碾压混凝土重力拱坝倒垂线钻孔及安装工艺.pdf

水利技术监督 2 0 1 3 年第4期 碾压 混凝 土重力拱坝倒垂线 钻孔及安 装工 艺 李宏伟 ( 中国水 电十五局科研设计院，西安 7 1 0 0 0 0 ) 【 摘要】 介绍老挝 N a m N g u m 5水电站工程倒垂线施工过程，包括倒垂孔钻孔、测斜、纠斜及保护管、锚块、 垂线、浮体组、垂线坐标仪安装工艺。 【 关键词】 老挝；水电站；大坝；倒垂线；钻孔及安装工艺 D O I 编码 】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 3 0 4 0 2 1 【 中图分类号】 T 6 4 2 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 8 1 3 0 5( 2 0 1 3 )0 4 0 0 6 5 0 2 1 概 述 N a m N g u m 5 水 电站位于老挝N a m N g u m 河上游右 岸支流N a m T i n g 河上 ，该工程拦河坝为碾压混凝土 重力单曲拱坝 ，最大坝高1 0 0 5 0 m ，坝顶宽度6 0 m 。 大坝共设置 了2条结构缝、3条诱导缝 ，分缝 间距 约4 0 m ，结构缝采用通缝布置 ，每个坝段中部上下 游面各设置一条诱导缝。首部枢纽区两岸岸坡基本 对称，地形坡度一般 3 5 。- - - 5 5 。，局部地段可达 6 0 。以上，形成陡崖 ，岸坡下陡上稍缓 ，右岸较左 岸 陡， 坝址右岸进水口上游河谷稍开阔， 岸坡稍缓， 往下河谷狭 窄。坝址两岸发育有数条干沟或顺坡凹 槽，切割深度一般5 m 2 0 m ，两岸下游侧有冲沟或 凹槽分布，但切割较浅。坝址 区两岸地形较完整 。 本 工 程大 坝 地层 岩 性 为二 叠 系 下统N a l a n g 组 ( P l n 1 )灰绿 、灰色石英砂岩，灰紫色长石石英砂 岩、粉砂岩，紫红色泥质粉砂岩 、粉砂质泥岩、泥 岩等，局部地带夹有粉砂质泥晶灰岩条带。 为了保证运行期大坝下游安全，监测大坝在运 行过程中坝基和坝体水平位移并作为正垂线绝对 位移量的工作基准 ， 因此在坝右0 + 0 0 8 3 1 、 E L 1 0 1 0 m 高程布置1 条倒垂线，倒垂线长度为3 2 m ；在左右岸 坝顶分别布置1 条倒垂线 ，倒垂线长度分别为4 8 m 、 5 8 m ，倒垂线均深入基岩3 0 m ，达到变形可忽略处。 倒垂线详细布置见图1 。 倒垂线监测原理：倒垂线装置的锚固点设在基 岩 下一定深度，一般要求达到基岩的相对不动点， 倒垂线体下端固定锚块与铟钢丝连接，上端引至浮 筒内与浮子连接，利用浮筒的浮力将线体拉直并保 持一定的张紧力，浮筒置于被测对象上并随其一起 位移，垂线借助浮子仍始终保持铅直 ，即可 由垂线 坐标仪测出测点的水平位移。 2 倒垂孔施工 2 1造孔 该工程倒垂线钻孔孔径为 2 0 0 m m ，钻孔深度 3 2 m 5 8 m ，对钻孔铅直度要求较高，孔斜要求达到 1 1 0 0 0 ，因此必须选择性能良好的钻机，钻机滑轨 ( 或转盘)水平，立轴竖直，钻杆和钻具严格保持 平直。 在钻孔处预埋紧固螺栓。严格调平钻机滑 轨， 其倾斜度小于0 1 。 然后将钻机紧固在底盘上。 孔 口处埋设导向管，导 向管调整垂直，并用混凝土 加 以固定。选用粗钻杆 ，钻具尽量加长。钻进时， 采用低转速、小压力、小水量 。钻孔 中，经常检测 钻孔偏斜值。钻孔做到位置、有效孔径、垂直度符 合设计及规范要求 。 根据该工程的地质条件和设计要求， 造孔采用 金刚石单管导向管柱钻进。采用 2 0 0 m m 人造金刚 石 孕镶钻 头 ，胎体 硬度H R C 2 2 3 O ，金刚石粒度 4 0 5 0 。 作者简介 ：李宏伟 ( 1 9 7 2 年一 ) ，男。陕西黄陵人，工程师。 6 5 水利技术监督 2 0 1 3 年第4 期 图 1 倒垂线详细布置 2 2孔斜测量方法 该工程倒垂孔孔斜测量方法主要用 自制的弹 簧式弹性置中器配合仪器厂家 的浮体组进行测量。 测量时，先放好支架和浮筒，基本保持水平，然后 向浮筒内注入液体 ，当浮筒能在液体中 自由漂浮为 止。将弹性置 中器用钢丝与浮子连接 ，放入钻孔 内 需要测量的部位 ，待浮体桶内浮子稳定后，用钢尺 测量钢丝与管 口中心的偏离值，即可求出钻孔偏斜 度，如图 2所示。钻进过程中每钻进 l m 2 m检测 孔斜一次，并记录在测斜记录上，及时掌握和分析 孔斜变化情况，如发现孔斜超限时，及时采取措施 加 以纠正，防止因偏斜值过大而造成钻孔报废。 图 2 孔斜测量示意图 2 3钻孔纠斜方法 该工程造成钻孔偏斜的因素主要有地质及钻 机操作两个方面，在遇到裂隙、断层、岩层变化等 容易造成钻头切削面受力不平衡产生偏斜 ；在钻孔 6 6 过程 中，钻机安装不水平 、立轴不铅直或钻进过程 中压力过大、转速过高等都容易造成孔斜。 钻孔纠斜的方法很多，该工程主要有加长钻具 纠斜法、调整立轴偏角纠斜法、扩孔纠斜法、回填 封孔纠斜法、钻机平面位移纠斜法等 。 通过该工程实践，开孔的钻具长度，随钻孔延 伸而逐渐加长 ，正常钻进时，钻具长度不小于 1 0 m ， 必要时还可加长，并在钻具的两头及中间连接扩孔 器，这样就可形成管柱钻具，以保证可靠导向性 ， 可有效避免孔斜。一旦发生孔斜也可以继续加长钻 具进行纠斜 。在偏斜值不大时最行之有效的纠斜方 法是钻机平面位移纠斜法，在偏斜值不大时采取此 方法纠斜可很快达到理想效果。此方法是将钻机向 孔斜侧平面移动孔斜量 的 2倍，再将钻机固定即可 进行纠斜钻进。其纠斜原理是当钻机平面移动后， 钻机立轴的中心点与孔底的 中心位置成反方 向调 整，利用作用力与反作用力使钻头在钻压作用下产 生偏压从而改变原钻孔轴向，使钻头沿孔斜反方 向 钻进，从而达到纠斜 目的。 3 保护管及锚块安装 全面冲洗钻孔，去净孔内残留物 。测量钻孔偏 斜值，确定保护管埋设位置。保护管外径 1 5 9咖， 壁厚 6 m m ， 将保护管底部 0 5 m的内壁加工为粗糙面， 以便用水泥固结锚块。保护管接头处，进行精细加 工，保证连接后保护管平直、不漏水 。 下管前， 在高于孔底 0 5 m的部位先放入少量水泥浆 。保护 管放下后，用钻机加以固定，准确测定保护管的偏 斜值，满足要求后用水泥浆加以固结。在水泥浆凝 ( 下转 第 7 0页) 水利技术监督 2 0 1 3 年第4期 4 使用和发展前景 新型溢流堰，有着水力条件好、操作运行可靠 和综合成本经济的优点，其在城市中、小型河流整 治中，有着广阔的运用前景 ，但仍有一些改进升级 的空间，主要有以下几点。 ( 1 ) 受液压驱动的同步性、液压力和水中液压 杆件防腐密封难的影响，可考虑采用电磁动力驱 动，其驱动力更大、控制更加精确、同步性更好， 尤其适应底轴翻转式溢流堰。 ( 2 ) 堰板除采用金属材料外，可考虑采用 H D P E 材料，其防腐性能更好。为增加其结构强度 ，可在 堰板中增加钢带。 ( 3 ) 堰板卧倒时，堰板下容易形成负压 ，造成 堰板振动，从而影响溢流堰的正常安全运行。为解 决此问题，一是要合理调度运行，控制开启速度， 同时尽量减少部分开启工况的发生。二是采取通气 措施，可沿底板、底轴和堰板等设置通气孔。 ( 4 ) 可通过 改造，在堰体 中增加导水管、水泵 和灯光等，作成声光水景喷泉，成为城市河道 中一 道亮丽风景线。 ( 5 ) 为解决新型溢流堰的有关水力计算 问题 ， 应建立通用 的水力模型，在现有堰流公式的基础 上，对其过流参数进行研究。 参考文献 1 宋宝生， 武爱玲 河道景观橡胶坝和钢坝的优选 水利科学与工 程技术 2 O l O年第 3期 2 刘晓庆， 李克锋， 等 水力翻板闸门流量系数的探讨 水电能源 科学 2 O l 1 1 1 3 刘细龙， 陈福荣 闸门与启闭设备 中国水利水 电出版社， 2 0 0 3 4 陈宝华， 张世儒 水闸 中国水利水电出版社， 2 0 0 3 5 水闸设计规范 ( S L 2 6 5 2 0 0 1 ) 中华人 民共和 国水利部 6 王仁福 几种典型液压同步系统探讨 四川冶金， 第 2 9卷第 3 期， 2 0 0 7 0 6 ( 上 接 第 6 6页 ) 固前，保持对保护管采取固定措施，待水泥浆凝固 后 ，拆除固定保护管的钻机。用水泥浆或水泥砂浆 将连接倒垂线体下端的锚块固定在保护管底部最 佳位置 。 4 浮体组安装 待倒垂线体下端固定锚块埋设 5 - - 7天后，按设 计位置及方向安装浮筒及支架并仔细调整浮筒位置， 使其中心对准有效孔径中心。 将铟钢丝与浮筒内浮子 连接，拉紧后固定，灌入变压器油使浮子浮动起来， 将浮体组的浮力调整到设计浮力， 保持浮子水平、 连 杆垂直，浮子要在浮桶中心，并处于 自由状态。 5 垂线坐标仪及垂线瞄准仪安装 整套倒垂装 置采 用南京南瑞大坝监测公司生 产的 D C - 4 0型 ，前期暂采用垂线瞄准仪进行人工观 测。倒垂线观测墩制作时，定位一定要准确，观测 墩与倒垂线有严密的相对位置关系，观测墩的尺寸 和位置根据设计图纸及现场具体情况综合考虑，以 垂线的最终位置确定观测墩、垂线坐标仪及垂线瞄 准仪底座 的位置 ，并使墩边线平行于位移坐标轴 7 0 线。安装时，先安装测线，再安装垂线坐标仪及垂 线瞄准仪底盘。根据量程、大坝变化范围及方向， 确定底盘 的具体安装位置。保持仪器导轨平行于监 测方向，垂线坐标仪及垂线瞄准仪底盘调整水平后 用螺丝固定。然后复查垂线瞄准仪游标卡尺在主尺 上能否灵活移动，瞄准针尖部无变形、无污物后盖 上保护帽。 6 倒垂线观测 倒垂线观测前，首先要检查钢丝是否有足够的 张力，是否处于稳定状态，浮体在浮筒 内是否成 自 由漂浮状态，然后打开瞄准针保护帽检查瞄准针 的 完好性。用垂线坐标仪对钢丝精确观测两个测回， 每次观测步骤一致 。详细记录左右标尺 的刻度，以 便于进行资料计算及整理 。 7 结 语 老挝N a m N g u m 5 水 电站工程倒垂线 已全部施工 完成并已进入观测期，运行正常，监测资料齐全 ， 监测数据真实可靠 。该工程表面变形监测点与垂线 两种不同监测方法所测得的坝体变形规律和数值 均吻合 ，满足安全运行要求 。