高精度钻孔下的纠偏技术探讨

【摘 要】从非洲加纳布维水电站的实际施工出发，对高精度钻孔面临的偏斜度问题进行了原因分析，详细介绍了高精度钻孔要求下如何有效的保证钻孔的偏斜度，给出了总结的纠偏技术经验。

【关键词】高精度造孔；偏斜度；纠偏；控制

0.引言

加纳布维水电站位于加纳北部和科特迪瓦交界处，在沃尔特水库（世界最大水库之一）上游150KM的青沃尔特河上，该电站建成后将成为加纳的第二大水电站，由中国水电建设集团负责实施，该水电站总设计高精度钻孔任务5孔，总设计孔深为183米，单孔最大设计孔深深度为45M，设计有效孔径？准194以上。在高精度钻孔过程中，孔的中心会因为设备、材料、地质本身或者人员操作不当等原因会发生一定的偏斜，这在钻进过程当中都属于正常情况，如何在发生偏斜后，能够在正常钻进过程中进行有效的纠偏来控制偏斜率是本文介绍的重点，本文主要依据该电站高精度钻孔的过程控制情况分析进行的纠偏技术。

1.施工基本情况介绍

加纳布维水电站高精度钻孔总经历日历天416天，其中施工准备时间为日历天63天，纯施工时间日历天353天，其他移机施工干扰及等待时间未包含在内，施工顺序为IP4IP2IP3IP1IP5，具体的施工日历天情况见表1。

表1 施工日历天情况

2.高精度钻孔偏斜的原因

高精度钻孔和常规性钻孔的主要区别在于高精度钻孔孔径大、偏斜率控制非常高（若？准219开孔孔径，一般偏斜率不大于千分之二），其钻孔设备和方法与一般钻孔不同，重点在于预防偏斜产生以及发生偏斜后如何有效的纠偏从而保证偏斜率。长期施工经验了解到，影响钻孔偏斜率过大的原因主要有以下三点。

（1）施工前准备工作是否充分。包括钻机安装是否水平稳定；钻机的立轴是否垂直；钻杆、钻具的刚度是否达到要求；旋转过程中接头、钻杆、钻具的同心度是否满足要求。

（2）钻进过程中的各项指标控制是否满足要求。各项指标主要包括钻进压力、钻进速度、给水量的大小等。

（3）地质本身的好坏程度。

3.高精度钻孔偏斜控制

通过分析影响钻孔偏斜率过大的原因，就可以进行针对性的控制。

（1）钻机安装的水平程度，立轴的垂直程度可通过检测仪器（如：水平仪、经纬仪）或者吊线陀进行检测；接头钻杆钻具的同心度可通过管车床进行检测或者搭设简易的检测平台进行弯曲度的检测。

（2）钻进过程中压力要适中，一般选用2KG/CM2～4KG/CM2压力为宜，在钻进的过程中要掌握孔内钻杆钻具的数量，计算压力时要根据钻孔深度考虑钻杆钻具本身的重量。

（3）全孔钻进易采用低转速，档位控制在2档以内，控制转速300R/MIN以内，以免高转速造成偏斜过大。

（4）钻进的给水量应该根据孔深进行调整，随着孔深的增加，适当增加给水压力，以保障岩粉能正常排出为宜。

在完成基本的检测和掌握基本的施工参数后，通过对高精度钻孔技术的研究发现，最终钻孔结果是否满足要求，关键在于是否具有成熟的纠偏技术，纠偏技术是高精度钻孔技术的核心。

4.高精度钻孔纠偏技术经验

高精度钻孔纠偏技术，主要是探索在保证正常钻进的过程中如何进行有效的纠偏，结合本工程施工实际情况，本文将从两个方面介绍本工程总结的经验。

4.1施工前的准备

施工准备除了前面提到各项检测外，另一重点为钻进过程中发现孔的中心偏斜后进行有效的纠偏创造条件。

通过表1可以看出IP4和IP2准备时间平均有17.5天，而IP3、IP1、IP5的准备时间平均只有8天，其差别的主要原因在于固机方式的改变，前者采用砼包裹机架来保证钻机底座的水平和稳定，后者则采用螺杆固定机架来保证钻机底座的水平和稳定。两者的相同点都是利用机架保证固机的水平和稳定，不同点在于前者固机后，钻机只能保持前后移动，后者在改良后可以前后左右移动，为纠偏创造了良好的条件。另外，后者完成钻孔任务后拆除简单高效，为施工准备节约了时间和成本，前者将在砼凝期等待及拆除过程中耗费时间和成本。

4.2施工过程纠偏处理

在固机方式发生改变后，纠偏的方式同样也发生了改变，下面介绍在施工中用到的纠偏方法。在施工过程中IP4和IP2的纠偏方法是一样的，通过表1可以看出来，IP4的和IP2的开孔孔径都为？准329，在钻进过程中若检测发现孔的中心发生偏移（一般控制在每钻进0.8-1.5M进行一次检测）。首先，采用在钻机底座与机架之间垫薄铁板的方式进行原空位纠偏，该纠偏方式效果不明显，且耗时废成本。其次，当该纠偏方式达不到钻孔要求时或者继续钻孔发现偏移继续扩大时，一般采用回填砼和变径的方式，两者的区别在于当无法用变径到达最终偏斜要求或者变径失败时采用回填砼的方式，回填砼的深度一般根据前面所测偏移的结果进行回填（注意回填砼的等级匹配）。在实际施工中IP4和IP2两孔都用到了以上的纠偏方法，最终达到终孔条件，但耗费了大量的精力及投入。从经济角度来说，这两孔是失败的，但从技术探索角度来说，为后面的孔施工获得了宝贵的施工参数和纠偏经验。

IP3、IP1、IP5三孔在总结前面的经验教训后，直接开孔孔径采用？准279。钻孔过程中采用钻机底座与机架之间垫薄铁板的方式进行纠偏，若该纠偏方式效果不理想或偏斜相对较大（根据孔深来测算，在允许偏斜范围内）时，可用钻机平移法来纠偏（本文前面提到的机架改良后的纠偏方式），若所测孔朝一方向发生偏移，钻机则向相同的方向进行平移，平移的距离根据实际偏斜距离来确定，不宜过大；通过IP3、IP1、IP5的纠偏情况来看该方法在实际纠偏过程中效果很好。

5.结语

通过对实际施工过程情况的分析，可以发现整个施工过程纠偏钻进占用了施工大部分的时间，因此，如何正确有效的掌握纠偏技术是高精度钻孔成败与否的关键。掌握正确有效的纠偏技术不仅可以大大提高施工效率，节约工期，同时也为施工企业带来了经济效益。

本文根据实际施工高精度钻孔遇到的偏斜问题，及时改进，总结的高精度钻孔纠偏技术经验，希望能对遇到相同的问题同行起到抱砖引玉的作用。