钻探施工水利水电论文

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1水利水电工程施工技术的主要分类

1.1高科技仪器

随着科学技术的发展和进步，水利水电工程在施工过程中引进了很多先进技术，以此提高工程的施工效率，如检测、勘探仪器等。传统的测量技术仅仅只是测量，所需的人力物力资源较大，且其不确定性较大。而新技术的应用很好地解决了测量数据的不准确问题。由此可见，高科技仪器的应用为水利水电工程的发展带来了很多发展的可能。

1.2计算CAD技术的应用

计算机CAD技术从应用之初就将其定义为应用型的软件，与此同时，在计算机不断的发展过程中，CAD技术也得到了广泛的应用。多年实践证明施工单位将计算机与其他技术相结合，使得数据的获得更加方便，也保证了工程设计的科学性和合理性，提高了工程施工的实效性。

1.3GIS技术与数据库技术

通过应用地理信息系统以及数据库技术构建工程信息系统，GIS技术和数据库技术的相结合有效提高了工程设计以及施工的灵活性以及准确性。传统的工程信息系统通常只是对工程相关的数据进行收集、整理和检索等等。但是地理信息系统具有三维全景成像模拟功能，全面地展现了施工过程的时间以及空间关系，在近乎真实的情况下展现地质构成，为工程的后期实施提供了依据。

1.4钻探技术

上述工程中白云岩为一种沉积碳酸岩，主要由白云石组成，常混入石英、长石、方解石和黏土矿物，呈灰白色，白云岩岩层易于破碎的特性，加之岩石风化较深，故白云岩普遍存在岩石胶结性差、结构酥松、破碎，强度值波动幅度大等特点。该类地层在钻探过程中，存在岩芯采取率低、岩芯采取质量差、岩芯品质不好等问题，利用常规钻探工艺技术，很难达到岩芯采取规范标准，钻探现场布置全面图如图3所示。为了满足可研阶段对工程地质条件查明的深度要求，确保工程勘察质量，必须依据白云岩地层的特点，结合现有常规钻探工艺技术，寻求满足勘察成果质量要求的特殊钻探工艺技术方法。白云岩作为沉积碳酸岩，在钻进过程中，磨擦容易生热，膨胀系数较大，尤其在强风化、中等风化程度的白云岩地层中进行工程地质勘探，岩石可钻级别小于V级，岩层结构更加酥松、破碎，岩芯呈粉状、偶见块状，用常规的硬质合金钻具干法钻进工艺技术施工，钻进效率非常低，且易发生孔内“烧钻”及“抱钻”事故，处理事故辅助时间较长，成本加大，钻进经济效益较差。微风化、弱风化的白云岩，仍具有胶结性差、结构酥松、破碎等特点，造成孔壁不稳定的现状，只得采取有效的护壁措施，改善孔壁的稳定性，才能获得正常的钻进进尺。进行压水试验时，又需要保证孔壁的原状，只有对已形成有效的护壁泥皮进行破坏和清除才能有效进行试验，压水试验在高压水头作用下，原状孔壁的不稳定性进一步加剧，护壁难度加大。若继续钻进，又需要重新进行护壁，工序重复较多，直到钻到设计孔深。微风化、弱风化的白云岩地层，可钻性级别V～Ⅷ，属坚硬岩石地层，钻探采取的湿作业法作业，更加剧了破坏孔壁的稳定性，容易发生“埋钻”和“卡钻”事故，给钻探工程质量、钻进效率、进度控制带来异常难度，虽通过合理选用钻具方法确保岩芯采取质量，但若采用常规钻进参数，钻进效率很难提高。

2钻探施工技术的应用

钻进工艺技术，单动单管硬质合金钻具，辅以无泵反循环的钻进工艺技术强风化、中等风化程度的白云岩，因岩石强度较低，岩石级别在V级以内，采用油缸上下给进来提动钻具实现无泵反循环及扩孔钻进相结合的硬质合金钻进工艺方法。为了有效解决常规硬质合金钻具干法钻进工艺技术所带来的钻进效率低，易发生孔内“烧钻”及“抱钻”事故的问题，结合常规硬质合金钻进工艺技术，对钻具钻头稍加改动，并配以孔底局部返循环的钻进工艺对强风化、中等风化程度的白云岩地层进行钻进。因岩层较软，主要靠通过轴心加在合金上的压力来克取岩石，宦选用稍高钻压;为了提高成孔质量，获得较好钻进效率，降低磨擦升温．宜选用低转速。为了实现孔底局部反循环的功能，同时因短时间脱离对岩石的克取磨擦，起到散热、冷却效果，应勤提动钻具。这在很大程度上预防和减少了孔内事故的发生，提高了钻进效率。这种工艺技术应注意以下3个要点:

1)常规硬质合金钻头内外出刃为1.0～1.5mm，则岩芯外径与钻具岩芯管内环间隙为1.0～1.5mm。白云岩为沉积碳酸盐，高温环境下，生成用作膨胀剂的氧化镁和氧化钙的混合物，这种混合物的膨胀率大。在钻头克取岩石及钻具在岩层中回转，会因摩擦而产生热量，使岩芯膨胀，使岩芯外径与钻具岩芯管内环间隙不足1mm，使得岩芯进入岩芯管的阻力加大，阻力大于钻机带动钻具获得进尺所克服的阻力时，造成因“堵钻”而无法获得正常进尺，被迫起钻，取出岩芯管内岩芯后重新下钻，增加钻进的辅助时间。虽然岩芯采取率高，但岩芯扰动大、品质差，仍然影响岩芯采取质量。采取的措施是:将硬质合金钻头内外出刃增加到2.5～3mm，底刃按分区破碎方式排列，给岩芯因磨擦生热产生膨胀留有空隙，岩芯管与岩芯环状保持一定的间隙。

2)通过钻具提起一定高度(一般为0.3～0.5m)，使孔底产生负压，钻具与岩层环状的泥浆沿间隙流入孔底，再下压钻具，孔底泥浆在压力作用下，会沿着岩芯与钻具内环间隙向上流动，形成无泵反循环，钻头在较大压力，慢速回转状态下，克取岩层获得进尺。钻进过程中岩芯一般是连续不断的，岩芯扰动小、品质好，岩芯采取质量满足规范要求，回次进尺可达0.8～1.5m，钻进效率高。

3)若改变硬质合金钻头的内外刃及底刃，运用无泵反循环及调整钻进参数措施后，仍不能有效避免“抱钻”、“烧钻”事故，还可采用钻扩结合的钻进方法。正常钻进的粗径钻具在大一级IZl径内回转长度控制在2/3左右，增加正常钻进粗径钻具的环状空间，有效避免事故发生。但扩孔过程中，值得注意的是一定要加大提动钻具的频率，否则会造成“抱钻、“烧钻”附加事故。当发生微“抱钻”、烧钻事故时，不要急于处理，停机10min后，待岩层及钻具冷却后，再开动钻机，事故就可能得到解决。通过上述工艺技术，有效预防和减少了孔内事故，较大地提高了岩芯采取质量和钻进效率，大大降低了钻探成本，并在单位规定时间内顺利完成了贵阳市下坝水电站现场地质勘探工作，为钻探施工奠定坚实的基础，为施工单位创造了良好的经济效益和社会效益。

3结语

综上所述，水利水电工程的建设需要多种技术综合使用，才能保证工程的高质量。而钻探施工是水力水电工程中的主要施工技术，需要通过严格的质量控制措施，对其进行实时的监控以及检查，才能保证钻探质量。在钻探的过程中，需要根据工程的自然地质情况以及施工需求等确立各项参数，这样钻探施工才能取得较好的结果。

作者：周明康 单位：遵义水利水电勘测设计研究院