白鹤滩电站地下厂房防渗帷幕灌浆孔斜控制 陈鹏飞

白鹤滩电站地下厂房防渗帷幕灌浆孔斜控制陈鹏飞

发表时间：2019-01-07T16:39:13.897Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：陈鹏飞甘全坤陈军

[导读] 摘要：为保证白鹤滩左岸地下厂房防渗帷幕的整体有效连续，帷幕灌浆孔斜控制是重点也是难点。

中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司 611130

摘要：为保证白鹤滩左岸地下厂房防渗帷幕的整体有效连续，帷幕灌浆孔斜控制是重点也是难点。本文结合白鹤滩厂区帷幕灌浆实践，通过分析调查，从地质构造、施工技术、操作方法、人员培训等方面入手，有针对性地提出孔斜的预防和处理措施，最终确保了深孔及倾斜帷幕灌浆钻孔施工孔斜质量控制。

关键词：白鹤滩水电站；倾斜深孔帷幕；孔斜控制

1.工程概述

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，上游距乌东德坝址约182km，下游距溪洛渡水电站约195km，控制流域面积43.03万km2；白鹤滩水电站的开发任务为发电为主，兼顾防洪，是“西电东送”的骨干电源点之一。白鹤滩水电站水库总库容206.27亿m3，调节库容可达104.36亿m3，防洪库容75.00亿m3。电站正常蓄水位825.00m，厂房左右岸对称布置在山体内，各安装8台单机容量为1000MW的水轮机发电机组，总装机容量1600万KW，为国内第二、世界第二大型水电站。

根据向上高于库水位，向下低于压力管道下平段的布置原则，防渗帷幕从 825m高程向下延伸至 550m 高程，总深度约为 275m，共布置 5 层灌浆廊道，2 排帷幕灌浆孔，排距 1.5m，孔距 2m。通过灌浆廊道布置帷幕灌浆孔进行帷幕灌浆，形成上游库水防渗体系，将厂区与库区隔离。每层灌浆廊道长906.69m。为保证地下厂房安全，深孔帷幕灌浆质量至关重要。由于多种原因，钻孔实测方向与设计方向总是产生偏差。如果偏斜严重，会影响连续帷幕的形成，使灌浆质量不能达到要求。本文根据白鹤滩水电站深孔帷幕施工实际经验，讨论深孔帷幕灌浆孔斜成因并提出了预防和处理措施，值得其他类似工程参考借鉴。

2.孔斜控制要求

白鹤滩水电站左岸灌浆廊道孔斜控制要求：对于孔深小于100m的帷幕灌浆孔，当孔向为垂直或顶角小于5°时，孔底偏差不得大于表2-1的规定，当孔向为顶角大于5°时的斜孔时，孔底最大允许偏差值可根据实际情况按下表的规定适当放宽，但方位角的偏差值不应大于5°。孔深大于100m时，孔底最大允许偏差根据实际情况确定。钻进过程中，应重点控制孔深20m以内的偏差。

表1帷幕孔孔底偏差值

3.帷幕灌浆孔斜控制的重要性

帷幕灌浆工程处理地基的原理是通过用一定的压力将水泥浆液压入地层薄弱处（裂隙、溶洞、断层等），形成一道防渗幕体。如果灌浆孔垂直向发生偏斜，未在设计的位置范围内，会导致原来的设计压力无法将浆液压至原定位置，导致幕体无法连续形成，甚至形成渗流通道，这样会严重影响帷幕灌浆质量。所以保证帷幕灌浆的诸多因素中，孔斜是一个非常重要的因素，相邻灌浆孔一旦出现孔斜超标或相反方向的孔斜，幕体连续性将受到严重的影响，很有可能局部产生“天窗”形成断幕，从而影响整体防渗效果

4.钻孔孔斜的成因分析

针对白鹤滩帷幕灌浆孔斜控制难度大，影响孔斜偏差产生的影响因素较多，通过现场研究分析可归纳为地质条件复杂，钻进技术不合理，操作方法不当，技术措施及管理控制不到位，施工条件5个方面。

4.1地质条件原因

白鹤滩水电站帷幕灌浆廊道所处位置地质条件复杂，其中包括有断层、裂隙、层间错动带等地质构造，防渗沿线为单斜地层，岩性有隐晶质玄武岩、斜斑玄武岩、杏仁状玄武岩、角砾熔岩和凝灰岩等，部分为柱状节理玄武岩及凝灰岩。

岩体以微、弱透水岩体为主，少量为弱透水下段（1≤q＜3）透水岩体，局部为弱透水上段（3≤q＜10）透水岩体，地质构造发育部位岩体的透水性增大。相对隔水层顶板埋深120～180m，谷肩以下顶板较陡，水平向埋深150～230m。贯穿厂区的层间、层内错动带较发育，成为地下水渗透通道，灌浆廊道洞室开挖过程中局部可能存在涌水问题。

在施工过程中，钻进有一定倾角的、软硬夹层的玄武岩石，由于钻头在同一接触面上有软硬不同的岩层，产生不同的钻进速度，从而改变了钻头的钻进方向。同时，左岸发育与帷幕线斜交的断层，易容易造成钻机沿顺层方向改变钻进。对于钻进破碎较严重的岩层，钻具在钻进方向上不容易被控制，这是因为破碎岩层往往是软硬岩层共存，钻头容易改变方向。此外在层间错动带，裂隙发育，大断裂带，钻进过程中由于地质岩层硬度不一，钻孔过程中钻进方向易发生改变，对孔斜有一定影响。

4.2钻进技术不合理

①钻头胎体硬度、粒度系数与白鹤滩玄武岩为主的地质条件不匹配，影响钻进方向：在前期施工过程中深孔钻头磨损严重，且进尺慢，对造孔质量有一定影响；②钻进参数控制不当：钻机操作人员在进行深孔钻进时未进行减压钻进，且在一些岩层破碎带，未及时低压低速钻进，致使孔斜未得到有效保证；③浅孔段，未采用长、直岩芯管：钻机操作人员在进行浅孔段钻进时使用弯曲的钻具或过短的岩心管，都会使钻具连接后不正，从而影响钻进的方向。使用过短的岩心管，在孔内歪斜时，岩心管的歪斜度更大，产生的孔斜度也更为严重。

4.3操作方法不当

①钻机运行稳定性不足，钻机立轴摆动较大。对现场钻孔施工进行调查，发现部分钻机固定不牢靠，使用磨损较严重的立轴钻杆定向套管，立轴产生较大的摆动，直接影响到钻头在孔底钻进时的不稳定性；②钻进时盲目加压，使钻杆弯曲在孔壁多处点接触，产生多段的严重弯曲，钻速过快、增加钻头摆动，产生偏斜；③使用未出刃及磨损过度的金刚石钻头钻进，会因金刚石钻头打滑，容易改变钻头的钻进方向；④在裂隙发育的岩层中钻进，水量过大，压力过高，会较严重地破坏孔壁，造成局部的孔径扩大。由于钻杆弯曲、钻具偏斜引起钻孔偏斜。

4.4技术措施及管理控制不到位

①对于特殊地质条件结构岩层的钻孔施工缺乏相应技术措施，或过往措施没有进行对特殊部位做相应的应对措施；②钻机操作人员质量意识、操作技能较低，人员变动较大。钻帷幕深孔需要丰富的操作技术和经验的钻孔操作人员，而现场施工中还存在操作人员变动较大的情况，由于对孔内地层情况了解不足，操作不当，导致钻孔孔斜偏差过大；③施工过程监督管理力度不足。

4.5施工条件分析

白鹤滩电站地下厂房帷幕灌浆大部分集中于4*4.5m的城门型廊道中，施工环境局限性较大，长钻具、长钻杆使用不上，若加上钻机平台不稳固，钻进时钻机晃动情况严重，对钻孔孔斜有很大的影响。

白鹤滩电站地下厂房第二、六层灌浆廊道的帷幕孔为铅垂孔，其余第一、三、四层灌浆廊道的帷幕孔为向上游方向倾斜的斜孔，因此对倾角和方位角的防控难度较大。稍有不慎防渗帷幕线就不能连接形成，如图1所示。