深水条件水下帷幕灌浆钻孔定位方法研究

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深水条件水下帷幕灌浆钻孔定位方法研究

王雍1，钟久安2，袁永定1，张五泉1

（1.国家电投云南国际电力投资有限公司，云南 昆明 650228； 2.北京振冲工程股份有限公司，北京 100102）

摘　要：介绍某水电站深水条件下水下帷幕灌浆钻孔定位的方法及通过制定严格的水下操作规程，进行潜水试验步聚，所有帷幕灌浆钻孔定位精度和施工质量满足规范标准要求，在高程962m 水位下，坝后渗漏量从灌浆前的290L/s 下降到102L/s，深水条件下帷幕灌浆成效明显。深水条件下钻孔定位精确的基础是必须建立稳固的水面作业平台。关键词：深水；帷幕灌浆；钻孔定位

中图分类号：TV543 文献标识码：B 文章编号：1006-3951(2016)05-0031-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2016.05.008

收稿日期：2016-04-08

科技项目：高面板堆石坝绕坝渗漏综合治理研究项目（CP1201602）

作者简介：王雍(1969)，男，湖南邵阳人，高级工程师，工学硕士，主要从事水电工程设计与建设管理。

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云南水力发电

YUNNAN WATER POWER

第32卷第5 期1 研究背景

云南省某水电工程以发电为主，工程等别为Ⅱ等大（2）型工程，拦河坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高约144m。工程于2013年12月开始蓄水，蓄水后坝后量水堰渗漏量较大。为此，对左、右岸大坝趾板采取新增帷幕灌浆处理，其中大部分灌浆需要在水下施工，施工期间库水位控制在高程961～963m 之间，最大施工水深约53m。水深超过50m 环境下实施水下帷幕灌浆存在许多技术难题，动水条件下灌浆、钻孔定位[1]、深水作业等施工工艺难度大[2]，国内类似工程很少见，针对这一工程问题开展系列施工技术研究，取得多项成果并成功应用于工程实际。

2 水下钻孔定位的难点和实现

水下帷幕灌浆钻孔孔位的准确性直接影响到帷幕是否能够达到设计要求，发挥应有的截水防渗功能；同时，由于大坝趾板宽度有限，为了避免新增帷幕灌浆钻孔定位不准确，造成对大坝趾板原防渗体系的破坏，故对新增钻孔需要精准定位钻进，才能保证新增帷幕灌浆质量。通过现场对水下精确定位多种方案的比较研究，克服了许多的技术困难[3]，取得了技术成功。

2.1 深水下潜水作业

水深超过50m 进行水下潜水作业已经属于空气潜水的极限，虽然能够下潜至该深度，但是水下作业时间仅允许10min 左右，而减压时间却需

要60min，甚至更长[4]，大量持续的水下作业对潜水员工作要求高。现场施工时需要进行55m 深水空气潜水试验，做好各项保护措施。

2.2 深水下定位测量

水下钻孔首先要解决的是将孔位坐标测放至大坝趾板开孔位置，开孔位置位于深水下，定位难度大，无法直接测出孔位。可以先将孔位坐标测放到已经固定好的水面作业平台上，在平台上通过测量绳、钻杆导引至水下，水下再由潜水员通过潜水表确定大致水深，确定钻孔大致位置，再通过水工结构物轮廓线进行精确测量定位钻孔。2.3 深水下淤积严重。

由于工程已蓄水运行较长，水下帷幕灌浆作业面已沉积大量泥沙堆积物，淤积厚度严重时超过3m 厚，大大增加了钻孔定位的难度。可以通过潜水员在水下先使用高压水对淤积覆盖层进行冲击清理[5]，再采用跟管钻进的方式，钻进穿过淤厚积覆盖层。

2.4 钻孔作业面为倾斜面

大坝趾板面一般为斜面，在斜面上直接开孔时钻头容易偏移，造成开孔段孔斜控制难度大。需要潜水员水下先进行定位钢筋施工，后续开孔时，由潜水员指挥将钻具套至定位钢筋中，再开孔钻进。

3 深水下钻孔定位方法及步骤

按照水下淤积覆盖层厚度，分水底积淤能清

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理干净和无法清理干净两种情况，分别采取不同的水下钻孔定位步骤，保证工程施工进度。3.1 水底淤积清理干净时钻孔定位

1）固定水面作业平台，采用全站仪在水面作业平台上进行钻孔孔位测放，水下帷幕施工现场情况见图1。

2）潜水员水下对趾板进行清淤，清淤时采用大流量30L/min、高压力1MPa 水枪进行水下冲洗，将趾板上的淤积全部清理干净，露出趾板面及周边轮廓线，清淤厚度一般在2～3m 左右。

3）钻机就位。

4）在水面平台上孔位位置逐步下放钻具钻杆至水底。

5）在水面平台上孔位位置逐步下放测量绳和锤球。

6）潜水员下潜至水底，根据钻具和锤球位置，初步确定水底趾板上钻孔孔位，同时，通过探摸水底趾板轮廓线并进行量测，再次确认水底帷幕灌浆钻孔位置，再根据测量水深明确水面平台上的钻机孔位。具体情况见图2。

7）潜水员水底采用液压锤钻进行钻孔定位施工，孔径50mm，孔深50cm，钻孔定位施工完成后，下入32mm 钢筋，L =1.0m，外露50cm。

8）潜水员在水下辅助，将钻具套入定位钢筋中，随即便可开孔钻进。

3.2 水底淤积无法清理干净时钻孔定位

1）固定水面作业平台，采用全站仪在水面作业平台上进行钻孔孔位测放。

2）潜水员水下对大坝趾板进行清淤，在淤积物较厚且密实的情况下只能将淤积层表面浮渣冲洗干净，但帷幕灌浆轴线转角点（即帷幕灌浆轴线控制点）位置必须将淤积清理干净。

3）钻机就位。

4）在水面平台上已测放的孔位位置逐步下放跟管钻进钻具、套管至水底淤积层表面。

5）开动钻机轻压慢转，跟管钻进至大坝趾板表面，边钻进边进行套管垂直度水上水下测量[6]。6）套管底端安装有平口金刚钻头，套管钻进大坝趾板混凝土里0.3～0.4m，套管上端套接固定在水面工作平台上，然后，在套管里进行帷幕灌浆钻孔开孔施工。

4 结语

通过以上深水条件下帷幕灌浆钻孔定位方法，成功完成了云南省某水电站大坝趾板的新增帷幕灌浆工程施工，新增帷幕灌浆总长度14 500m，所有帷幕灌浆钻孔定位精度和施工质量满足规范标准要求，在高程962m 水位下，坝后渗漏量从灌浆前的290L/s 下降到102L/s，深水条件下帷幕灌浆成效明显。实践表明，除了做好以上各个环节

的技术措施，还需要注意做好以下两项关键的技

图1 水下帷幕施工现场图

图

2 水下再次定位测量图