钻孔

海上风电机组主流基础型式为单桩基础，在岩基海床，单桩基础一般采用钻孔植入的方式插入海床地层。国外岩基海床岩石强度一般在70MPa左右，而我国福建南日海上风电场单桩嵌岩部分为花岗岩结构，最大强度130MPa，一般为80-120MPa，且目前国内无海上风电高强度岩基钻岩经验和钻岩设备，因此，本项目制造出目前世界上能力最大、性能最先进的重型钻机，制定出与之相应的施工工艺，并形成了多项国内领先的创新成果： 创新点、效果归纳及专利申请或授权情况：（1）本项目研制出具有自主知识产权的变径钻头，实现了变幅范围内任意孔径的钻进，以适应单桩的变径需求。（2）研制出国内领先的全封闭封口平车，既能自由对外（合）平移运动，又能保证工作人员操作的安全性。（3）研制出国内领先的可变径稳定器，实现结构与孔壁的面接触，从而不易引起孔壁丹场。（4）研制出国内领先双层钻杆结构及联接工艺解决了传输压缩空气和泥浆的问题。（5）研制出国内领先的嵌岩单桩基础施工工艺单桩垂直度控制3%内，整体技术水平达到国际先进。授权实用新型专利6项。

保障锦屏二级水电站引水隧洞施工各个钻孔灌浆工序快速、高效、经济的实施，从而保证项目在工期极其紧张、施工强度极大的情况下快速高效的完成各项施工任务。为今后类似的长距离、大断面隧洞工程的基础处理施工提供重要的参考价值和指导意义，可获得显著的经济效益和社会效益，解放了劳动力资源。 本科研课题以锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程为依托对象，对洞室的施工条件进行系统全面地研究与分析。通过不同施工方法的论证，对超长距离、大断面引水隧洞钻孔灌浆施工提出合理的施工工艺和方法。利用CAD计算机辅助设计，根据目前公司现有的机械设备情况，设计出能够满足超长距离、大断面引水隧洞钻孔灌浆施工的设备。通过现场调试、运行试验确定最终的参数。根据最终参数进行批次生产投入使用。

井间声波层析成像（CT）技术是地下物探方法的一种， 是依据医学 CT 原理，利用两钻孔对目标地质体进行声波扫 描，重建扫描断面内介质速度分布图像，根据波速差异达到 精确探测的目的。声波 CT 解决了地表物探方法探测精度随 深度降低的局限性，具有比电磁波 CT 更好的探测精度和分 辨率，是水电工程勘探和检测行业较理想的一种精细化探测 手段。项目所研制成套设备主要由电火花震源、声波接收探 头、采集主机和成像处理软件等四部分构成。市场上常用井间声波 CT 仪穿透距离只有 3～5m，能穿透 十多米孔距且保证有较好地质效果的应用报道非常少，更谈 不上穿透 30m 以上，且工作效率慢、采样精度不高。本项目 所研制系统的突出优势在于：穿透距离达 30m 左右（水电Ⅲ 类以上岩体达 60m）、探测精度高、初至波清晰、一致性好， 震源充放电速度快、安全性高，支持数字化实时监测和自动 化操控，配套处理软件反演结果准确可靠等。该系统既能对 断层破碎带、松动圈、溶洞、采空区进行精确探测，又能对 岩体质量、大体积混凝土质量、地下隐蔽工程质量进行准确 检测和评价，具有解决各种复杂的综合地质问题的能力，进 一步完善了该项技术在我国水电勘探领域的应用，可广泛应 用到水电岩溶勘探、防渗帷幕及堤防隐患探测、建基岩体质 量检测、灌浆效果检查等工程物探领域，现已成功应用到多 个大中型水电勘探项目和工民建项目，取得了显著的经济效 益和社会效益。

川藏联网工程所在地区地形复杂、海拔高、气候恶劣、地震及地质灾害频发，被誉为目前世界上施工难度最大的500kV输变电工程，有“电力天路”之称，施工面临多项技术挑战。在基坑开挖方面，由于山高路险，常规大型钻孔设备无法运抵现场，人工掏挖又存在工作效率低、劳动强度大、危险性极高等问题，因此项目组针对川藏联网工程极其艰险的施工环境和恶劣的施工条件，开展特种基础基坑开挖施工装备的研制，设备采用分层钻进、钻扩结合的施工方式和分体式结构，分散钻进阻力，减轻设备重量；具有破碎钻进、刨挖碎石、集中收渣、起吊、转场移动等功能，并有适用于土层、砂砾层、卵石层、强风化岩层等不同施工条件的系列化钻具，提高了绿色环保机械化施工水平及安全性。 项目已授权发明专利三项，实用新型专利一项：（1）高原山地基坑开挖施工设备，专利号：ZL201410396701.1；（2）高原山地基坑开挖施工设备的掏挖提土装置，专利号：ZL201410396577.9；（3）高原山地基坑开挖施工设备的钻进掏挖提土装置，专利号：ZL201410396612.7；（4）高原山地基坑开挖施工设备的提土装置，专利号：ZL201420455328.8。 成果已成功应用于500kV川藏联网输变电工程、±800kV锡盟-泰州、滇西北-广东、±1100kV昌吉-古泉等多条线路中。该设备的应用，解决了恶劣地形条件下，施工时间短，常规基坑开挖设备无法运抵现场，人工开挖危险性高的难题，提高了输电线路工程施工机械化程度及施工效率，保障了施工安全，社会经济效益显著。

抽水蓄能电站引水系统普遍采用平洞+斜井布置方式， 为降低投资并减小对环境的影响，其斜井设计长度更大，施 工难度、安全风险也更大。长龙山抽蓄电站引水下斜井总长 度 415m，倾角 58°，断面尺寸 5.0×5.9m，采用全钢衬设计， 斜井单级开挖长度居国内第一，世界第二。400m 级超长斜井 施工具有导井施工难度大、扩挖支护、钢衬安装及混凝土回 填施工难度极大、安全风险极高等特点，且无可借鉴的成功 施工经验。本技术在长龙山抽蓄电站 3 条引水下斜井施工中成功应 用，定向钻孔偏斜达到 0.95‰，远小于设计指标 5‰，定向 孔全角变化率可控制在 2.5°/30m 以内；扩挖支护月最高进 尺达 108m，创世界纪录；钢衬安装及混凝土回填达到了 60m/18d，为业内最快，受到参建各方的一致好评，为工程首 机发电奠定了坚实的基础；取得直接经济效益 1191.9 万元， 间接经济效益约 1350 万元。项目关键技术获实用新型专利 9 项，受理发明专利 1 项，总体技术水平达到了国际领先水平。

7月19日凌晨，由水发环境公司建设，龙地建设公司承建的龙岩市第二生活垃圾焚烧发电项目主厂房首根旋挖灌注桩顺利完成，此次灌注的是综合主厂房7号试验钻孔桩，共灌注混凝土约23立方米，采用水下混凝土浇筑方式进行。

松软地层（含中等透水岩土体）在我国西南、华南、华中等水资源丰富地区的地表覆盖层、河床、中风化及强风化基岩、溶蚀红层等类似地层广泛分布，这类地层建设水利工程、垃圾填埋工程、矿山、地铁，和水土流失综合治理等涉及到大量灌浆防渗工程。目前，灌浆防渗总体上多凭经验或参考同类工程和灌浆试验成果进行，尤其对松软地层（含中等透水岩土体）进行有效性和控制性灌浆防渗，还缺乏适宜的灌浆材料、工艺方法和成功的工程经验。对于松软地层防渗灌浆，普遍存在：（1）大耗灰量；（2）易塌孔埋钻；（3）灌浆不起压；（4）灌浆效果差等突出问题。 托口水电站大坝和厂房之间 9km 长的河湾地块上部中风化岩体为深厚白垩系红层，裂隙发育，是主要的赋水层和透水层，下部灰岩溶蚀发育，存在渗漏通道。防渗帷幕工程量大，灌浆钻孔最大深度 160m，承压水头超过 60m，技术难度高。常规水泥灌浆试验表明，反复试灌，单耗达到 700kg/m 也未能形成设计要求的防渗帷幕体。工程防渗难题具体表现在：（1）红层常规水泥灌浆耗浆量大，工程投资难以控制。在可研阶段进行常规的水泥灌浆试验研究表明，灌浆单耗高达近 700kg/m，个别段达到 1200 kg/m。（2）红层采用常规灌浆工艺施工存在诸多技术难题，灌浆施工周期长。白垩系红层具有软硬不均、松散破碎、溶蚀疏松、岩溶发育、中等透水等多种组合不良地质特征，少有类似经验借鉴。工程采用常规水泥灌浆防渗，存在：①易塌孔埋钻，钻孔护壁；②灌浆分段封闭；③灌浆不起压，灌浆压力实施；④检查试验压水等工艺技术难题。（3）红层采用常规灌浆工艺灌注常规水泥灌浆效果差，可研阶段试验，个别孔串浆到 100 米外地表，反复试灌，压水试验检查透水率改善仍不明显，基本未能形成设计要求的防渗帷幕体。由于岩层结构特性、钻孔深度等原因，“分段下塞灌浆法”、“袖阀管灌浆法”、“拔管灌浆法”等工艺难于实施；若采用“孔口封闭灌浆法”，因灌浆全孔受压灌注，浅层或局部弱面容易产生低压重复劈裂，一方面无效灌注浆材浪费问题突出，另一方面全孔段仅局部低压受灌，灌浆均一性差，难以建造合格的防渗帷幕。（4）灰岩溶洞难以实施高压挤密灌浆。底部红层接触带与下部灰岩段埋深较深，“孔口封闭灌浆法”不便实施上部红层全段隔离封闭，限于上部红层对灌浆压力的承受能力，对下部岩溶软弱充填物难以有效实施高压挤密灌注，防渗体密实性无法保证。层间接触带、上下层帷幕搭接难以起压，质量难以保证。 针对这些问题，依托托口水电站河湾地块防渗帷幕工程，在 2008 年前期预研的基础上，2011 年中国电力投资集团立项重点科技项目《高压脉动劈裂挤密灌浆技术及其在托口河湾地块防渗工程中的应用》，2013 年又追加资助，经过 6 年的系统研究和应用，创新提出了采用：“自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆”全新工艺，系统研究获得了可控性灌浆材料、封孔止浆技术、控制灌浆工艺等重大技术突破，并成功应用。

汉江白河水电站坝址处岩性为含石英结晶灰岩夹钙质千枚岩，岩体多呈碎片状，局部泥化、见光面，少见结晶灰岩碎块，泥质胶结欠密实。沿断层面局铁质侵染，风化呈褐黄色。断层走向与岩层走向近于-致，微切层，属张性(正)断层。断层影响带主要位于上盘，厚2 ~ 3m,岩体完整性相对较差。 一期主体工程由上、下游全年土石围堰和混凝土纵向围堰将汉江水分隔于基坑外侧，安装间、厂房及泄洪闸位于基坑内侧。在基坑开挖过程中，厂房与泄洪闸结合段突现F8、F9、F10三条斷层，断层呈水平、斜切和直切三个方向交错分布。在开挖至EL166m高程后，基坑开始出现渗水，随着开挖深度不断增加，渗水通道也逐步下移，主要沿F8和F9断层方向分布，开挖至EL155m高程时出现集中渗水通道，渗流量高达2400m*/h。石方基坑开挖完成后，在进行锚杆施工过程中，锚杆孔钻孔完成后，渗水随即从锚杆孔内流出，且流量和压力均较大，无法对涌水进行封堵。为降低渗水处理难度，施工时段选择在枯水期，该时段河床水位为EL174m左右，基坑内厂坝分界线处渗水点最低位置约为EL150m高程，河床水位与基坑内渗水点水位差约为24m,且渗水点分布面较广，自EL150m~EL166m 高程渗水点多达40余处。 通过课题实施，在岩性为含石英结晶灰岩夹钙质千枚岩地层条件下，重点对高水头、大流量、多通道工况下反向灌浆渗水治理相关施工工法、灌浆压力、浆液配比、.施工材料、施工工器具等进行研究,对研究成果进行总结，形成一套在岩性为含石英结晶灰岩夹钙质千枚岩地层分阶段钻孔埋管+浇混凝土盖重下进行反向灌浆的施工工艺，对有效解决此类地层条件下渗水量大、渗水通道多等施工难题的解决提供一种新技 术。

记者7月21日从中国电建成都勘测设计研究院处获悉，该院在西藏地区某大型水电项目中承担的超深水平钻孔工程顺利终孔，终孔深度达775.6米，创造了水电行业复杂地质条件下水平钻孔最深的纪录。这也是今年4月在该地区实现1000米级竖直孔钻探后，取得的又一重大突破。