水利水电工程循环钻进法围堰防渗墙施工应用分析

2022-05-25赵大鹏

黑龙江水利科技 2022年4期

赵大鹏

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司，沈阳 110166)

0 引言

冲击钻孔是架空严重、结构松散、含有大量块石和孤石深厚覆盖层防渗墙成槽施工中的首选机械设备，其中钻劈法为传统的成槽方法，其工艺流程如下：将槽段划分成副孔与主孔，并利用冲击钻机在泥浆固壁条件下开展成槽施工；然后遵循先主孔、后副孔、再小墙和成槽的施工流程直至终孔[1-2]。目前，我国大多数工程都是使用CZ-6A型钻机，初代的CZ-20型逐渐被替换淘汰，钻具质量最高达到5000kg，较最初的1000kg有明显提升，成槽深度达到100m以上。对于槽孔较深的防渗墙工程，由于钻具太重传统的钻劈法施工时存在许多不足，主要体现在：①施工时槽孔内易出现埋钻、卡钻的情况，因小墙孔深及副孔、主孔相差较大，处理难度较大甚至会处理失败；②横孔易出现漏浆，处理不及时很容易发生大范围的坍塌事故，槽孔坍塌、漏浆处理会延误工程，并造成工程成本的增加；③小墙过窄、槽孔太深，施工难度较高，槽段内易形成波浪形小墙给防渗墙工程质量造成直接影响[3-6]。

针对深厚覆盖层内含有大量孤漂石的水电站围堰防渗墙工程，若使用钻劈法施工则很难达到工期和设计目标[7]。鉴于此，文章结合深厚覆盖层特点探讨分析了循环钻进法围堰防渗墙施工技术，并以太子河支流小汤河中游关门山水库为例详细论述了单元槽段成槽施工法。

1 循环钻进施工法

1.1 技术原理

对防渗墙单元槽段利用循环钻进法施工时，一般自上而下将深厚覆盖层划分成若干循环段，控制循环槽深10m，分段施工成槽。单元槽段内，各循环成槽施工时划分成副孔和主孔，在泥浆固壁条件下用冲击钻机施工，施工时遵循先主孔、后副孔、再小墙的工艺流程，控制主、副孔之间的错开深度3m。施工完成主孔、副孔和小墙一个循环后则进入下一循环施工，直至终孔。

1.2 工艺流程

循环钻进法成槽的主要流程如下：施工准备→循环划分→首次循环的主、副孔钻进和黏土回填(厚1m)及小墙施工→下一循环主、副孔及小墙施工→终孔完工。

1.3 技术要点

1)施工准备。实际工程主要涉及制备泥浆、钻机就位、安设水电系统、钻机平台铺设、导墙施工等准备工作。

2)施工循环划分。考虑槽孔具体深度将覆盖成划分成若干循环，并控制槽深以10m为最佳。

3)第一循环内的主孔钻进和黏土回填(厚1m)、副孔及小墙施工。主孔施工时利用冲击钻机，控制孔深约10m，各主孔钻进至10m深时停止单元槽段主孔施工；将黏土回填至主孔内，回填厚度1m，为下一循环主孔钻进和清孔提供有利条件；副孔作业时主要利用冲击钻机施工，各副孔钻至7m深时停止操作，为便于下一循环施工控制主、副孔深度错开3m，保持副孔和两侧小墙一同施工。

4)下一循环施工。首次循环完成后则进入下一循环施工，各单元循环按照以上方法施工直至终孔。

实际工程中，应用循环钻进法进行防渗墙单元槽段成槽施工的优点如下：①控制各循环的成槽深度不超过10m，槽段内主、副孔及小墙高差相对较小，控制处于孔深10m范围内，防渗墙的施工槽深相当于只有10m，有效降低了孔内卡、埋钻的发生概率。即使出现了卡、埋钻的情况，将事故部位两侧的主孔或副孔加深使其超过卡、埋钻孔深就可以提出钻头，操作处理比较简单；②施工成槽时，若主、副孔坍塌或漏浆只需用泥浆等堵漏材料回填至该部位，堵住渗漏通道即可，这大大减小了重复凿孔的工程量和投资成本；③循环施工时小墙深度≤10m，高度整体较低，只需小墙中心位置钻进即可，可有效避免波浪形小墙的形成。

2 实例应用

2.1 工程概况

关门山水库是一座以工农业供水为主、兼顾水产养殖、防洪发电等功能的水利枢纽工程，总库容7661万m3，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级。

该工程主要由水电站、有压泄洪输水洞、河岸式有闸正堰溢洪道和混凝土面板堆石坝所组成。基坑开挖时拟利用防渗墙，其组成部分包括磨子沟挡水坝基及上、下游围堰防渗墙，最大墙深80.5m，墙厚1.0m，基岩与墙底相嵌。采用塑性混凝土浇筑防渗墙墙体，设计指标如表1所示。

表1 塑性混凝土防渗墙设计指标

河床深厚覆盖层内修建上、下游围堰防渗墙，覆盖层厚处于60-75m范围，从上至下可划分成4层，具体如下：

1)第①层：砂土和砾、碎(卵)、漂(块)、孤石层(厚度1-10m)。其中，砂土架空严重、结构松散，含量约10%；砾石含量约40%-50%，粒径0.2-5.0cm之间；碎石含量为15%-20%，粒径6-15cm之间；漂石含量为10%-20%，粒径20-30cm之间；孤石含量5%左右，粒径最高达到1.5m。

2)第②层：砂土和砾、碎(卵)、漂(块)、孤石层(厚度16-36m)。其中，砂土含量约20%-30%；砾石含量约30%-40%，粒径0.5-5.0cm之间；碎石含量为10%-20%，粒径6-18cm之间；漂石含量为5%-10%，粒径20-50cm之间；孤石含量5%左右，粒径60-70cm之间。

3)第③层：黏质粉土。该层厚度大，埋藏深，厚度10-20cm之间，顶层埋深达到26-40m，特殊条件下可能发生液化。

4)第④层：砂土和砾、碎(卵)、漂(块)石层(厚度10-20m)。其中，砂土含量约20%-25%；砾石含量约60%-70%，粒径0.5-5.0cm之间；碎石含量10%左右，粒径6-10cm之间；漂石含量为5%，粒径20-30cm之间。

2.2 防渗墙成槽施工

2.2.1 划分槽段

综合考虑槽内预埋灌浆管的下设、接头管的下设与拔起、施工设备布置以及工程区内的地质条件等因素合理划分槽段[8]。鉴于深厚覆盖层内孤石、块石和卵砾石较多，结构松散已经出现架空的实际情况，划分槽段时不要过长；另外，为了满足槽内预埋灌浆管下设、接头管起拔及施工的需要，划分的槽段也不宜过短。一、二期槽标准槽段均设2副3主孔。主孔用3台、副孔用2台冲击钻机施工，在满足预埋灌浆管、接头管、混凝土浇筑等施工要求的基础上，大大提高了设备利用率[9-10]。

2.2.2 施工成槽

工程选用ZZ-9型钻机和CZ-6A型钻机进行防渗墙成槽施工，刚开始施工时也可选用传统的钻凿法对围堰防渗墙部分槽段进行施工，如下游围堰防渗墙的LT-10号、LT-8号槽段及上游围堰防渗墙的HT-12号槽段，施工过程中采取先主孔、后副孔、再小墙的工艺流程。

1)下游围堰防渗墙的LT-10号和LT-8号槽段施工时，在孔深40-60m范围的粉质黏土层中10号槽的3号副孔、1号主孔和8号槽的4号主孔、2副孔发生掉钻和卡钻。因小墙与主、副孔高差较大，耗时2个月仅将LT-10号槽1号主孔和LT-8号槽2号副孔内的扩孔器及钻头提上来，未将LT-10号槽3号副孔和LT-8号槽4号主孔内的钻头提上来，钻头只能埋入孔内。

2)上游围堰防渗墙的HT-12号槽1号主孔钻至56m深时出现卡钻，由于主、副孔高差较大且钻槽施工时又出现漏浆、坍塌和埋钻的情况。最优，将小墙及副孔施工到与主孔深度接近时才将钻头提上来，事故处理耗时接近1个月。

因此，坍塌、漏浆、卡埋钻处理既费时费力，还会对施工进度造成直接影响，下游较上游施工进度滞后1个月。此次坍塌、漏浆、埋钻、卡钻事故处理后，考虑利用循环钻进法对剩余槽段进行施工。施工过程中也出现了卡钻、漏浆的情况，如在孔深60m处时上游HT-9号槽的2号副孔发生卡钻事故，因两侧的3号、1号主孔钻至65m深，与卡钻深度相差不大，所以事故处理起来较为简单，仅有2d就将钻头提上来。实践表明，将传统的钻劈法利用循环钻进法替代，不仅可以减小埋钻、卡钻、坍塌及槽孔漏浆事故的发生概率和处理难度，还可加快围堰防渗墙成槽施工进度[11-13]。