浅析施工灌浆孔斜成因与预防

罗培

罗培

（贵州省西秀区油菜河水库管理处，贵州安顺561000）

摘要：在深孔帷幕灌浆钻孔施工中，孔斜控制具有重要意义。本文着重探讨孔斜成因及其不良影响，介绍了孔斜的预防和处理措施，对保证钻孔方向的重要性提出建议。

关键词：帷幕灌浆；钻进效率；成因；处理

中图分类号：P63U41文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）04-0114-01

1孔斜成因分析

1.1地质条件不良

在地质条件方面，集中表现在钻孔内岩石的力学性质上，主要为：

（1）钻进松散覆盖层时，覆盖层越厚，越容易改变钻孔的方向。其主要原因是覆盖层具有较强的活动性，钻出的钻孔孔径较大时，势必对粗径钻具不能形成强有力的控制，因而不能保证钻进方向的一致性；

（2）在有一定倾角的、软硬交替的岩石中钻进，由于钻头在同一接触面上有软硬不同的岩层，因此，可钻性不同的岩层会产生不同的钻进速度，从而改变钻头的钻进方向；

（3）在厚度大、破碎较严重的岩层中钻进，其钻孔孔径也较大，粗径钻具在钻进方向上不容易被控制。此外，破碎岩层往往是软硬岩层共存，因此，钻头容易改变方向；

1.2技术条件不适宜

因采用与实际不相宜的技术措施造成的钻孔偏斜，主要表现为：

（1）在开孔钻进或浅孔阶段的钻进中，钻机立轴与钻孔不在同一条中心线上，这会直接影响钻孔偏斜；使用过高的立轴钻杆与磨损较严重的立轴钻杆定向套管，容易使立轴产生较大的摆动，直接影响到钻头在孔底钻进时的不稳定性；

（2）使用了弯曲的钻具或过短的岩心管。

（3）在由大孔径换小孔径或扩孔钻进过程中，因为孔壁各部硬度不一，孔径大小也不一致，换径后的钻头很难保持在与原孔中心线一致的方向向下钻进；

1.3操作方法不当

操作方法的不当往往是产生钻孔偏斜的直接原因。

（1）钻进时过大的加压，使钻杆产生多段处的严重弯曲，特别在不利的地质条件下，对产生钻孔偏斜的影响会更大；

（2）使用磨损过钝的金刚石或硬质合金钻头钻进，会因在金刚石颗粒或合金粒向岩石内切入不稳定的情况下，容易改变钻头的钻进方向；

（3）在松散易坍塌的岩层中钻进，冲洗液的排量过大，压力过高，特别是使用粘度很小的泥浆或清水作冲洗液时，会较严重地破坏孔壁，造成孔内某一局部的坍塌，使孔径扩大。由此不易控制钻杆过大的弯曲，使粗径钻具容易产生偏斜。

2孔斜对钻进效率的影响

钻孔产生较严重的偏斜，会使钻进效率大大降低，表现在下面几个方面：

（1）钻孔偏斜会使钻杆在孔内随之发生弯曲，这样，当回转动力由立轴钻杆向钻头传递时，会使钻头的回转非常不稳定，造成钻头磨损，降低钻进的效率；

（2）钻孔偏斜使钻具与孔壁之间的摩擦力增大，这样，钻孔的轴心压力不能按需要全部作用到钻头上，从而影响进尺。如果过分增加压力，就容易造成钻具折断；

（3）由于钻孔偏斜比较严重，不能使用快速钻进的方式钻孔。

由此可见，孔斜对钻进效率的影响体现在进尺的快慢上，因钻孔偏斜致使钻具折断事故的增多，势必需要浪费大量时间用于孔内事故的处理，使单位进尺减少，效率降低。同时，钻孔偏斜造成的钻具磨损，使钻具使用寿命降低，单位进尺的材料消（损）耗量增加，造价提高，相应地降低了钻具的钻进效率。

3孔斜对钻孔质量的影响

3.1钻孔地质资料的准确性受影响

在进行灌浆孔特别是帷幕灌浆深孔的钻进中，要求对岩层岩性以及孔内各种情况进行详细记录，便于在研究灌浆资料时分析灌浆质量，了解不同岩层的可灌性，分析防渗帷幕的效果。但钻孔偏斜后使所要了解的地质资料不准确，对岩层或构造带的空间位置、厚度、结构的分析有直接影响，同时钻孔产生偏斜会破坏灌浆孔间的合理孔距，也由此产生部分无效进尺，甚至只有采取补孔的办法来弥补因孔斜带来的负面影响；钻孔偏斜后，钻头在孔内的回转不稳定，致使采取到的岩心很细，甚至保存不住岩心，严重地影响岩心的采取率。

3.2施工因孔斜而不能正常进行

有了良好的灌浆孔，才能实行良好的灌浆。钻孔偏斜必然会使灌浆孔的孔壁不圆和不平整，给安设栓塞造成困难。帷幕灌浆一般采用孔口封闭器的方式灌注，大多数将钻杆作为射浆管用，因有钻孔孔壁的弯曲，钻杆在孔内也呈弯曲状态，在灌浆特别是灌注浓浆时，很容易发生“固死”钻杆的现象，孔斜所造成的灌浆孔孔距的变化使相邻孔的有效充填范围彼此衔接不起来，从而使灌浆帷幕不能达到规定的防渗标准，灌浆质量受到影响。

4孔斜的预防措施

控制钻孔钻进方向，使之不发生严重偏斜是一项很复杂的技术工作。采取何种技术措施防止钻孔偏斜或钻孔产生严重偏斜后如何处理，都必须将影响钻孔偏斜的几方面因素结合起来全面加以考虑。

（1）钻机的安装要水平牢固，立轴中心与钻孔中心应在同一条垂直线上，并按要求的孔向对准孔位开孔，以使钻进中不摆不晃；

（2）孔口管必须牢固并满足要求，在开孔钻进与浅孔阶段钻进中，立轴钻杆不能太长，否则钻进时摆动性大，致使立轴转动不稳，造成钻具摆动性增大；

5建议

要保证很深的帷幕灌浆孔不发生偏斜，绝非易事。虽然结合地质条件采取多种技术措施和操作方法，往往也很难控制钻孔不发生偏斜。如果用加强测斜等方法来加强控制，但在如此多的灌浆孔内，势必要增加浩繁的工作量，使施工单位难以承受。另外，一旦发现偏斜，要采取纠偏，不但费时，而且不易成功。因此，对于解决偏斜问题，不仅要从施工方面入手，而且要从设计方面着手。基于此，提出如下建议：

（1）合理降低深层的要求标准，放宽容许偏差值。但当孔深大于60m时，孔底最大容许偏差值除了应根据工程实际情况并考虑帷幕排数等具体情况确定外，还应结合当地地质条件下浆液扩散半径和该孔下部岩层的透水性能来分析比较后确定；

（2）增加帷幕的排数。在地质条件不良、钻孔偏斜的情况下，可考虑在局部地方增加帷幕的排数，以防止孔斜对灌浆质量产生不良影响；

（3）分层施工。如果帷幕灌浆孔深超过100m，可开凿中间平洞分层施工；

（4）适当提高灌浆压力。在深孔阶段钻孔发生了稍大一些的偏斜（但未超过规定标准），采用高一些的压力灌浆，可在一定程度上使浆液的扩散范围增大并弥补因钻孔偏斜造成灌浆范围的不足。

作者简介：罗培（1972—），男，贵州省安顺市人，助理工程师，从事水利水电工程设计及建设管理工作。