摘要：倒垂孔是变形监测系统的重要组成部分，孔斜精度要求高，一次成孔率要求高，是水利水电钻探行业的难度工程。本文以成功的工程为例，介绍了倒垂孔的施工和垂线设备的安装经验。
关键词：倒垂线；坝基变形；大坝
某水电站工程由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、引水发电洞、高压管道、电站厂房、导流洞等组成。坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高146.5 m，水库正常蓄水位1 920 m，总库容8 620 万m3。坝址区地层岩性有加里东期的辉绿斑岩、石英二长岩和轻变质的含长蛇纹岩，第四系沉积的冲洪积物及坡积物。各种岩层分部不均，区部地段软硬相间，成份不均一，受变质作用影响，矿物略具定向排列。
一、倒垂孔造孔
1、钻场平台浇筑。钻机安装牢固平稳是钻孔保持垂直的重要环节，安装质量的好坏直接关系钻孔质量，为此先在拟钻孔位置浇筑厚度20 cm 水平混凝土平台，混凝土平台上预埋螺栓并固定钻机底座槽钢，钻孔位置预留孔口管。浇筑混凝土平台时利用水平管测量，必须保证水平。此平台同时做为观测房的地板。
2、钻机及钻塔安装。钻机安装于混凝土平台上预先浇筑的槽钢底座上，钻机与底座采用螺栓连接牢固，底座上的螺栓孔需有一定间隙，以便钻机可以小范围任意平移，调节钻机水平的底垫采用不同厚度的钢片。钻机的水平度采用水准仪等仪器测定，尤其立柱钻杆需保持铅直，并利用仪器定时矫正。钻塔采用稳固的钢制塔架，安装平稳，起重时不会移动，并能保证钻塔天车的钢丝绳能够铅垂对准钻孔中心。
3、钻进。钻进过程的防斜纠斜是最主要的，时刻监测钻孔跑斜情况，采用各种措施防止孔斜和采取切实有效的办法纠正孔斜。1）防斜。整个钻进过程保持低转速、轻加压、勤提钻。钻具应随钻孔逐渐加深而加长，使得钻进时尽量形成满眼，减少因地层不均匀或钻具、钻杆局部弯曲而引起钻孔偏斜。但孔深超过10 m 后，受钻塔高度限制，钻具不能超过5 m，此时应在钻杆上每隔3 m 加装一个扶正器，以保持钻杆钻具通直，扶正器外径小于钻头外径2～3 mm，且外壁光滑便于钻进和提钻。对于易跑斜地层应判断岩层走向，确定跑偏方位，钻进时注意防斜。一般是将钻机稍微移向钻孔易偏斜的相反方向，使得形成顶斜钻进。每钻进2 m，利用倒垂测斜法进行1 次钻孔测斜，及时掌握钻孔偏斜情况，钻孔偏斜超出要求范围或预计要超出偏斜范围时，及时采取纠斜措施，使孔斜恢复到可控范围。2）纠斜。①对于掉块、坍塌、漏水情况的钻孔，采用灌注水泥浆封孔的办法处理。每当钻进困难，漏水严重时，及时进行封孔处理，待凝后重新扫孔钻进，这样易于孔壁稳定，方便控制孔斜。钻孔深度较深时，纠斜比较困难，宜采用混凝土回填斜孔段钻孔，混凝土强度达到与围岩强度差不多时重新钻进，可达到纠斜目的。拌制混凝土时注意使用高标号砼，并添加速凝剂，一定使砼的强度与围岩的强度差不多或略高于围岩强度时重新钻进才能达到预期目的。②对于孔深不大、且跑斜不大的钻孔纠斜，可采用将钻机稍移向与孔斜相反的方向，使钻头稍偏向与钻孔偏斜相反方向钻进，起到纠斜目的。注意及时测斜，发现钻孔轴线有返回迹象时即可将钻机调回标准位置，进行钻进。
二、设备安装
1、保护套管及观测墩施工。钻孔工作完成后安装保护套管，套管采用准108mm 地质岩心管，安装前检查套管的垂直情况和连接丝扣的完好度，保证套管安装后铅直。保护管安装至孔底后提离孔底5 cm，在孔口固定，并进行测斜，测斜合格后，灌注一定量的水泥浆，使得套管低端没入水泥浆10 cm 左右，然后待凝，待凝24 h 后，再次测斜，测斜合格后，从保护管外注入水泥浆，使得水泥浆充分填筑管外间隙，并保持保护管与岩体连成一体。保护套管安装完成后，浇筑观测平台。工作面采用15 mm 钢板切割成型，预留倒垂孔和观测仪器基座孔等，平台采用水泥砂浆浇筑，并预埋倒垂孔和各种观测仪器底座。
2、倒垂孔垂线安装。在倒垂钻孔完成及保护套管施工完成，并经验收合格后，才进行倒垂观测设备的安装工作。倒垂观测设备由浮体组、垂线、锚块和观测台组成。为了使垂线设置在倒垂孔中的最佳位置处，发挥倒垂的最大效用，埋设好倒垂线锚块是十分重要的工作。埋设前应认真做好准备工作。1）根据垂线保护管各高程的偏心值作图作图步骤如下：取一页白纸，确定x 和y 轴，座标原点为保护管“孔口”高程处的中心位置。把保护管中心各高程测点的座标标在该白纸上。以同样的比例尺以各高程的中心位置为同心、保护管相应的半径值为半径作圆。2）锚块安装标准根据选定的最优位置，把钢丝在圆形木板上的小孔中穿过，先将锚块试放一次，检查锚块位置是否符合要求。当锚块放至孔底时，需在不锈钢丝上相应于孔口标记处做出记号，以便埋设时，判断锚块是否达到孔底。3）浮体组的安装。倒垂锚块埋设5 d 后，可进行浮体组的安装。浮体安装时主要注意以下几点：① 油箱应水平，浮体位于油箱正中，并保持平衡。② 将浮体移动后，能恢复到原来的位置。③ 油箱加盖后，浮体能自由移动，并满足测试精度要求。④ 油箱内加轻质液压油，数量以浮体能完全浮起并拉直垂线为止。
3蓄水安全监测
3.1 监测实施进度要求
水库初次蓄水前，应全面、系统地完成蓄水安全鉴定监测报告，并经专家组审查通过。各部位监测设施应具备基本运行条件。
1）枢纽区变形监测控制网。下闸蓄水前应完成平面位移和垂直位移监测控制网的建设。枢纽区变形监测控制网应在蓄水前至少建成一年以上，并完成初期两次校测和一次年度校测；各部位外观监测点完建，蓄水前已取得初始观测值并获取了一个年度的变形观测值。
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2）挡水建筑物监测。随着大坝的碾压填筑，按设计及时安装埋设监测仪器，并将观测电缆敷设至观测房指定位置，按要求做好施工期监测维护和资料分析工作。
3）库岸边坡监测。库岸边坡稳定性监测应在蓄水前完建，取得初始观测值并获取一个年度以上的变形和支护应力观测值。下闸蓄水前，修复施工期损坏损伤的仪器设备，将观测电缆敷设至指定集线箱位置，引入观测室进行蓄水期集中观测。
4）泄水、排水建筑物监测。随着泄洪洞、溢洪道、放空洞等泄水、排水建筑物工程边坡和洞室段开挖、支护施工及时完成各部位变形、支护应力、渗流渗压等监测仪器和水力学观测底座等的安装，按要求做好施工期监测维护和资料分析工作。下闸蓄水前，修复施工期损坏损伤的仪器设备，将观测电缆敷设至指定集线箱位置；泄水建筑物具备进行水力学试验测试条件，接洽好水力学测试有关事宜，泄水前安装调试好水力学传感器和测试设备，以便根据测试计划获取水力学参数。
5）引水发电建筑物监测。随着进出水口边坡及地下洞室群开挖、支护及金属结构安装，及时安装完成各部位变形、支护应力、渗流渗压等监测仪器，按要求做好施工期监测维护和资料分析工作。下闸蓄水前，修复施工期损坏损伤的仪器设备，将观测电缆敷设至指定集线箱位置，引入观测室进行蓄水期集中观测。
6）导流建筑物监测。随导流洞堵头施工进度及时安装完成各部位变形、应力和渗流渗压监测仪器，修复施工期损坏损伤的仪器设备，将观测电缆敷设至指定集线箱位置，引入观测室进行蓄水期集中观测。
7）环境量监测。完成枢纽区环境量监测体系，主要包括降水量、气温、库水温、坝前及坝后水位监测仪器的安装埋设，取得初始观测值，并获取一个年度的观测值。
3.2 技术要求
基准值的建立：
首次蓄水之前必须完成地表监测控制网的复测工作、大坝外部观测、大坝内部监测仪器完成和确定基准值工作。
1）地表监测控制网。蓄水前一个月，必须完成地表监测控制网的观测以及复测工作。
2）大坝外部观测。蓄水前一个月，必须完成连续两次的大坝外部观测工作，确定基准值。
3）内部监测仪器。蓄水前一个月，连续进行观测，观测频次为前两周，每周一次，第三周，每三天测一次，最后一周，每天测一次，确定蓄水前观测值。
监测仪表要求：
所用的测量仪器和二次读数记录仪必须是经计量检验部门，仪器生产厂家检验合格，在有效使用期之内的合格产品监测资料应及时整理分析，绘制变形与时间、进尺关系曲线，及时反馈监测成果。
观测技术要求：
1）蓄水过程中，大坝监测数据采集是重点，尤其是渗压、渗流，应实行动态监测和不定期的人工检查复核，以确保监测数据真实可靠，反映工程实际状况。
2）泄洪前后，应关注溢洪道内侧边坡、泄洪洞出口边坡、尾水出口边坡等泄洪雾化影响范围内边坡观测数据的采集。
3）地下厂房洞室群蓄水期监测，应重点关注防渗帷幕后的渗流压力和渗漏量监测，以及过水部位的渗流压力观测。上下游水位、降雨、气温等环境量观测也应给予足够重视。
4）重视蓄水期巡视检查记录，特别是大坝和近坝库岸。
5）及时向运行管理部门收集蓄水计划、准确的上下游库水位、库区上游水情等资料。
巡视检查要求：
1）瀑布沟工程安全监测各建筑物及工程影响天然坡体均需进行巡视检查。
2）巡视检查应根据瀑布沟工程的具体情况和特点，制定检查程序，携带必要的器具或具备一定的检查条件后进行。
3）巡视检查中发观边坡以及各安全监测建筑物有滑移崩塌征兆或其他异常迹象时，应立即编写专门的检查报告，及时上报。
4）边坡和地下洞室监测频次应与相关参量的变化速率和可能发生显著变化的时间间隔相适应，同时又要与测量仪器相适应；原则上首次蓄水观测期间，库区边坡、厂房进水塔及边坡、放空洞、溢洪道闸门及边坡、泄洪洞闸门及边坡观测频次为每天一次，在达到设计首次蓄水水位后，两次读数（位移观测）差值小于0． 10 mm，从每天一次改为每周三次渐变至每月一次。若遇特殊情况，如大洪水、汛期、水位骤降、强地震、周围介质的运行环境或受力状况发生明显变化以及测值发生异常变化等情况，增加观测密度，同时加强巡视检查。
参考文献：
[1] 江世贵．大坝倒垂线孔钻进技术[J]．大坝安装倒垂线土工测试应用，2015，（12）．
论文作者:邹红生
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/17
标签：钻孔论文; 垂线论文; 大坝论文; 钻机论文; 施工期论文; 位置论文; 套管论文; 《基层建设》2017年第23期论文;