如何提高卸荷变形拉裂体边坡深孔锚索的成孔效率

如何提高卸荷变形拉裂体边坡深孔锚索的成孔效率 2 3 3 3 4 4 5 6 6 6 9 9 1.1工程概况xx水电站位于xx干流下游、xx省xx族自治州xx市和xx县交界的打罗村境内，系xx卡拉至xx段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。上游与锦屏二级电站尾水衔接，库区长约58km，下游接二滩水电站，距西昌市公路距离约80km。卸荷变形拉裂体（4#变形体）处位于xx水电站右岸坝肩下游处，前缘高程约1330m，后缘高程1425m，顺河平均长120m，顺坡长120m，最大厚度50m，体积约36万m3。对此变形体，采取了锚索、锚喷支护、锚索框格梁以及表层、深层排水孔等处理措施。锚索分别为7φ15.24mm、长45m-75m、设计张拉荷载为2000KN，共计130束。1.2工程地质该处地形凸出，坡度变化较大，上下游分别发育至萨沟及菩沟，覆盖层主要分布于1340～1380m高程，为崩坡积块碎石土，厚约3～8m，1340～1380m高程在菩沟内堆积有崩积的孤块石，块径0.5～3.0m。基岩岩性复杂，错动带十分发育，水平线发育率15条/100m，因各方向裂隙张开无充填，岩体强烈松动、架空，无法成硐，压致拉裂迹象明显。错动带中多有糜棱岩及断层泥分布，最厚可达10cm。全强风化下限水平深度10～16m，弱风化上段下限36～91.5m；强卸荷下限水平深度16～62m，弱卸荷下限36～112.5m。弱卸荷带为拉裂岩体，岩体强烈松弛，裂隙普遍渗～滴水，夹泥裂隙率约40～50%，次生泥含水量大，呈软~流塑状态，充填形态不规则。1.3QC小组简介表1小组成员情况表1男2男3男4男5男6男7男8男9男男（1）4#变形体地质条件极差，锚索最大孔深达75m，在我分局施工尚属首次，施工经验的积累和总结尤为重要；（2）合同工期目标限制，除锚索成孔外其它支护工序的施工工艺基本成熟，故锚索成孔的效率将是制约工期的主要因素之一。在锚索施工初期，整个4#变形体锚索施工区分4段同时开钻，因地质结构复杂，锚索成孔异常困难，自6月13日开钻以来，历时36d开孔13个仅成功下索3束，成孔率仅为23.08%，每台钻机平均12d成孔下索一束，与工期的要求相差太远。表24#变形体前期锚索钻孔情况调查表1234567894注：孔号1-*为1358.1m高程的锚索孔，孔号2-*为1354.1m高程的根据对前期锚索钻孔现状的调查，绘制出前期锚索钻孔方法与钻孔深度排列图和不同施工条件下钻孔速率排列图，分别见图1和图2。进深度7060503020进深度7060503020图14#变形体前期锚索钻孔方法与钻孔深度排列图从上图可以看出，钻孔深度不仅与钻机选型有关，而且与钻孔方法密切相关。图2不同施工条件下钻孔速率排列图从上图可以看出，影响钻孔速率的主要是施工方法的选择，但也与钻机选型有一定的关进一步完善钻孔施工工艺，提高锚索的成孔效率，在现有地质条件下确保：锚索的成孔率控制在90%以上；平均钻孔速度控制在2m/h以上。小组成员通过“头脑风暴法”，群策群力，从人、机、料、法、环五个方面寻找原因，绘出原因分析系统图：人的因素1、人的因素1、新工人多，工人不熟练；2、技术人员缺乏认识；3、宣传教育不够，工人思想出现波动；锚索成孔机具因素效率不高材料因素4、部分钻机规格偏小；5锚索成孔机具因素效率不高材料因素4、部分钻机规格偏小；5、管靴质量差；6、套管及钻头类型偏少；7、锚索钻孔固结灌浆未能灌满；方法因素环境因素8、技术措施不当；方法因素环境因素8、技术措施不当；9、施工经验总结不够；10、未按技术要求施工；11、高空作业，交叉施工，工作面狭窄；图3锚索成孔效率不高分析图小组成员对找出的原因进行调查、讨论、分析，找出主要原因。见表3。表3末端原因分析表123进行过4#变形体锚索施工难度分析与对策研究的教育4现场调查5前期锚索钻孔管靴经常断裂，发现问题后调换供货厂现场调查67锚索钻孔预固结灌浆现场调查89现场调查现场调查经过验证，确认“技术措施不当”和“未按技术要求施工”两项因素为主要原因。针对上面分析的结果，小组制定了相应的对策措施，并落实了具体的人和期限，见对策表：表4对策表1艺2.技术人员向工人详细的技术2未按技术要求工1.严格程序控制，加强管理力4.1.1应对的施工措施初探与分析在钻孔遇到困难后，引起分局领导的高度重视，由QC小组来研究对应的措施，提高成孔效率。采用了四种成孔施工工艺进行试验探索：①常规裸眼成孔，②组合麻花钻成孔（螺旋钻杆③固结灌浆成孔，④跟套管成孔。常规裸眼成孔工艺，虽然偶尔能成孔，但产生废孔、卡钻、埋钻等事故较多，反复扫孔重复劳动量大，功效很低。组合麻花钻成孔，可应用在破碎裂隙发育、断层发育和软硬交互地层等岩体中钻进，但在容易产生较大直径掉块或坍塌岩体中钻进时，很容易产生卡钻或埋钻现象。固结灌浆法成孔，由于边坡节理裂隙发育，且存在拉裂缝，岩体强烈松弛，灌浆流失现象严重，该地质情况不宜采用固结灌浆法成孔。跟套管成孔，经过现场试验并成功运用，采用YXZ-70A型全液压锚固钻机，用冲击锤、偏心钻头、套管、管靴、导正器等组合钻具，跟管钻进成孔工艺，成孔效率高，成孔时间较其它工艺短，因此，4#变形体的锚索施工，最有效的成孔工艺就是采用跟管钻进成孔。4.1.2跟管钻进施工工艺4.1.2.1钻机设备选型与配置对于此种复杂地层锚固钻机宜选用60型及60型以上钻机，YXZ-70A型锚固钻机为全液压驱动动力头式钻机，无级调速，主要由动力系统及油箱、动力头、操作台、桅杆及下滑轨、机架及支撑等五大部分组成，其动力头输出扭矩达4000N·m，最大起拔力45KN，最大进给力30KN，钻进速度快，处理事故能力强，结构为分体式，可拆性好，移动、安装迅速方便，可远距离操纵。采用φ168偏心跟管钻具、φ168套管、φ89外平钻杆、英格索兰CIR110冲击器及配套φ135钎头、液压拔管机等。跟管套管的选择：套管主要用于保护钻孔孔壁在钻进过程中不坍塌，随钻孔深度延伸，且在施工跟进过程中不易折断，在钻进成孔穿索后再拔出，为适应工程变形体跟管钻进的需要，跟管套管选择外径φ168、壁厚10mm，材质D50，连接丝扣为梯形扣，公母扣直接连接。偏心跟管钻具：由花键导向体和偏心锤头体组成，花键导向体与偏心锤头体采用横、纵悬挂定位销连接，偏心锤头体通过内部镶嵌式卡块由花键导向体带动回转，冲击功由冲击器通过花键导向体传递到偏心锤头体起到冲击破碎岩石、回转扩大孔径的作用，在前部钻孔达到一定空间时花键导向体台阶利用冲击器冲击套管靴台阶达到同步跟进套管的目的。套管靴：主要起到带动套管同步跟进的作用。4.1.2.2施工工艺流程 图4.跟管钻进施工工艺流程图4.1.2.3施工工艺(1)偏心跟管钻进原理如前所述偏心跟管钻进主要器具由套管、冲击器、偏心跟管钻具、套管靴组成。用同径常规钎头先造孔1m深左右，为套管钻进提供定位和导向作用。开钻前让偏心钻头伸出套管靴，达到一定程度时，张开偏心钻头，方可进行正常钻进。特别注意在确认钻头到达孔底后先回转，待正常后，再开风进行钻进。跟管钻进的过程中，边加钻杆边加套管，跟管钻进至需要深度位置后，即可将跟管钻头、冲击器、钻杆提升出孔外，根据需要可一次跟管到位，或先跟管钻进至需要深度后，再用常规钎头钻进至设计深度，最后用高压风彻底冲扫钻孔。(2)偏心跟管钻进施工方法a偏心跟管钻具在施工前应逐一检查风动潜孔锤、偏心钻头、套管、套管靴，风动潜孔锤应工作正常，并加注机油润滑，偏心钻头应能灵活张开和收拢，张开时偏心锤头应大于套管靴外径，连接销及锁紧机构应牢固，钻杆与潜孔锤和潜孔锤与偏心钻具的连接应可靠，套管和套管靴无裂纹，凡有影响强度的缺陷不能使用。b在开孔时，尽量采用常规冲击钻头裸眼钻进，同径常规钎头先造孔1m左右，给跟管钻进提供定位和导向作用。当返风量较小时，更换偏心钻头跟管钻进，一般地层的跟管钻进采用中风压（0.5-0.7Mpa）供风，钻进速度3-5m/h；到覆盖层与卸荷拉裂体交接层时，要改用小风压，钻进速度减慢一半，并要间歇吹渣，确保不卡钻；进入稳定岩层，即可加大风压，提高钻进速度，成孔深度一般较设计深度长0.5-1.0m，遇到卡钻时，在允许用水的情况下，从钻杆中注入少量的清水是解决卡钻的有效方法之一。c开钻前，将钻具组装好放入带有套管靴的套管内，让偏心锤头伸出套管靴，正转张开偏心锤头进行钻进。特别注意偏心跟管钻进时，在确认钻头到达孔底后，先回转，待正常后，再开风冲动钻进。d钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管。e每钻进0.3～0.5m应强风吹孔排粉一次，以保持孔内清洁。吹孔时，中心钻具和上提动距离应严加控制（以能实现强风吹孔为限禁止在钻进过程中向上起拔中心钻具或来回倒杆。f钻进结束或需更换中心钻具时，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具，当中心钻具可顺利提升时，表明偏心钻头已顺利收拢，这时可按照常规方法提升中心钻具，直至全部提出中心钻具。g有时会因孔底残留岩渣过多，偏心钻头回转部分被岩渣卡住而影响偏心钻头的收拢。当试提几次仍不能奏效时，应开动空压机重新对钻孔进行清洗，并使用潜孔锤作短时间工作，然后再进行试提，如此作法直至提出中心钻具h在跟进套管有困难的情况下，又要获得较大的有效孔径，可用套管内径小3～4㎜的合金或金刚石钻头回转切削通过套管靴，从而扩大有效孔径。i管钻进至需要深度后，即可将跟管钻具提升出孔外。根据需要可一次跟管到位，或先跟管钻进至需要深度后再用常规钎头钻进至设计孔深。(3)跟双层套管钻进施工在覆盖层钻进过程中，先下φ178mm的套管，然后提钻再下φ168的套管，小套管穿过大套管，分解了套管与岩层的摩阻力，减小了套管变形的风险，有利于钻进倾角的控制，施工中有15束锚索就是利用双层套管成孔的，但跟双层套管增加了劳动强度，钻孔时间延长了将近1.5倍，对管材的质量要求特别高，跟双层套管成孔费用相当于跟单层套管成孔的3倍。7.1.3全面技术交底，进行现场演练调整后的施工方案，由分局技术部编制详细的施工作业指导书，并首先向分局领导、相关部门和作业层技术负责人进行技术交底，然后由作业层技术人员向工段长、作业工人进行全面、详细的技术交底，使工人知道支“怎么做”，并形成交底记录。同时现场技术员根据作业指导书内容，在施工现场向式段长、操作工人进行演练，技术部负责人进行把关，确保钻孔施工按照工艺要求进行。召开参与锚索钻孔人员的专题会议，实行分部施工责任制，控制施工的全过程，逐级负责，层层把关，严格按照作业指导书的要求施工，每台钻机配备一名技术员，专门看管该钻机的运行，实时掌握锚索的钻孔情况，确保锚索钻孔按照相关技术要求进行。同时实行工程进度与质量奖惩制度，生产进度与生产质量直接与个人的经济效益挂勾，从而保证钻孔的效率。经过QC小组活动的实施，4#变形体锚索钻孔的成孔率可达96%以上，且成孔时间大大缩短，每台钻机平均20h成一锚索孔。其分析、比较见表5、表6和图5。表5经过QC小组活动实施后钻孔速率统计表123456789表6QC小组活动实施前后锚索钻孔成孔率和平均钻孔速率比较表3图5QC小组活动实施前后锚索钻孔成孔率和钻孔速率比较图在xx水电站4#变形体治理的锚索施工中，通过QC小组的活动，有效地解决了崩坡积块碎石土和强卸荷拉裂变形岩体锚索施工难以成孔的难题，促进了施工进度，实现了小组制定的活动目标。经过在实际施工过程中的不断总结、分析和研究，对偏心跟管钻具在结构、材质、热处理强度等方面不断优化，进一步提高了偏心跟管钻进技术，并总结了一套较为完整的施工操作技术，为复杂地质锚索跟管钻进工艺技术的发展奠定了较好的技术基础。通过PDCA循环，开展卸荷变形拉裂体边坡锚索成孔技术攻关，分局最终掌握了一套在复杂地质条件下锚索成孔的技术，经过4#变形体后期锚索施工和公路边坡锚索施工的推广应用，大大提高了分局在复杂地质边坡锚索施工的进度，达到了QC小组活动的目的。尤其是复杂