锦屏一级水电站左岸高边坡的锚索钻孔技术应用与提升

2.1　锚索钻孔工艺流程

锦屏一级水电站左岸边坡锚固工程超长锚索成孔问题是施工技术难题中最关键的制约环节，关系锚索施工能否正常进行和能否实现对高边坡有效的锚固治理。

通过锚索钻孔试验及大规模锚索钻孔施工经验，锦屏一级水电站左岸高边坡复杂地质条件下锚索钻孔工艺流程和钻孔场景见图1、图2。

图1　全液压履带式钻机紧跟工作面锚索造孔施工工艺流程图及紧跟工作面钻孔场景

2.2　钻孔机具及参数的选择与控制

（1）钻机。根据左岸边坡锚固工程特点，采用了多功能全液压履带式钻机紧跟工作面与轻型锚固钻机排架上施工相结合的设备配置形式，通过钻孔试验，选择的钻机性能参数见表1。

表1　各类锚固钻机性能参数表

续表

图2　轻型锚固钻机排架上锚索造孔施工工艺流程图及钻孔场景

（2）钻杆。选用需要从综合钻机能力和排渣能力进行考虑。锦屏一级水电站左岸边坡锚固工程施工实践表明，选用粗径外平式钻杆，缩小钻杆与孔壁的环状间隙，将十分有利于清孔排渣，尤其是遇到复杂地层时，可以有效地减少掉块卡钻、塌孔埋钻等孔内事故，也可达到防斜目的。钻杆规格与适用孔径、适配机型见表2。

表2　钻杆规格与适用孔径、适配机型一览表

（3）冲击器。选用需与空压机的功能相匹配，同时必须针对工程所处区域岩石条件，通过相关适应性试验再予以确定。锦屏一级水电站左岸高边坡锚固工程施工试验与实践表明，变质砂岩与板岩、大理岩中进行钻掘施工必须采用中、高风压冲击器；同时，使用无阀式潜孔锤（该类型冲击器耗风量小、结构简单、风压适用范围广），钻头则根据要求进行相应口径尺寸制定。无阀式冲击器规格与适用钻孔直径匹配表见表3。

表3　无阀式冲击器规格与适用钻孔直径的匹配表

2.3　锚索造孔防斜纠偏工艺

锚索造孔防斜纠斜主要从以下方面进行控制：

（1）开孔应严格控制钻具的倾角及方位角，主要采用地质罗盘、自制三角重锤仪及全站仪等器具以控制钻具的倾角及方位角。(www.xing528.com)

（2）当开孔钻进30cm左右后，应及时校核并校正钻具倾角、方位角。

（3）为提高锚索钻孔精度，在锚索钻孔施工中采用了镶铸孔口管等方式。孔口管的镶铸，除提高锚索造孔精度外，锚索安装后可及时安装孔口封闭器进行锚索孔道灌浆，较常规封孔灌浆缩短封孔待凝时间6～8 h。

（4）在钻进过程中按照进尺深度，分多次测量孔斜，并采用扶正器（见图3）、导正加强肋、粗径外平式钻杆、反吹排渣装置以及针对不同岩性确定合理的冲击器、钻头等来改善钻具本身挠度，使钻头最大可能地沿着设计孔道轴线完成锚索造孔，从而达到及时防斜纠偏的效果，并使钻孔质量满足或接近锚索孔道孔斜偏差要求。

图3　锚索钻孔扶正器装置

（5）合理操作并控制钻机钻压、钻速、风压等。针对锦屏一级水电站左岸边坡锚固工程岩石特性，通常按照“中等钻压、慢转速、平稳风压”的要求操作控制钻机。

通过对锦屏一级水电站左岸复杂地质边坡锚索钻孔施工技术的探索，钻孔效率及成孔质量均有大幅度提高，有力地促进了锚索施工进度。

2.4　锚索造孔钻机效果统计与分析

各类钻机对应钻孔深度的孔斜偏差控制效果见表4～表6。

表4　轻型锚固（MG-70型）钻机对应钻孔深度孔斜偏差控制效果

表5　轻型锚固（YXZ-70、YXZ-90型）钻机对应钻孔深度孔斜偏差控制效果

表6　多功能全液压锚固（Klemm、Atlas型）钻机对应钻孔深度孔斜偏差控制效果

钻孔孔斜偏差与钻孔孔深的曲线关系图见图4。

从表4～表6可以看出，在类似工程地质条件下就钻孔孔斜控制而言，多功能全液压锚固钻机优于其他钻机，但大多数锚索孔偏差都超过了设计和规范的要求。

图4　钻孔孔斜偏差与钻孔孔深的曲线关系图

由图4可以看出，在孔深25m以下，锚索钻孔倾角实际偏差可在设计及规范的控制标准之内；大于25m后，随着锚索孔深的增加，钻孔倾角实际偏差按抛物线形式陡增。在孔深60m以下，锚索方位角实际偏差可在设计及规范的控制标准之内；大于60m后，随着锚索孔深的增加，钻孔方位角实际偏差也按抛物线形式陡增。