CN102071925B

CN102071925B - 倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法

Info

Publication number: CN102071925B
Application number: CN2010105889911A
Authority: CN
Inventors: 石华国; 陈科; 周云; 李汉桥; 高志江; 谢远瑜; 杨大志; 焦新发
Original assignee: Changjiang Sanxia Survey & Research Institute Co Ltd (wuhan); Changjiang Water Resources Commission Changjiang Institute Of Survey Planning Design And Research
Current assignee: Changjiang Design Group Co.,Ltd.; THREE GORGES GEOTECHNICAL CONSULTANTS Co.,Ltd.
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102071925A

Abstract

本发明公开了一种倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，包括以下步骤：根据钻孔拟纠偏孔段的坐标轴线状态确定纠偏量，计算加工或选择纠偏环；在纠偏器内安装2片所述纠偏环，下入纠偏器和连接导管，测调纠偏环至拟纠方位区间；下入与所述纠偏环内径相适应级的纠偏钻具，并用纠偏钻具钻进，提出纠偏钻具，测量出已纠偏孔段返回的轴线方位量；提出所述纠偏器和连接导管，用导正钻具扩孔，校测纠偏效果并记录，再采用常规方法继续钻进。本发明的优点是：操作简单、易于掌握、适用性广、无限制条件、可控制、可定量、劳动量较低、成本较低、纠偏成功率较高、纠偏效果好。

Description

倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法

技术领域

本发明涉及水利水电枢纽工程的倒垂孔施工过程中的纠偏，特别是涉及一种倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法。

背景技术

在水利水电枢纽工程建设中，需要采用在水工建筑物不同部位设计布置钻孔，在钻孔中安装底部固定的倒铅垂线，称倒垂线，通过对钻孔倒垂线进行位移变化精密测量的方法，作为水利水电枢纽水工建筑物变形安全监测的常规手段之一，这种必须具备很高精度垂直度的钻孔称为倒垂孔。当钻孔口径确定时，深度越深的倒垂孔，对成孔垂直度精度要求越高，则造孔难度越大。在倒垂孔造孔钻进过程中，由于地层岩性的变化以及钻进操作、设备条件等各方面因素，往往难以控制和保持钻孔实际轴线不偏离设计轴线，当钻孔实际轴线偏离的发展趋势确定会超出或偏离量已超出钻孔垂直度设计精度要求时，则需要对钻孔采取有效的纠偏技术措施。在高精度深倒垂孔施工中，由于外部客观条件的局限，很难做到一次成孔就满足对钻孔高精度垂直度的设计要求，如果没有可靠和有效的纠偏方法，难以确保倒垂孔造孔过程的顺利进行。倒垂孔施工中对实际轴线已发生偏斜的孔段进行纠偏时，通常采用的纠偏方法有：平面位移、埋设导正器、缩短或加长钻具、封孔、扩孔、变径纠偏等。这些方法虽在一定条件下对钻孔偏斜能够起到作用，取得一定的纠偏效果，但由于存在局限性或限制条件，其效果往往体现出随机性与不确定性，而且这些方法均具有不可控制性和非定量性的缺点，故此实施起来既花费了时间、精力和较大成本，仍无法保证获得高的纠偏成功率或达到每次定位及定量纠偏的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种操作简单、易于掌握、适用性广、无限制条件、可控制、可定量、劳动量较低、成本较低、纠偏成功率较高、纠偏效果好的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法。

本发明提供的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，包括以下步骤：(1)根据钻孔拟纠偏孔段的坐标轴线状态确定纠偏量，计算加工或选择纠偏环；(2)在纠偏器内安装2片所述纠偏环，下入纠偏器和连接导管，测调纠偏环至拟纠方位区间；(3)下入与所述纠偏环内径相适应级的钻具，并用纠偏钻具钻进，提出纠偏钻具，测量出已纠偏孔段返回的轴线方位量；(4)提出所述纠偏器和连接导管，用导正钻具扩孔，校测纠偏效果并记录，再采用常规方法继续钻进。

在上述技术方案中，所述纠偏器主体采用与倒垂孔设计监测预埋管径同级或相应级的DZ40地质钢管制作。

在上述技术方案中，所述纠偏器通过自接式丝扣与同径的连接导管相连。

在上述技术方案中，所述纠偏器的制作过程是：根据钻孔实际轴线偏离的测斜坐标数据表来确定拟纠偏量，计算及加工相对应的上导正环与下偏心环的安装距离及安装位置，将上导正环和下偏心环分别安装于上下定位档板处，并用定位螺栓固定，即制成所述纠偏器。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、解决了在倒垂孔施工中常规的纠偏方法中普遍存在的无法定量、随机不可控的缺陷，为高精度垂直度钻孔施工提供了一种纠偏成功率较高又定量可控的钻孔纠偏方法。

2、本发明采用倒垂孔浮标式测斜器测量纠偏器上下环坐标，通过转动连接导管调整下偏心环的方位方向至拟纠方位区间，保证纠偏钻具实施定向定量纠偏钻进，达到可控制定向定量纠偏目的。本发明的纠偏器结构简单，加工容易，可重复使用，安装操作方便，易于掌握，并能做到设计控制可定位、可定量，因而其适用性广，无限制条件。用一套纠偏器具即可解决倒垂孔钻进过程中的纠偏难题，最终达到倒垂孔施工的高质量、高效率、低成本之目的。

3、本发明优化了倒垂孔施工的工序，常规的倒垂孔开孔，孔径须选择大于倒垂孔设计监测预埋管径数级的施钻管径、随后逐级递减的工艺方案，优化后，常规深度的倒垂孔开孔，孔径只需选择与倒垂孔设计监测预埋管径同径级即可，超深孔一般选择大一级孔径既可。

4、由于纠偏器管径采用与倒垂孔设计监测预埋管径同级制作而成，也为实际下入监测预埋管和预测有效管径提供了数据。

5、克服了原有常规倒垂孔纠斜方法的随机性、局限性，能够容易、且准确地做到可控制、可定量，充分保证一次达到理想的设计纠偏效果，大大简化了钻孔常规纠偏工艺的难度。

附图说明

图1为测斜坐标系及象限示意图；

图2为本发明实施例中纠偏器的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为利用本发明对倒垂孔进行纠偏的示意图。

图中：1-上连接导管(即自接式丝扣)，2-上导正环，3-定位螺栓，4-上定位板，5-纠偏器主体(外管)，6-下定位板，7-下偏心环，8-偏心距，9-上下环安装间距，10-纠偏钻具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，分4个部分，对本发明作进一步的详细描述。

1、测斜以确定是否需要纠偏

在倒垂孔的施工中，钻孔随着钻进延深，一般每1～2米用倒垂孔浮标式测斜器进行一次测斜，采用下入孔内的置中器向孔口牵引倒垂线的方法，参见图1所示，以钻孔孔口轴心为测量基点和X、Y坐标系零点，每次测斜可得出相应孔深处实际轴线与坐标零点的偏距，以分为4个象限的X与Y坐标值记录，根据分段连续测斜记录则可得出本段钻孔实际轴线轨迹坐标，当坐标记录表显示钻孔实际轴线偏离的发展趋势较大，或偏离量可能会超出钻孔垂直度设计精度要求时，则需要进行定位纠偏，达到将下部钻孔实际轴线逐渐纠回设计轴线精度范围的目的。

2、本发明实施例中用到的纠偏器

参见图2所示，本发明实施例中用到的纠偏器包括纠偏器主体(外管)5、上连接导管(即自接式丝扣)1、上导正环2、定位螺栓3、上定位板4、下定位板6和下偏心环7，其中，纠偏器主体5采用外径与设计成孔后钻孔保护管同径的DZ40地质无缝钢管制作，一般选择￠168mm，壁厚￠8～10mm，长度2.5～3m。纠偏器上部采用自接式丝扣1与同径的连接导管相连。根据钻孔实际轴线偏离的测斜坐标数据表来设计本次拟纠偏量，纠偏量即偏心距8，参见图3所示，依据拟纠偏量计算及加工相对应的上导正环2和下偏心环7，选择及计算上下两环的安装距离，参见图4所示，按上下环安装间距9在纠偏器两端分别安装两块上、下定位档板：上定位板4和下定位板6，用于上导正环2与下偏心环7的定位。将上导正环2和下偏心环7分别安装于上定位板4和下定位板6处，并用定位螺栓3固定，即制成本发明实施例中用到的纠偏器。

此纠偏器结构简单，且可重复使用，每次纠偏只需根据拟纠偏量加工并安装上导正环2和下偏心环7，用一套纠偏器具即可解决倒垂孔钻进过程中的纠偏难题，并能可设计选择定位、可准确定向与定量，次次达到理想纠偏效果。

3、本发明实施例的具体步骤如下：

(以三峡水电站左岸厂房14坝段IP01ZC14号倒垂孔施工时其中一次纠偏操作过程举例进行说明)

3.1根据举例孔段测斜数据记录，该孔段坐标轴线偏离的发展趋势较快，须在该孔段采用纠偏器实施纠偏。当确定在这一孔段采取纠偏措施时，首先需设计确定拟纠偏量，计算出安装上导正环2和下偏心环7的间距，并确定偏心环的偏心距8。

3.2用倒垂孔浮标式测斜器加密实测钻孔孔底以上3米左右各点的X，Y坐标值，各测点间距以0.3米为宜，计算拟纠偏量和选择偏心环的偏心距Q。

三峡水电站左岸厂房14坝段IP01ZC14号倒垂孔测斜记录表

分析上表中各点偏斜量的增大趋势，选择确定第2至第10两个测点距离作为上导正环2与下偏心环7的安装间距(选定两个点之间的距离一般2.2～2.6米为宜，其两点相对应孔深处则为下入纠偏器后上下两环的孔内位置)。将第2及第10两个测点投影到同一直角坐标系，取此两点相对应X、Y坐标值的平均值，计算两点间的偏距S为：

设计确定上下环的偏心距Q为：

Q＝S+K＝9.8+1.2＝11mm(K为修正系数，一般K取1～2mm)。

3.3选择确定上导正环2与下偏心环7的安装间距为：第2至第10两个点之间的孔深距离：59.7-57.3＝2.4m

3.4按选择确定的上下环安装间距2.4m在纠偏器内安装并固定上导正环2及下偏心环7，且固定好后两环偏心距应保持设计确定的上下环偏心距：上导正环Q＝0；下偏心环Q＝11mm。

3.5完成纠偏器的组装，并注意复核：上下两环间距2.4m、偏心距11mm。

3.6纠偏器下入钻孔内之前，需对钻孔进行处理。首先将钻孔孔底岩粉及残留岩心尽量捞取干净，如还有少许残留岩心，可用磨孔器磨掉，然后充分冲洗钻孔，直至孔口返清水即可。检验标准：(孔底岩粉+残留岩心的厚度)≤0.2m。目的：保证纠偏器可顺利下入孔底及起拔；为纠偏钻具10在纠偏器内位于孔底平稳开孔创造条件。

3.7先将纠偏器下入孔内，随后逐根连接与纠偏器相同规格的套管(导管)，直至把纠偏器送达孔底。

3.8从孔口下入倒垂孔浮标式测斜器至纠偏器上导正环2处和下偏心环7处，分别测量上导正环2与下偏心环7的坐标，通过转动孔口连接导管的方法认真调整下偏心环7的方位，直至与拟纠偏定向定量准确一致时终止；然后在孔口固定好连接导管。

3.9下入与纠斜器内径相适应口径的纠偏钻具10至纠偏器内，纠偏钻具10下入后其上表面应高出上导正环不小于1.6m，纠偏钻具10的下部钻头接触达孔底。

3.10开动钻机回转钻进，进尺控制在1.5m左右即可结束本次钻进。钻进参数选择：转速80～100r/min、压力5～10kn、水量50～80L/min。

3.11提出纠偏钻具10和该次钻进的全部岩心。

3.12用倒垂孔浮标式测斜器测量出本次钻进孔段各点的坐标值，计算出实际纠偏量，判断纠偏效果。

3.13逐根提出下入孔内的纠偏器和连接导管。

3.14随后下入带超前导向器的扩孔钻具，顺纠偏钻出的孔段进行扩孔至纠偏孔段的孔底。

3.15提出扩孔钻具，用倒垂孔浮标式测斜器校测纠偏效果并计算出扩孔后的实际纠偏量。本次纠偏完成，改回用倒垂孔常规钻进方法继续钻进。

4、具体实施应用情况。

1999年三峡枢纽大坝安全监测需要布设多个高精度深倒垂孔，当时国内尚无高精度深倒垂孔成功记录。从实际需要出发，项目攻关小组经过反复研究和试验，发明了倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，并在实践中逐步发展成熟完善起来。先后顺利地在1999～2000年完成了三峡大坝5个80～100m的高精度深倒垂孔施工；2001年又相继完成了2个超100m的高精度超深倒垂孔施工，孔深分别为108.14m和110.34m。这2个高精度深倒垂孔均相继创国内倒垂孔孔深最深记录。近年，先后在三峡、陕西蔺河口、葛洲坝、高坝州、水布垭、隔河岩、向家坝、皂市等我国大型特大型水利水电枢纽安全监测的近百个倒垂孔施工实践，其中许多钻孔根据钻孔进程实际需要，相当数量地反复采用了坐标追踪定位定量纠偏方法来实施纠偏作业，均取得了满意的效果，充分显现出本发明所具备的重要性、实用性和先进性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，包括以下步骤：

（1）根据钻孔拟纠偏孔段的坐标轴线状态确定纠偏量，计算加工或选择纠偏环；

（2）在纠偏器内安装2片所述纠偏环，下入纠偏器和连接导管，测调纠偏环至拟纠方位区间；

（3）下入与所述纠偏环内径相适应级的纠偏钻具，并用纠偏钻具钻进，提出纠偏钻具，测量出已纠偏孔段返回的轴线方位量；

（4）提出所述纠偏器和连接导管，用导正钻具扩孔，校测纠偏效果并记录，再采用常规方法继续钻进。

2.如权利要求1所述的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，其特征在于：所述纠偏器主体采用与倒垂孔设计监测预埋管径同级或相应级的DZ40地质钢管制作。

3.如权利要求1或2所述的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，其特征在于：所述纠偏器通过自接式丝扣与同径的连接导管相连。

4.如权利要求1或2所述的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，其特征在于：所述纠偏器的制作过程是：根据钻孔实际轴线偏离的测斜坐标数据表来确定拟纠偏量，计算及加工相对应的上导正环与下偏心环的安装距离及安装位置，将上导正环和下偏心环分别安装在位于纠偏器主体上的上下定位板处，并用定位螺栓固定，即制成所述纠偏器。

5.如权利要求3所述的倒垂孔坐标追踪定位定量纠偏方法，其特征在于：所述纠偏器的制作过程是：根据钻孔实际轴线偏离的测斜坐标数据表来确定拟纠偏量，计算及加工相对应的上导正环与下偏心环的安装距离及安装位置，将上导正环和下偏心环分别安装在位于纠偏器主体上的上下定位板处，并用定位螺栓固定，即制成所述纠偏器。