钻孔间浆液充填时的这种“衔接”关系，灌浆不能达到预期目的。

3、孔斜的预防措施及处理方法

3.1 孔斜的预防措施

根据隘口水库201m超深帷幕钻孔的施工经验，总结了以下孔斜控制措施，并取得较好的孔斜控制效果。

（1）钻机机身的安放要求水平、牢固，立轴中心与钻孔中心应在同中心线上，并按要求的孔向对准孔位开孔，以使钻进中不摆不晃。

（2）在开孔钻进与浅孔阶段钻进中，机杆不能太长；避免钻进时摆动过大、立轴转动不稳，造成钻机机身不稳定和孔内钻具摆动增大。

（3）使用符合规格的各种钻孔器具，并随时检查，如发现有弯曲的钻具或有磨损较严重的立轴导管时，应及时更换。在浅孔钻进阶段，一般使用粗径钻具为宜。

（4）孔口管镶铸要铅直，必要时适当加大其长度。

（5）随着钻孔深度的增加，逐渐调整钻孔参数，即调整钻进压力、钻进转速、进尺速度等，特别要注意钻进压力的调整，逐渐采用负压钻进。

（6）钻进中，当地层地质变化时，不论岩石是由软变硬还是由硬变软，或者是由完整变破碎、破碎变完整，均应减压、减速钻进，对其进尺的速度和冲洗液的流量及压力亦应加以控制和调整。

（7）鉆进中，随时检查钻机机身有无移动，立轴钻进的方向有无变化，发现问题要及时纠正。

（8）熟悉所使用机械的性能和钻孔方法，经常研究、总结经验。在深孔钻孔中，对孔斜及时测量，准确地掌握钻孔的偏斜情况，及时处理纠正。

3.2 孔斜的处理方法

3.2.1 扩孔纠偏法

该方法适合于浅孔阶段中（一般不超过10m）钻孔已偏斜严重的情况。采取加长粗径钻具，并使用比原钻具直径至少大1 级的钻具，从孔口或从孔口管底部位置扩下去。可以扩大处理符合要求的钻孔，矫正钻孔的方向，防止在继续钻进中该孔偏斜严重发展的情况出现。

3.2.2 短钻具法

在松软地层或厚度大的覆盖层中钻进时，当钻孔产生一定偏斜后，可利用较短的粗径钻具进行矫正。因为在上述地质条件下，钻孔孔径一般比较大，而短钻具在较大孔径内受上部钻具的影响较少，比较容易改变方向。通过用轻压力、慢转速的操作方法，钻头很容易切割松软地层或覆盖层，在自重作用下钻具沿垂向钻进。使用的岩心管长度一般可为1.0～1.5m，钻进3～5m 后进行钻孔测斜，大多情况下能够得到纠正。如果没有矫正过来，则可从钻孔偏斜部位至孔底进行封孔，然后进行上述操作，也可以达到纠正的目的，但要注意封孔水泥的强度。

3.2.3 换径法

是深孔帷幕钻孔中常用的一种方法。主要是用比原正常钻进用的粗径钻具小1级或2 级直径且长度短于1.5m 的粗径钻具钻进。因为短细的粗径钻具可在较大的孔径内接近于垂直状态。在进行矫正前，先把孔内岩心取净，钻进时要轻压、慢速控制给进。钻进3～5m 后进行测斜，一般情况下可以得到纠正。如果没有得到纠正或没有达到理想的结果，可将二级钻孔进行（即新开的小口径钻孔）进行封孔，重新进行纠偏，直至达到纠正或达到理想结果。

3.2.4 扫孔法

是在某一灌浆段钻孔结束时进行孔斜测量，发现偏斜值超过允许值时，先不进行纠偏处理，而是按正常程序继续进行灌浆，当灌浆结束后，用0.5（或0.6）：1 的纯水泥浆（可加适量的速凝剂）置换出孔内稀浆，并待凝24～48h 后再扫（扩）孔。扫（扩）孔时注意控制钻孔参数，可使已偏斜的钻孔段得到有效纠正。但此种办法耗时较长，一般在上述几种方法处理无效的情况下采用。

3.2.5 补孔法

在灌浆施工中，当发现钻孔偏斜严重时，为防止严重的孔斜对灌浆质量产生影响，可在该孔附近补钻新的灌浆孔，一般与原灌浆孔的距离应不大于50cm，但补钻灌浆孔前应封填好原偏斜灌浆孔。此种情况适用于浅孔阶段中就严重偏斜且在采取多种矫正方法均无效的灌浆孔。补钻新的灌浆孔后在与原偏斜孔相对应的孔深位置以上的各灌浆段一般可不再灌浆。

4、结语

隘口水库帷幕灌浆孔最大深度201m钻孔完成后，经终孔测斜，偏距为1.55m，偏斜率为0.77%，满足要求，说明帷幕灌浆钻孔施工中所采用的孔斜控制和孔斜预防措施是可行的，为类似的强岩溶超深帷幕灌浆钻孔的孔斜控制技术提供了经验。