浅谈罗赛雷斯减压井(孔)成井技术--林军--字数4936-21

1浅谈罗赛雷斯减压井（孔）成井技术（中国水电第七工程局有限公司成都水电工程建设有限公司，四川成都，611130）【摘要】传统减压井施工通常使用泥浆护（固）壁，冲、钻成井，空气洗井技术。成井过程中，泥浆的渗透充填了渗水通道，井壁上附着、聚集的泥皮形成的阻水隔膜，不仅增加后续工序清孔洗井的难度，影响了减压井的减压流量和效果，而且滞缓了工程进度，加大了工程成本。为了开拓新的施工工艺，本文介绍在北苏丹罗赛雷斯大坝左右岸土石坝600多口减压井（孔）施工中采用的振动沉管成井技术、回转钻机跟管成井技术和冲击钻机跟管成井技术，取得了很好的效果。【关键词】振动沉管回转跟管冲击跟管成井技术1、设计概述罗赛雷斯大坝位于北苏丹青尼罗河的达马津瀑布河段上，距喀土穆上游约530km处，是一座以灌溉、发电为目标的工程。工程分两期建设，第一期工程于1961～1966年建成，大坝长16km。第二期工程于2008年5月开始，计划2012年8月完工，大坝整体加高10m，总长度24.5km，其中土石坝长度23.5km。由于一期工程中设计施工的减压井绝大部分年久失修，已经被淤泥及卵石杂物等堵塞，丧失排水、减压功能，全部报废。为降低大坝坝基扬压力，确保大坝整体运行安全，德国拉美尔公司重新对土石坝沿线进行新的减压井（孔）设计。设计内容如下：新的减压井（孔）：共2排。排距：两排间距为70m。孔距：第一排孔距100m，第二排孔距50m。地质条件：地表为土层，下为15~20m砂卵石覆盖层，内含相当多的透镜体砂层。覆盖层下部为基岩。钻孔孔径：覆盖层钻孔孔径为470mm，基岩钻孔孔径不小于100mm。减压井结构：A.全孔为覆盖层的减压井，安装直径为150mm的ABS管；B.覆盖层下部有基岩的减压井，安装直径为50mm的ABS管。C.设计减压孔回填内外两层不同级配的滤料。2、砂卵石覆盖层成孔技术在罗赛雷斯大坝左右岸土石坝减压井(孔)覆盖层施工中采用了振动沉管成井技2术、回转钻机跟管成井技术和冲击钻机跟管成井技术，现分别进行介绍：2.1振动沉管施工技术使用浙江振中工程机械有限公司生产的JZL-90A履带式多功能钻机。其主要参数见表1所示。表1：JZL-90A钻机主要参数项目型号（JZL90A）项目型号（JZL90A）桩架高度25m回转角度±180度许用抗拔力350KN立柱前后范围+9度，-5度行走方式电动履带式立柱规格630*8结构形式三点支撑式履带接地长度4500mm履带宽度800mm斜撑调整线速度0.355m/min行走机构行走速度1.48m/min履带条数2条驱动电机功率2*11KW立柱导向尺寸600*102回转机构电机功率1.5KW爬坡能力3度回转速度0.32m/min整机质量50t接地比压支腿0.89MPaDZ120A振动锤电动机功率120KW履带0.087MPa振动频率1000R/min液压系统额定功率16MPa允许拔桩力400KN电机功率18.5kw允许加压力240KN空载振幅11.6mm主卷扬主卷扬JK5外型尺寸2.8*1.6*2.75m副卷扬JK1总质量8274kg2.1.1施工工艺见图2所示。图2：振动沉管施工工艺2.1.2振动沉管成孔工艺采用JZL-90A多功能钻机，配备DZ120A振动锤，采用无缝钢管（φ480×12mm）井口安装滤料筛分及配料钻机就位测量放线振动沉管清渣及洗井井管安装及反滤料回填起拔钢套管洗井滤管加工混凝土搅拌3作为砂层护壁套管。（1）土层施工：首先采用钻机带半合管振动沉管捞取表层粘土。对一些不易掏取易脱落的地层部位，则采用带底阀的半合管捞取成孔。（2）砂层施工：进入沙层时，取下带底阀的管段，下沉套管，边下沉套管边从套管上所开的窗孔加水，防止流砂。一直沉管至设计孔深以下2m。然后在套管内用φ410mm或φ273mm的带底阀的捞沙管（3~4m长）捞砂，经2-5次捞取，到达设计孔深，终孔。（3）土砂分界线鉴别：为防止个别减压井施工地段地下水位较高，土层较薄，或渗压水头较大易流砂，则鉴别土砂分界线提前作好加水平压工作非常重要。鉴别方法采用以下三方面措施：①招标阶段地层剖面图反映的地质情况；②土石坝坝轴线新增的大坝地质勘探孔揭露的地质情况；③对半合管内捞取的样品进行现场鉴定及分析。2.2回转跟管成孔工艺使用天津探矿机械总厂生产的SPC-300S型水文地质钻机。钻机以转盘回转钻进为主,还附有辅助的冲击机构,适应性较强,可在粘土、砂层、砾石层、石层及基岩等多种地层中钻进。其主要参数见表3所示。表3：SPC-300S钻机主要参数序号项目名称参数1钻孔深度(m)回转深度200～300冲击钻进802钻孔直径(mm)回转钻进Φ500冲击钻进Φ7003转盘最大通孔直径(mm)Φ5054钻杆(mm)主动方钻杆110×110×7500孔内钻杆Φ89×60005桅杆高度(回转钻进)(m)11最大负荷(T)154前倾角(回转钻进)3°(冲击钻进)1.75°6冲击钻具重量(Kg)800～10007外形尺寸(MM)10880×2500×41008重量(T)21使用SPC-300S型水文地质钻机，配备直径为500mm护壁钢管作为砂层护壁套管。（1）土层施工首先采用钻机带空心钻头或螺旋钻具加清水回转钻进成孔，现场钻机附近设2个水坑，一个水坑装清水，一个水坑装孔内流出的废水。（2）砂层施工进入沙层时，下沉套管，一般情况下，下沉1-1.5m套管后，采用螺旋叶片加清水将套管内的沙层扰动后，用抽沙桶将套管内的沙子清理干净，然后继续跟进套管、扰动、抽沙，直到设计孔深终孔。钻进时应严格按照先跟进套管再在套管内清理，禁止超出套管范围钻进，以免遇到流沙层造成孔内无法清理干净。在遇到流沙层及承压水时，套管内应随时加水平压，水位高度至少高于地下水1m。2.3钢绳冲击跟管成孔工艺采用钢绳式冲击钻机在土层施工时冲击钻进,在砂层锤击沉管护壁，管内抽砂的施工工艺。采用钢丝绳冲击钻机，对上部土层冲击成孔，孔径φ500mm，先在指定的井口位置挖掘一个孔，规格：φ500mm，深度：0.5m。注入少量水，用冲击钻头冲击；直到冲击钻头给进困难时，提出冲击钻头，用抽筒捞渣；再往孔内注水，使用冲击钻头冲击，捞渣，依次循环，使孔深逐渐增加。当遇到沙层，下设护壁套管（φ480mm），首先下设一根长套管，再在管内钻进、抽砂。当孔深到达套管底部时，再在长套管上面焊接短套管，用重锤将套管打入砂层，再在套管内钻进、抽砂。再加套管，再钻进抽砂，直到设计孔深。套管长度根据需要可加工成1.5、2、3、6m不等；根据孔深确定使用套管的根数。使用钻机卷扬钢丝绳吊运、下设套管。套管焊接时，两钢套管要连接紧密，同心，对正，并用水平尺校正。在钻进和抽砂过程中，如遇流沙层，要经常往孔内注水平压。53、基岩成孔工艺在见到基岩而未达到设计孔深时，采用地质钻机带金刚石钻头（φ110mm）回转钻进，或带冲击器冲击成孔。或者采用哈迈50钻机带潜孔锤冲击成孔（φ110mm）钻进施工，直到减压井(孔)的设计孔深。4、减压井回填及安装4.1回填卵石成孔后，测量孔深，如孔底沉渣较多，应用抽砂筒抽砂，直至孔深满足设计要求。然后在孔底回填1m深卵石压住流砂，结束后下设潜水泵把孔内的污水抽出，同时置换干净的水防止流砂现象。4.2井管安装全孔为覆盖层的井，滤水管为φ150mmABS管。下部见基岩的井，滤水管为φ50mmABS管。根据钻孔地质情况，在砂层段下花管，在土层段下盲管。首先在ABS滤水管底部安装端盖，然后用土工布（275g/m2）将ABS管长条形孔（宽度1mm）外周包裹。每3m安装一个有4面支撑的钢质对中支架。管与管之间采用ABS二通管、ABS胶连接。孔外组装完成后，使用钻机把连接好的ABS管吊入井中心，下至设计要求的孔底部位。4.3投料及起拔套管根据设计要求选择2A滤料（细反滤料，最大粒径6.7mm，含泥量小于5%），并经工程师批准。从套管上所开的窗孔下2A滤料时，采用围绕井管充填的方法，以保证井内2A滤料均匀上升。采用分段投放方法实施，即每回填一定高度的2A滤料后就提升一段护壁套管。每回填1.5m高，起拔套管1m。勤测量套管与ABS管之的回填滤料深度，保证在砂层时套管埋入2A滤料最小厚度0.5m深。回填到沙土分界线时,回填1m膨润土球。其余部分仍用2A滤料进行回填，直到土层最后2~3m时可拔出套管，最后在孔口进行回填。起拔套管采用钻机的卷扬进行。当回转或冲击成孔时，每起拔一定长度的套管，在套管的原焊接处采用氧乙炔进行切割。4.4洗井及抽水试验采用空压机供风，并向孔内注水，用一根带有花管的洗井管，以水气压力自下而上反复清洗井管，直至回水清澈符合设计要求。6采用冲击成孔时洗井可采用小抽筒抽洗。对每一口完成安装及洗井工作的减压井进行简易的抽水试验或水位恢复试验，根据试验结果计算出每一口井的单位时间出水量。4.5其他安装开挖到设计高程，浇垫层砼,安装混凝土基座，引排水管,然后在基座上安装混凝土预制井管直至设计要求的高程位置。5、减压孔回填及安装5.1回填卵石孔深满足设计要求后,在孔底回填1m块卵石压住流砂，结束后下设潜水泵把孔内的污水抽出，同时置换干净的水防止流砂现象。5.2内套管安装回填卵石后，向钻孔内居中安装内套管（外径273mm;内径261mm）,直至孔底。5.3回填环状空间及起拔外套管以2A滤料填充到外部和内部套管之间的环形空间,采用分段投放方法实施，即每回填一定高度的滤料后就提升一段护壁套管。首先，填补1m2A材料，并起拔外套管0.5m,然后每回填1.5m高，起拔套管1m。勤测量环状空间的滤料回填高度,要确保滤料高于外套管0.5m以上。根据现场地质条件，回填到土层时可全部填充到井口后再拔出外套管。5.4回填内套管及起拔根据设计要求选择7A滤料（粗反滤料，最大粒径53mm），并经工程师批准。从钻孔孔口向内套管填入7A滤料。首先，填入1m7A滤料，并起拔内套管0.5m。然后每次填入1.5m7A滤料和起拔内套管1m。勤测量内套管里回填料的高度，确保滤料高于内套管0.5m以上。根据现场条件的不同，可以填满后一次性地起拔内套管。6、成井技术比较6.1工效分析传统工艺：泥浆固壁成孔：3~7天/井。新工艺：振动沉管成井施工：10~18h/井。冲击跟管成井施工：18~26h/井。回转跟管成井施工：18~32h/井。在软土、软～可塑性壤土、松散～稍密砂层工作效率很高，但对于硬土或卵砾石地层不如回转和冲击钻机跟管成井技术好。76.2运用地层振动沉管成井技术适用于10-20m覆盖层地层；但如果沙层下部再遇到粘土层时处理难度会加大，采用捞沙管不易将孔内的粘土清理干净。冲击跟管成井技术适用于深厚覆盖层地层。回转跟管成井技术适用于深厚覆盖层地层和风化岩层。6.3配套设施振动沉管成井技术施工过程中，由于钻机本身条件限制，其爬坡能力只有3度，这就对现场场地平整度要求较高，加上减压井井距远，必须派出专门的修路设备进行场地平整。由于桩机本身行走及工作负荷较大，现场施工沿线无供电系统，必须配备一台320KW发电机，因此发电机的来回转场又必须配备相应的吊装设备及运输设备。冲击跟管成井技术及回转跟管成井技术由于其施工机械都为车载式钻机，其配套设施齐全（发电机、电焊机等），在施工过程中，只需对现场道路进行简单的平整。回转跟管成井技术需要在孔位附近开挖一个简易的供水循环池即可。6.4对安全环保的影响振动沉管成井技术在振动时有一定嘈杂声；且由于钻机机架较高，工作过程中振动较大，易造成电缆线破损等问题出现。冲击及回转跟管成井技术施工过程中要产生泥浆，对环境有一定的污染。6.5质量比较通过对抽水试验结果的统计，三种类型成井技术施工的减压井透水情况如表4所示：表4:减压井抽水试验成果分析施工工艺施工井数(口)单位流量Q（L/S）Q≧1.01Q≧0.1Q0.1井数(口)所占比例%井数(口)所占比例%井数(口)所占比例%振动沉管1883820.2010354.804725.00冲击跟管2452711.0013053.108835.90回转跟管1785329.8010961.20169.00如上表所示