劉漢林　張文海

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽550081）

淺談西藏地區(qū)水電勘探施工管理與技術(shù)要點(diǎn)

劉漢林張文海

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽550081）

目前，我國的水電建設(shè)項(xiàng)目主要集中于西藏高原地區(qū)西藏地區(qū)的特殊地質(zhì)、地理情況及特殊的人文環(huán)境等，該區(qū)域的勘探施工管理也與內(nèi)地具有很大區(qū)別。本文主要根據(jù)西藏地區(qū)的實(shí)際情況，分析總結(jié)提出了幾點(diǎn)在高原地區(qū)勘探施工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要點(diǎn)，為后期更好的在西藏地區(qū)勘探施工提供參考。

西藏地區(qū)；施工管理；鉆探工藝

我國的水利水電建設(shè)工程目前已進(jìn)入尾期，內(nèi)地的大型水電勘察設(shè)計(jì)項(xiàng)目已基本結(jié)束，逐步多元發(fā)展的方向轉(zhuǎn)型。西藏地區(qū)地廣人稀，水利資源豐富，國家在西部地區(qū)的建設(shè)投入了大量的人力和物力。根據(jù)全國水能資源復(fù)查成果，西藏有356條河，水量豐沛、落差大，天然水能理論蘊(yùn)藏量達(dá)20136萬kW，占全國29%，居首位［1］。由于特殊的人文地理環(huán)境，西藏地區(qū)的水利水電勘探施工與內(nèi)地相比存在很多問題及挑戰(zhàn)?？茖W(xué)的安排管理，合理的選擇施工工藝，對(duì)西藏地區(qū)的勘探施工具有重要意義。

1　區(qū)域概況

西藏地區(qū)海拔較高，地勢復(fù)雜，氣候多變，由于道路不通、地形崎嶇、高原缺氧、空氣干燥、晝夜溫差變化大等問題，給這一地區(qū)的勘探施工帶來了極大的不便。每年有效施工期為3月到12月，局部地區(qū)為4月到10月期間。西藏地區(qū)山河破碎，千溝萬壑，地勢險(xiǎn)峻且表層無泥土覆蓋，植被荒蕪。水電勘探的地段，大多都是江河兩岸，或是險(xiǎn)峻的陡壁，或是松散的堆積體，勘探施工難度極大。有的地方覆蓋層厚度超過100多米，有的地方巖石嚴(yán)重風(fēng)化，破碎地層深度可達(dá)幾百米。特殊的人文地理環(huán)境使得西藏地區(qū)的勘探施工具有極大的挑戰(zhàn)性。

2　勘探設(shè)備的選擇

由于西藏地區(qū)地勢險(xiǎn)要，交通不便，勘探設(shè)備的搬遷只能靠人力，因此在設(shè)備的選擇階段就要考慮機(jī)械的輕便性及可拆裝性能。

2.1鉆機(jī)的選擇

結(jié)合多年的施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔設(shè)計(jì)深度在200m～300m的，一般選擇杭州鉆探機(jī)械廠生產(chǎn)的YL-3A型鉆機(jī)，搬運(yùn)時(shí)一般可拆分為機(jī)座、柴油機(jī)、變速箱、卷揚(yáng)、立軸五大部分，最重的部分重量在400kg～500kg。YL-3A型鉆機(jī)的基本參數(shù)如表2-1所示，基本能夠滿足鉆進(jìn)工藝的要求。

如果孔深超過300m的鉆孔，一般考慮采用繩索取芯鉆進(jìn)工藝，設(shè)備選擇XY-4型鉆機(jī)。

設(shè)計(jì)孔深在200m以下的鉆孔，宜考慮選用HGY-200型鉆機(jī)，此類鉆機(jī)采用固定式三腳架，具有占地面積小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，輕便等優(yōu)點(diǎn)，適宜野外勘探作業(yè)，其基本性能參數(shù)如表2-3所示。

2.2水泵的選擇

水電勘察的鉆孔，一般都要求進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，有的還需求做高壓壓水實(shí)驗(yàn)。水泵的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求、地理位置及鉆進(jìn)工藝的不同進(jìn)行選擇。如果鉆孔位置離水源較近，水質(zhì)干凈，采用清水鉆進(jìn)，適宜選擇RS-150型三缸柱塞泵，此水泵具有重量輕、送水穩(wěn)、排量大、壓力高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足一般壓水鉆孔的施工要求；如果鉆孔離水源相對(duì)高程較大，水源水質(zhì)干凈，清水鉆進(jìn)同樣可以采用RS-150型水泵進(jìn)行兩泵送水；如果鉆孔工藝復(fù)雜，需要采用植物膠等護(hù)壁，宜采用BM-150型水泵或者100/30三缸柱塞泵；如果要進(jìn)行高壓壓水，就選擇BM-250型水泵。

表2-1　YL-3A型鉆機(jī)基本參數(shù)表

表2-3　HGY-200型鉆機(jī)基本參數(shù)表

3　施工隊(duì)伍組織及材料補(bǔ)給

西藏地區(qū)具有高海拔、嚴(yán)寒、溫差大、交通不便等特點(diǎn)，造成西藏地區(qū)的勘探施工存在人工成本高、機(jī)械效率低、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等問題。內(nèi)地人到西藏工作，受高海拔、低氣壓、空氣稀薄、氧含量低等問題的影響會(huì)引起高原反應(yīng)。從事體力勞動(dòng)的工人呼吸困難、體力下降，工作效率降低，加之地勢陡險(xiǎn)，交通不便，正常工作往往都需要有人進(jìn)行材料補(bǔ)充，所以在西藏地區(qū)的勘探施工班組人員要比內(nèi)地多一到兩個(gè)，以便進(jìn)行輔助工作。

西藏地區(qū)勘探施工地點(diǎn)離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，稀缺材料補(bǔ)給難度較大，很多材料當(dāng)?shù)貨]有供應(yīng)，鉆機(jī)配件等要從成都發(fā)貨，對(duì)施工進(jìn)度的影響非常大。因此，在設(shè)備進(jìn)場的時(shí)候，易損材料、維修器材要配備齊全。

4　勘探施工技術(shù)特點(diǎn)

我單位多年施工地段地處藏東南著名的橫斷山脈北段之山原峽谷地帶，出露地層以英安巖、流紋巖及碎屑巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，且?guī)r石細(xì)密堅(jiān)硬，主要成份為硅質(zhì)石英，含量70%～85%。巖石具有微晶結(jié)構(gòu)，性質(zhì)堅(jiān)硬且脆，有多組交義節(jié)理存在，易碎裂。巖石可鉆性級(jí)別在9級(jí)～10級(jí)，高山孔全孔段無地下水存在。根據(jù)以往的鉆探經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)鉆孔過程中全孔漏失，無反水。

鉆進(jìn)中主要出現(xiàn)的問題有以下幾點(diǎn)：

（1）巖石堅(jiān)硬，鉆進(jìn)速度慢，進(jìn)尺難；

（2）巖石破碎，孔壁坍塌掉塊嚴(yán)重；

（3）巖石的研磨性較大，鉆頭、鉆具磨損嚴(yán)重；

（4）地層裂隙發(fā)育，沖洗液全孔漏失；

（5）巖心破碎，取心困難。

鉆進(jìn)工藝的選擇主要結(jié)合巖層的巖石力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，鉆探設(shè)備和護(hù)臂堵漏措施等因素選擇鉆進(jìn)方法和施工工藝。

（1）鉆進(jìn)方法

西藏地區(qū)，巖石硬度較大，可鉆性級(jí)別都在8級(jí)～10級(jí)，所以選擇孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)，胎體硬度選擇HRC25～42，熱壓金剛石鉆頭，在巖石硬度低的地方可采用電鍍鉆頭。在巖石完整的地段采用單管鉆進(jìn)，在破碎的地段采用單動(dòng)雙管鉆進(jìn)。

（2）鉆井液體系

由于節(jié)理裂隙發(fā)育，鉆孔漏失嚴(yán)重，鉆孔沖洗液全部漏失。沖洗液的選擇必須具有良好的放塌堵漏作用。對(duì)于堅(jiān)硬破碎易坍塌的地層，鉆孔沖洗液應(yīng)該具有低失水性能，粘度和比重要適當(dāng)。失水量低，能夠減少鉆孔沖洗液滲入孔壁中的自由水，在孔壁形成一層薄而致密的泥皮［3］，穩(wěn)定破碎層孔壁。使用SM植物膠，同時(shí)加入CMC（降失水劑）、腐植酸鉀和碳酸鈉，防塌效果顯著。

（3）事故處理方法選擇

選擇金剛石普通清水鉆進(jìn)，基于地層裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重的特性，鉆進(jìn)中坍塌掉塊卡鉆等事故是必然會(huì)出現(xiàn)的。當(dāng)?shù)魤K嚴(yán)重時(shí)，采用下入套管護(hù)壁堵漏和水泥漿護(hù)壁堵漏。

（4）規(guī)程參數(shù)選擇

鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)是指鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量，對(duì)于裂隙發(fā)育，破碎的地層，鉆壓要相對(duì)較小。根據(jù)巖石的力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，鉆壓一般選擇在12kN～15kN，在鉆速較慢的地段可適當(dāng)加大鉆壓或減小鉆壓。西藏地區(qū)孔壁極不穩(wěn)定，掉塊卡鉆嚴(yán)重，不能采用過大的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速過大，會(huì)增大鉆桿與孔壁的摩擦，增大孔壁坍塌卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。鉆速一般選擇在94r/min～264r/min。

5　結(jié)語

針對(duì)西藏地區(qū)特殊的地理環(huán)境以及地層特點(diǎn)，合理的管理制度和合適的鉆進(jìn)工藝，對(duì)高效、安全鉆進(jìn)施工是至關(guān)重要的。復(fù)雜的人文環(huán)境，要求施工人員具有良好的適應(yīng)能力，管理人員具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)能力。復(fù)雜地層的鉆進(jìn)往往容易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆、鉆桿斷裂、燒鉆、下鉆不到底、鉆孔漏水、鉆桿磨損、鉆頭壽命低、巖心采取率低等諸多問題。合適的鉆進(jìn)工藝方法，不僅要能安全順利的完成鉆探工作，還要最大限度的減少鉆探工程事故，節(jié)約成本，提高巖心采取率。根據(jù)現(xiàn)場施工的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)給出以下幾點(diǎn)建議：

（1）高原地區(qū)施工必須貫徹以人為本的理念，注重人員安全，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，要確實(shí)做好安全保障工作，決不能以犧牲人的生命和健康為代價(jià)；

（2）在高原地區(qū)施工，由于交通不便，物資匱乏，要做好后勤保障工作，周密的做好生產(chǎn)材料、物資的配備，合理安排好物資補(bǔ)給的時(shí)間和數(shù)量，確保施工安全高效的進(jìn)行；

（3）在今后的工作要著重研究高山陡壁的搬運(yùn)方法，解決高原地區(qū)搬運(yùn)困難的問題；

（4）堅(jiān)硬破碎地層的鉆進(jìn)事故頻發(fā)，要做好施工組織設(shè)計(jì)，選擇好合適的鉆進(jìn)工藝及鉆探設(shè)備；

（5）破碎地層套管往往很難下到預(yù)定的位置，在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要為后期的事故處理留有充分的空間，以防鉆孔報(bào)廢；

（6）在漏失嚴(yán)重的情況下，先處理漏失事故，切勿頂漏鉆進(jìn)，水泥護(hù)壁是較為簡單有效的護(hù)壁措施，在破碎漏失嚴(yán)重時(shí)，可考慮用水泥漿液護(hù)壁堵漏。

（7）在今后的鉆探工作中可著重考慮采用沖擊回轉(zhuǎn)配合繩索取心鉆進(jìn)［4］，加大護(hù)壁堵漏工藝的研究，解決地層坍塌漏失問題，將繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)很好的應(yīng)用于堅(jiān)硬破碎漏失地層。陜西水利

［1］楊銘欽，王崇禮.西藏地理氣候特殊性對(duì)水電工程造價(jià)的影響［J］.水利發(fā)電，2008，34（2）.

［2］湯鳳林，段隆成.巖心鉆探學(xué)，中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2009年10月，第二版.

［3］鄭克清.復(fù)雜地層鉆探護(hù)壁堵漏工藝研究與應(yīng)用［D］.長沙：中南大學(xué)，2012.

［4］吳志強(qiáng)，王廷睿.談液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)在破碎巖層中運(yùn)用［J］.安徽地質(zhì)，2010，20（2）：4-12.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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