亭子口枢纽坝基大口径基岩地质钻探技术.pdf

41卷第8期
民长
Vol 41.No8
2010年4月
angtze
Ri
lver
Pr
文章编号:1001-4179(2010)08-0024-0
亭子口枢纽坝基大口径基岩地质钴探技术
张涛,刻伦平,武营军,王春江
(长江岩土工程总公司(武汉),湖北武汉430010)
摘要;通过嘉陵江亭子口水利枢纽大口径基岩取芯钻探成功应用,介绍了大口径地质钴探的技术特点和施工
工艺,阐述了牙轮钻头成孔的エ艺参数和操作要点,通过对传统取芯エ艺的研究和创新,使用了一种新的大ロ
径取芯工具,大大提高了取芯效率。
关键词:大口径;牙轮钴头钻进;取芯技术;地质钴探;亭子口水利枢纽
中图法分类号:TV223文献标志码:A
59.0~62.0m。岩层内渗水量约20~30m'/h,岩石
1工程概况
可钻性为4~5级。
嘉陵江亭子∏水利枢纽位于四川省苍溪县李家
嘴,枢纽大坝坝型为重力式混凝土坝。为研究坝基稳3技术方案选择
定情况,在上坝线左、右岸共钻进大口径地质勘探孔2
个,孔径1000m,取出岩芯直径为700m,孔深分3.1钻头的选择
别为60.9m和61.60m
确定大口径钻进工艺方案之前应先选定钻头。如
大口径地质钴探与传统小∏径钴探最大的区别在
选用不同类型的钻头,则钻进工艺不尽相同,同时对钻
于取芯工艺不同。采用传统小口径基岩钻进取芯时,进效率及取芯成败至关重要。根据地层情况,钻头选
如用单管钻具取芯,则需要先投卡料卡住岩芯,然后用型时综合考虑了合金钻头、钢粒钴头、牙轮钴头。3种
钻机将岩芯强行扭断,通过岩芯管将岩芯提出。而大钻头各有其利弊。合金钻头以刮削碎岩为主,对于4
口径探取芯由于岩芯直径大,如强行扭断,钻机及钻~5级若石,进效率较高,但钻进阻力大,蹩车严重,
杆难以承受如此大的扭矩。通常大口径取芯工艺采用且由于合金钻头刀刃突出高度较小,钻孔与钻头间的
的是:钻进段进尺,然后抽水,将楔子下至岩芯与钻坏状间隙小,对取芯不利。钢粒钴头钴进形成环状间
孔的环状间隙中,利用重锤击打楔子将岩芯楔断,最后
隙较大,对取芯有利,但孔底沉淀物多,需经常抽水并
下人至孔底用钢丝绳将岩芯套牢后用卷扬机提出。
人工清理沉淀,人工清碴安全性很差,且钴进效率低
牙轮钻头综合了前两种钴头的优点,采用牙轮钻头钻
2工程地质条件
进原理是滚动碾压冲击碎岩,实质上是一种冲击回转
地质勘探资料提示,坝线地层岩性自上而下依次钻进,钻进效率高、钻进稳定性好且不易发生孔内事
为:①灰白色、浅灰色细粒、中粒长石石英砂岩,夹少故,钴孔环状间隙大,利于取芯。通过综合对比,最终
量粉砂岩、粘士岩及砾岩,埋深0~26.0m;②紫色粘决定采用牙轮钻头成孔。牙轮钻头主要由取芯筒、牙
土岩夹粉砂岩,埋深26.0~31.0m;③浅灰、灰紫色细轮爪、牙轮、轴承和储油密封补偿系统等部分组成,具
粒岩屑砂岩,夹粘土岩、粉砂岩及砾岩薄层和条带,埋有与孔底接触面积小,比压高,工作扭矩小,工作刀总
深31.0~59.0m;④紫色泥质粉砂岩夹粘土岩,埋深长度大等优点。钻头外径1000m,牙轮宽度150
收稿日期:2010-01-30
作者简介:张涛,男,工程师,从事水利エ程地质劫探与施工管理工作。E- mail:.3726297@q,com
第8期
张涛,等;亭子口枢纽坝基大口径基岩地质钻探技术
mmx2,可取岩芯直径达700mm。
牙轮针头对岩石仪形成疲劳破碎或研磨破碎,影响钻
3.2钴探设备选择
进效率。
采用大口径钻探方案,由于破岩断面大,回转扭矩4.3转速
大,线速度高,要求钴机具有较大动力和较低转速。钻
牙轮钻进对转速要求较低,一般在12~23r/min
杆尽可能选择粗径钻杆,以减小孔壁与钻杆之间的环为宜(GPS-15型钻机I、Ⅱ档)。I档钻进时,钻进
状间隙,增加钴进稳定性。
效率为0.2-0.3m/h;Ⅱ档钻进时,钻进效率为0.4
根据地层情况和地质要求,钴机采用GPS-15S0.5m/h
工程钴钻机,钻机动力37kW,结杆采用0168mm牙嵌4.4泵容量
式钻杆,采用3PNL泥浆泵2台,慢动卷扬1台,贵州
由于采用牙轮钴头钻进时,遇将环状面上的岩石
产6135柴油发电机组1台,12kN加重块2个。
研磨成细小粒度的岩屑,可采用清水淋洗孔壁,以利钻
采用正循环钻进,牙轮钴头成孔。钻进参数采用进。3PNL泵额定容量108m3/h,上提注浆流速约0.8
大钻压、低转速、大泵压量。
~1.0m/min,可满足携带岩屑的需要
4钻进技术参数及注意事项
钻进注意事项
1)钴井平台需作硬化处理,钴机安装必须满足
4.1孔底钻具组合
平稳牢固的要求,在针进过程中不能产生位移或沉陷
牙轮钴进基岩时孔底钴具组合方式如图1所示。否则须及时处理。
2)钻具连接要牢固。钻头与加重块及加重块与
3钻杆
钻杆之间部位在钻具运转时受力相对集中,故连接法
兰盘的螺杄要使用高强螺杄连接,螺杄丝扣要柠紧,提
钻后须经常检查。
加重块
(3)下钻过程要保持稳顺。下钻中途遇阻,严禁
用钻具冲击障碍物。
(4)正常钻进过程中,不宜经常提动钻具。在钻
进中若发现异响、不能钴进且阻力増大时,应立即提钻
检査。
牙轮钻
(5)垂直度控制。钻进速度应尽量保持均匀,并
在钻杆上安装2个导正环,导正环外径比钴头外径要
小,为40~60mm
图1孔底钻具结合示意
5大口径取芯工艺
4.2钴压
由于传统的大口径取芯方式是采用楔子将岩芯楔
牙轮钻头对岩石的破碎作用有3种:即压碎、冲击断,然后抽水、由作业人员下至孔内捆绑岩芯,安全性
和剪切。压碎是牙轮在钻压作用下对岩石进行静力压差且效率极低,特别是当孔内滲水量大、孔内水难以抽
碎,其效果主要取决于钴压的大小和岩石的硬度;沖击干时则无法取芯。施工中对取芯工艺作了改进,主要
是指牙轮自转滚动时轮齿交替作用于岩石,而使牙轮措施是加人了导向装置,将楔子和拟取芯样用钢丝绳
齿对岩石产生上下往复振动冲击作用;剪切则是指牙安装在导向装置内,提钻后下人该取芯装置进行取芯
轮在岩石上自转滚动的同时,钴头体的公转带动轮齿不需抽水,人不需下到孔内,安全性和取芯效率大大提
产生一定的滑移,从而对岩石进行剪切破碎。
施工中施加的最大钻压约为50kN,钻进效率为5.1传统大口径取芯工艺
0.4-0.5m/h;施加的钴压为38kN时,钻进效率为5.1.1工艺流程
0.2~0.3m/h。厂家推荐的1000m钻头轴压值在
200kN时效率最佳,但受钻探设备能力的限制和其它
取芯工艺流程如下
因素的影响,钴进中牙轮钻头的钻压值一般都偏低,使
钻进一每回次完毕后提钴一抽水→下入楔子→重
锤击打楔子楔断岩芯一→抽水→作业人员至孔内绑扎钢