如何提高卸荷變形拉裂體邊坡深孔錨索的成孔效率 2 3 3 3 4 4 5 6 6 6 9 9 1.1工程概況xx水電站位于xx干流下游、xx省xx族自治州xx市和xx縣交界的打羅村境內，系xx卡拉至xx段水電規劃五級開發方式的第三個梯級電站。上游與錦屏二級電站尾水銜接，庫區長約58km，下游接二灘水電站，距西昌市公路距離約80km。卸荷變形拉裂體（4#變形體）處位于xx水電站右岸壩肩下游處，前緣高程約1330m，后緣高程1425m，順河平均長120m，順坡長120m，最大厚度50m，體積約36萬m3。對此變形體，采取了錨索、錨噴支護、錨索框格梁以及表層、深層排水孔等處理措施。錨索分別為7φ15.24mm、長45m-75m、設計張拉荷載為2000KN，共計130束。1.2工程地質該處地形凸出，坡度變化較大，上下游分別發育至薩溝及菩溝，覆蓋層主要分布于1340～1380m高程，為崩坡積塊碎石土，厚約3～8m，1340～1380m高程在菩溝內堆積有崩積的孤塊石，塊徑0.5～3.0m。基巖巖性復雜，錯動帶十分發育，水平線發育率15條/100m，因各方向裂隙張開無充填，巖體強烈松動、架空，無法成硐，壓致拉裂跡象明顯。錯動帶中多有糜棱巖及斷層泥分布，最厚可達10cm。全強風化下限水平深度10～16m，弱風化上段下限36～91.5m；強卸荷下限水平深度16～62m，弱卸荷下限36～112.5m。弱卸荷帶為拉裂巖體，巖體強烈松弛，裂隙普遍滲～滴水，夾泥裂隙率約40～50%，次生泥含水量大，呈軟~流塑狀態，充填形態不規則。1.3QC小組簡介表1小組成員情況表1男2男3男4男5男6男7男8男9男男（1）4#變形體地質條件極差，錨索最大孔深達75m，在我分局施工尚屬首次，施工經驗的積累和總結尤為重要；（2）合同工期目標限制，除錨索成孔外其它支護工序的施工工藝基本成熟，故錨索成孔的效率將是制約工期的主要因素之一。在錨索施工初期，整個4#變形體錨索施工區分4段同時開鉆，因地質結構復雜，錨索成孔異常困難，自6月13日開鉆以來，歷時36d開孔13個僅成功下索3束，成孔率僅為23.08%，每臺鉆機平均12d成孔下索一束，與工期的要求相差太遠。表24#變形體前期錨索鉆孔情況調查表1234567894注：孔號1-*為1358.1m高程的錨索孔，孔號2-*為1354.1m高程的根據對前期錨索鉆孔現狀的調查，繪制出前期錨索鉆孔方法與鉆孔深度排列圖和不同施工條件下鉆孔速率排列圖，分別見圖1和圖2。進深度7060503020進深度7060503020圖14#變形體前期錨索鉆孔方法與鉆孔深度排列圖從上圖可以看出，鉆孔深度不僅與鉆機選型有關，而且與鉆孔方法密切相關。圖2不同施工條件下鉆孔速率排列圖從上圖可以看出，影響鉆孔速率的主要是施工方法的選擇，但也與鉆機選型有一定的關進一步完善鉆孔施工工藝，提高錨索的成孔效率，在現有地質條件下確保：錨索的成孔率控制在90%以上；平均鉆孔速度控制在2m/h以上。小組成員通過“頭腦風暴法”，群策群力，從人、機、料、法、環五個方面尋找原因，繪出原因分析系統圖：人的因素1、人的因素1、新工人多，工人不熟練；2、技術人員缺乏認識；3、宣傳教育不夠，工人思想出現波動；錨索成孔機具因素效率不高材料因素4、部分鉆機規格偏小；5錨索成孔機具因素效率不高材料因素4、部分鉆機規格偏小；5、管靴質量差；6、套管及鉆頭類型偏少；7、錨索鉆孔固結灌漿未能灌滿；方法因素環境因素8、技術措施不當；方法因素環境因素8、技術措施不當；9、施工經驗總結不夠；10、未按技術要求施工；11、高空作業，交叉施工，工作面狹窄；圖3錨索成孔效率不高分析圖小組成員對找出的原因進行調查、討論、分析，找出主要原因。見表3。表3末端原因分析表123進行過4#變形體錨索施工難度分析與對策研究的教育4現場調查5前期錨索鉆孔管靴經常斷裂，發現問題后調換供貨廠現場調查67錨索鉆孔預固結灌漿現場調查89現場調查現場調查經過驗證，確認“技術措施不當”和“未按技術要求施工”兩項因素為主要原因。針對上面分析的結果，小組制定了相應的對策措施，并落實了具體的人和期限，見對策表：表4對策表1藝2.技術人員向工人詳細的技術2未按技術要求工1.嚴格程序控制，加強管理力4.1.1應對的施工措施初探與分析在鉆孔遇到困難后，引起分局領導的高度重視，由QC小組來研究對應的措施，提高成孔效率。采用了四種成孔施工工藝進行試驗探索：①常規裸眼成孔，②組合麻花鉆成孔（螺旋鉆桿③固結灌漿成孔，④跟套管成孔。常規裸眼成孔工藝，雖然偶爾能成孔，但產生廢孔、卡鉆、埋鉆等事故較多，反復掃孔重復勞動量大，功效很低。組合麻花鉆成孔，可應用在破碎裂隙發育、斷層發育和軟硬交互地層等巖體中鉆進，但在容易產生較大直徑掉塊或坍塌巖體中鉆進時，很容易產生卡鉆或埋鉆現象。固結灌漿法成孔，由于邊坡節理裂隙發育，且存在拉裂縫，巖體強烈松弛，灌漿流失現象嚴重，該地質情況不宜采用固結灌漿法成孔。跟套管成孔，經過現場試驗并成功運用，采用YXZ-70A型全液壓錨固鉆機，用沖擊錘、偏心鉆頭、套管、管靴、導正器等組合鉆具，跟管鉆進成孔工藝，成孔效率高，成孔時間較其它工藝短，因此，4#變形體的錨索施工，最有效的成孔工藝就是采用跟管鉆進成孔。4.1.2跟管鉆進施工工藝4.1.2.1鉆機設備選型與配置對于此種復雜地層錨固鉆機宜選用60型及60型以上鉆機，YXZ-70A型錨固鉆機為全液壓驅動動力頭式鉆機，無級調速，主要由動力系統及油箱、動力頭、操作臺、桅桿及下滑軌、機架及支撐等五大部分組成，其動力頭輸出扭矩達4000N·m，最大起拔力45KN，最大進給力30KN，鉆進速度快，處理事故能力強，結構為分體式，可拆性好，移動、安裝迅速方便，可遠距離操縱。采用φ168偏心跟管鉆具、φ168套管、φ89外平鉆桿、英格索蘭CIR110沖擊器及配套φ135釬頭、液壓拔管機等。跟管套管的選擇：套管主要用于保護鉆孔孔壁在鉆進過程中不坍塌，隨鉆孔深度延伸，且在施工跟進過程中不易折斷，在鉆進成孔穿索后再拔出，為適應工程變形體跟管鉆進的需要，跟管套管選擇外徑φ168、壁厚10mm，材質D50，連接絲扣為梯形扣，公母扣直接連接。偏心跟管鉆具：由花鍵導向體和偏心錘頭體組成，花鍵導向體與偏心錘頭體采用橫、縱懸掛定位銷連接，偏心錘頭體通過內部鑲嵌式卡塊由花鍵導向體帶動回轉，沖擊功由沖擊器通過花鍵導向體傳遞到偏心錘頭體起到沖擊破碎巖石、回轉擴大孔徑的作用，在前部鉆孔達到一定空間時花鍵導向體臺階利用沖擊器沖擊套管靴臺階達到同步跟進套管的目的。套管靴：主要起到帶動套管同步跟進的作用。4.1.2.2施工工藝流程 圖4.跟管鉆進施工工藝流程圖4.1.2.3施工工藝(1)偏心跟管鉆進原理如前所述偏心跟管鉆進主要器具由套管、沖擊器、偏心跟管鉆具、套管靴組成。用同徑常規釬頭先造孔1m深左右，為套管鉆進提供定位和導向作用。開鉆前讓偏心鉆頭伸出套管靴，達到一定程度時，張開偏心鉆頭，方可進行正常鉆進。特別注意在確認鉆頭到達孔底后先回轉，待正常后，再開風進行鉆進。跟管鉆進的過程中，邊加鉆桿邊加套管，跟管鉆進至需要深度位置后，即可將跟管鉆頭、沖擊器、鉆桿提升出孔外，根據需要可一次跟管到位，或先跟管鉆進至需要深度后，再用常規釬頭鉆進至設計深度，最后用高壓風徹底沖掃鉆孔。(2)偏心跟管鉆進施工方法a偏心跟管鉆具在施工前應逐一檢查風動潛孔錘、偏心鉆頭、套管、套管靴，風動潛孔錘應工作正常，并加注機油潤滑，偏心鉆頭應能靈活張開和收攏，張開時偏心錘頭應大于套管靴外徑，連接銷及鎖緊機構應牢固，鉆桿與潛孔錘和潛孔錘與偏心鉆具的連接應可靠，套管和套管靴無裂紋，凡有影響強度的缺陷不能使用。b在開孔時，盡量采用常規沖擊鉆頭裸眼鉆進，同徑常規釬頭先造孔1m左右，給跟管鉆進提供定位和導向作用。當返風量較小時，更換偏心鉆頭跟管鉆進，一般地層的跟管鉆進采用中風壓（0.5-0.7Mpa）供風，鉆進速度3-5m/h；到覆蓋層與卸荷拉裂體交接層時，要改用小風壓，鉆進速度減慢一半，并要間歇吹渣，確保不卡鉆；進入穩定巖層，即可加大風壓，提高鉆進速度，成孔深度一般較設計深度長0.5-1.0m，遇到卡鉆時，在允許用水的情況下，從鉆桿中注入少量的清水是解決卡鉆的有效方法之一。c開鉆前，將鉆具組裝好放入帶有套管靴的套管內，讓偏心錘頭伸出套管靴，正轉張開偏心錘頭進行鉆進。特別注意偏心跟管鉆進時，在確認鉆頭到達孔底后，先回轉，待正常后，再開風沖動鉆進。d鉆進過程中，隨著鉆孔的延伸，邊加鉆桿邊加接套管。e每鉆進0.3～0.5m應強風吹孔排粉一次，以保持孔內清潔。吹孔時，中心鉆具和上提動距離應嚴加控制（以能實現強風吹孔為限禁止在鉆進過程中向上起拔中心鉆具或來回倒桿。f鉆進結束或需更換中心鉆具時，先將孔底殘渣吹盡，脫開中心鉆具的回轉動力，停止回轉，緩慢提升中心鉆具至偏心鉆頭后背與套管靴前端接觸為止，用管子鉗卡持鉆桿，作反時針方向回轉，同時緩慢試提中心鉆具，當中心鉆具可順利提升時，表明偏心鉆頭已順利收攏，這時可按照常規方法提升中心鉆具，直至全部提出中心鉆具。g有時會因孔底殘留巖渣過多，偏心鉆頭回轉部分被巖渣卡住而影響偏心鉆頭的收攏。當試提幾次仍不能奏效時，應開動空壓機重新對鉆孔進行清洗，并使用潛孔錘作短時間工作，然后再進行試提，如此作法直至提出中心鉆具h在跟進套管有困難的情況下，又要獲得較大的有效孔徑，可用套管內徑小3～4㎜的合金或金剛石鉆頭回轉切削通過套管靴，從而擴大有效孔徑。i管鉆進至需要深度后，即可將跟管鉆具提升出孔外。根據需要可一次跟管到位，或先跟管鉆進至需要深度后再用常規釬頭鉆進至設計孔深。(3)跟雙層套管鉆進施工在覆蓋層鉆進過程中，先下φ178mm的套管，然后提鉆再下φ168的套管，小套管穿過大套管，分解了套管與巖層的摩阻力，減小了套管變形的風險，有利于鉆進傾角的控制，施工中有15束錨索就是利用雙層套管成孔的，但跟雙層套管增加了勞動強度，鉆孔時間延長了將近1.5倍，對管材的質量要求特別高，跟雙層套管成孔費用相當于跟單層套管成孔的3倍。7.1.3全面技術交底，進行現場演練調整后的施工方案，由分局技術部編制詳細的施工作業指導書，并首先向分局領導、相關部門和作業層技術負責人進行技術交底，然后由作業層技術人員向工段長、作業工人進行全面、詳細的技術交底，使工人知道支“怎么做”，并形成交底記錄。同時現場技術員根據作業指導書內容，在施工現場向式段長、操作工人進行演練，技術部負責人進行把關，確保鉆孔施工按照工藝要求進行。召開參與錨索鉆孔人員的專題會議，實行分部施工責任制，控制施工的全過程，逐級負責，層層把關，嚴格按照作業指導書的要求施工，每臺鉆機配備一名技術員，專門看管該鉆機的運行，實時掌握錨索的鉆孔情況，確保錨索鉆孔按照相關技術要求進行。同時實行工程進度與質量獎懲制度，生產進度與生產質量直接與個人的經濟效益掛勾，從而保證鉆孔的效率。經過QC小組活動的實施，4#變形體錨索鉆孔的成孔率可達96%以上，且成孔時間大大縮短，每臺鉆機平均20h成一錨索孔。其分析、比較見表5、表6和圖5。表5經過QC小組活動實施后鉆孔速率統計表123456789表6QC小組活動實施前后錨索鉆孔成孔率和平均鉆孔速率比較表3圖5QC小組活動實施前后錨索鉆孔成孔率和鉆孔速率比較圖在xx水電站4#變形體治理的錨索施工中，通過QC小組的活動，有效地解決了崩坡積塊碎石土和強卸荷拉裂變形巖體錨索施工難以成孔的難題，促進了施工進度，實現了小組制定的活動目標。經過在實際施工過程中的不斷總結、分析和研究，對偏心跟管鉆具在結構、材質、熱處理強度等方面不斷優化，進一步提高了偏心跟管鉆進技術，并總結了一套較為完整的施工操作技術，為復雜地質錨索跟管鉆進工藝技術的發展奠定了較好的技術基礎。通過PDCA循環，開展卸荷變形拉裂體邊坡錨索成孔技術攻關，分局最終掌握了一套在復雜地質條件下錨索成孔的技術，經過4#變形體后期錨索施工和公路邊坡錨索施工的推廣應用，大大提高了分局在復雜地質邊坡錨索施工的進度，達到了QC小組活動的目的。尤其是復雜