吳 玉 良, 康 路 明

(1.中國水利水電第七工程局有限公司, 四川 成都 611730;2.中國水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610225)

1 概 述

長河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第10級電站,采用首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā),電站總裝機(jī)容量為2 600 MW。攔河大壩最大壩高240 m,壩底高程1 457 m,壩基覆蓋層厚達(dá)50余m,壩頂高程1 697 m,正常蓄水位高程為1 690 m。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大壩左岸,泄洪放空系統(tǒng)布置于大壩右岸。大壩主防滲帷幕通過布置在左、右岸各5層灌漿平洞、河床基礎(chǔ)廊道內(nèi)及在岸坡混凝土板上鉆孔灌漿形成;壩基及廠區(qū)防滲帷幕采用2排,孔距2 m、排距為1.5 m的布置方式,主帷幕深度一般為40～66 m,最大深度約為170 m,設(shè)計(jì)頂角偏向上游0°～9°不等,與鉛直孔相比孔斜控制難度大,工程總量達(dá)230 949.42 m。

通過對左、右岸灌漿平洞開挖后揭示的地質(zhì)情況進(jìn)行分析得知:左岸以“Ⅱ、Ⅲ”類圍巖為主,右岸以“Ⅲ、Ⅳ”類圍巖為主并伴有“Ⅴ”類圍巖。因此,破碎巖層往往呈現(xiàn)為軟硬巖層共存,鉆頭在遇到軟硬不同的巖層時(shí)極易導(dǎo)致鉆孔偏斜。

眾所周知,影響灌漿質(zhì)量的因素很多,其中鉆孔產(chǎn)生的偏斜對灌漿質(zhì)量的影響較大。如果其偏斜率過大,不僅對鉆孔質(zhì)量有影響,而且對帷幕灌漿“阻水幕”的連續(xù)性影響更為巨大,使本來該充填的灌漿區(qū)域因孔斜偏大而未能充填形成漏灌區(qū),進(jìn)而嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量。在鉆孔施工過程中,如果鉆孔偏斜率超過了相關(guān)規(guī)程、規(guī)范允許值,則會在灌漿之后不能形成連續(xù)有效的帷幕進(jìn)而導(dǎo)致其無法達(dá)到帷幕防滲的目的。因此,在帷幕鉆孔過程中,應(yīng)通過測斜設(shè)備隨時(shí)了解各帷幕孔段的實(shí)鉆情況,以便于分析帷幕的施工質(zhì)量,從而保證帷幕的連續(xù)性、完整性及密實(shí)性。本文闡述了對帷幕灌漿孔偏斜成因進(jìn)行的分析及KXZ-1A型數(shù)字測斜儀的應(yīng)用。

2 鉆孔偏斜成因分析及產(chǎn)生的主要影響

(1)場地平整度和密實(shí)度差,鉆機(jī)安裝不平整或鉆進(jìn)過程中發(fā)生了不均勻沉降而導(dǎo)致鉆孔偏斜?！爱?dāng)鉆孔偏斜較大,會直接削弱漿液擴(kuò)散效果,影響帷幕的合理搭接,難以保證主體工程質(zhì)量”[1],“嚴(yán)重的偏斜會很容易產(chǎn)生孔壁坍塌、掉塊、巖層錯(cuò)動而使原有地層的活動性增加,穩(wěn)定性減弱,影響范圍亦相應(yīng)擴(kuò)大,使孔內(nèi)埋鉆、卡鉆、擠夾事故發(fā)生的頻率增加”[2]。

(2)由于鉆桿彎曲、鉆桿接頭間隙太大而造成鉆孔偏斜?！般@進(jìn)時(shí)出現(xiàn)鉆孔偏斜,將會使鉆桿在鉆孔內(nèi)出現(xiàn)變形,若是立軸鉆桿將回轉(zhuǎn)動力傳輸?shù)姐@頭時(shí),會影響到鉆頭的回轉(zhuǎn)、降低其穩(wěn)定性而導(dǎo)致磨損鉆頭的現(xiàn)象發(fā)生,降低鉆進(jìn)效率”[3]。

(3)鉆頭翼板磨損不均,鉆頭受力不均而造成鉆桿偏離鉆進(jìn)方向。

(4)鉆進(jìn)中遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時(shí),鉆壓過高使鉆頭受力不均而造成偏離鉆進(jìn)方向,“將會導(dǎo)致鉆進(jìn)時(shí)不能采用快速鉆進(jìn)的方法而導(dǎo)致鉆具折斷”[4]。

(5)鉆進(jìn)過程中未根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況采取合理的措施控制孔斜的產(chǎn)生。

“為防止孔斜的發(fā)生,應(yīng)對孔斜及時(shí)進(jìn)行測量,準(zhǔn)確地掌握鉆孔的偏斜情況以便及時(shí)處理”[5]。因此,必須選用合理的設(shè)備對孔斜進(jìn)行監(jiān)控測量,以保證將鉆孔的偏斜率控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

3 測斜設(shè)備的選擇及參數(shù)

項(xiàng)目部借鑒新安江、富春江等電站大壩帷幕鉆孔施工中通過自上而下分段測斜、確保帷幕施工質(zhì)量的成功案例,結(jié)合長河壩水電站帷幕工程量大、需要測量的孔段多、工作面分散的具體情況,認(rèn)為該工程需要選用一種便于野外現(xiàn)場操作及攜帶、精度高、整理資料便捷、防水性能好的測斜設(shè)備以確保帷幕灌漿的成孔質(zhì)量。項(xiàng)目部結(jié)合以上需求,在測斜設(shè)備選型中主要對KXZ-1A數(shù)字測斜儀進(jìn)行了綜合分析與研究。

KXZ-1A數(shù)字測斜儀既可用于垂直或定向井(孔)的頂角和方位角的高精度測量,也能夠準(zhǔn)確地測量鉆孔深度等參數(shù)。該儀器由筆記本電腦(自備)、地面控制單元、測斜探管三部分組成;采用數(shù)據(jù)編碼長線傳輸技術(shù)與電纜傳輸,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠;采用高性能傳感器測量結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù),其測量結(jié)果精度高、穩(wěn)定性好;由RS-232串行口直接將數(shù)據(jù)上傳至筆記本電腦,能夠顯示清晰、直觀的測量數(shù)據(jù)及平面、剖面、側(cè)面投影圖并存儲測量數(shù)據(jù);其可連接彩色噴墨打印機(jī),可以打印A4版面的測斜數(shù)據(jù)、平面、剖面、側(cè)面投影圖及空間軌跡圖;測斜過程中可同時(shí)測量鉆孔深度;該儀器操作簡單,適合于野外作業(yè)使用,具體的測試參數(shù)見表1。

表1 測試參數(shù)表

根據(jù)該設(shè)備的特點(diǎn)及現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際精度需求(鉆孔頂角為0°～9°,方位角為N8°E)進(jìn)行分析后得知:KXZ-1A 數(shù)字測斜儀整體性能能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。因此,長河壩工程最終選用KXZ-1A 數(shù)字測斜儀對鉆孔偏斜進(jìn)行控制。

4 KXZ-1A型數(shù)字測斜儀的運(yùn)行情況

首先,打開資料設(shè)置頁面,輸入孔號、工程名稱等基本信息;其次,進(jìn)入測量頁面,先將“儀器檢查”點(diǎn)開,待頂角方位角歸零后再逐段進(jìn)行測量?？仔睖y量情況見圖1;最后,測量完畢,進(jìn)行“保存數(shù)據(jù)”,點(diǎn)擊“打印”進(jìn)入打印預(yù)覽頁面,可以根據(jù)測量資料以此生成平面、剖面、側(cè)面及空間投影圖。鉆孔及測斜數(shù)據(jù)圖形報(bào)告見圖2。

圖1 孔斜測量示意圖

圖2 鉆孔及測斜數(shù)據(jù)圖形報(bào)告圖

5 KXZ-1A型數(shù)字測斜儀在鉆孔過程中起到的糾偏作用

(1)在帷幕灌漿孔口管埋設(shè)階段,借助該儀器對孔口管埋設(shè)的頂角和方位角進(jìn)行高精度校準(zhǔn),以確保鉆機(jī)開孔時(shí)的初始孔斜精度滿足要求。

(2)結(jié)合鉆進(jìn)深度,特別是對于不良地質(zhì)段,宜將帷幕鉆孔測量頻率控制為:0～20 m為每5 m測量一次,20 m以下為每10 m測量一次,同時(shí)準(zhǔn)確地測量出鉆孔深度等參數(shù)。

(3)終孔后、尚未封孔前,利用KXZ-1A型數(shù)字測斜儀對鉆孔進(jìn)行校正復(fù)核一次,若孔斜偏差超出設(shè)計(jì)偏差范圍,則根據(jù)測量參數(shù)進(jìn)行糾偏,直至其符合灌漿設(shè)計(jì)要求。

6 應(yīng)用KXZ-1A型數(shù)字測斜儀取得的成果

鑒于長河壩水電站高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)防滲要求及復(fù)雜的地質(zhì)條件,自使用KXZ-1A型數(shù)字測斜儀用于控制帷幕成孔質(zhì)量以來,現(xiàn)場成孔質(zhì)量管控效果極為顯著,孔底偏差均在規(guī)范規(guī)定的范圍以內(nèi),現(xiàn)列舉具有代表性區(qū)域的測斜成果供分析、研究。左岸高程1 640 m灌漿平洞(孔號:CZ2WJS1-8-3)測斜成果見表2、右岸高程1 520 m灌漿平洞(孔號:CY4W4-2-8-2)測斜成果見表3。

表2 左岸高程1 640 m灌漿平洞(孔號:CZ2WJS1-8-3)測斜成果表

表3 右岸高程1 520 m灌漿平洞(孔號:CY4W4-2-8-2)測斜成果表

KXZ-1A型數(shù)字測斜儀在該工程帷幕鉆孔施工中的應(yīng)用,既減輕了因成孔質(zhì)量低下帶來的返工風(fēng)險(xiǎn),節(jié)省了建設(shè)成本,又保證了帷幕成孔質(zhì)量,提高了單元成孔一次性合格率,從根本上保證了帷幕灌漿幕體的實(shí)體質(zhì)量。

7 結(jié) 語

KXZ-1A型數(shù)字測斜儀在長河壩水電站帷幕灌漿成孔質(zhì)量控制中取得了成功的應(yīng)用。整個(gè)水庫蓄水期間,長河壩水電站大壩沉降、位移等變化值均較小,壩體滲流量小于設(shè)計(jì)值。2017年11月17日,國家能源局對長河壩水電站進(jìn)行了巡視檢查,通過數(shù)據(jù)分析,壩后滲漏量僅為設(shè)計(jì)值的四分之一,對此,國家能源局給予“可以復(fù)制、難以超越”的高度評價(jià)。該儀器操作簡便,精度較高,實(shí)用性較強(qiáng),可直接打印測斜數(shù)據(jù)表、平面投影圖、空間軌跡圖、剖面投影圖、側(cè)面投影圖等。該儀器的引進(jìn)為長河壩水電站帷幕灌漿成孔質(zhì)量控制提供了一種便捷、有效的手段,對于水利工程帷幕灌漿施工成孔質(zhì)量控制具有借鑒意義。