CN113530441B - 一种大坝坝体排水孔精度的控制方法 - Google Patents

一种大坝坝体排水孔精度的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，按1％孔斜率作为临界值，将排水孔分为两类，即按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，对这两类不同的孔分别采取不同的施工装置与精度控制措施，最终实现全部排水孔按1％孔斜率控制均落入预留槽内。通过钻进前、钻进过程中实施精度控制保证孔斜率1％下排水孔底部距离预留槽边尺寸均满足施工设计要求，并且钻进过程中对孔斜率的实时检测与纠偏，显著提高了施工质量；并且本发明提出的精度控制方法不仅适用于新打排水孔的施工，而且在坝体加固改造钻孔过程中控制孔斜率也有很好的效果。

Description

一种大坝坝体排水孔精度的控制方法
技术领域
本发明涉及大坝坝体排水孔施工的技术领域，更具体地，涉及一种大坝坝体排水孔精度的控制方法。
背景技术
在丰满水电站全面治理项目中，利用原丰满三期工程新建一座大坝，以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、养殖和旅游等综合利用。
坝体排水孔的平面位置、起始及终止高程等均应满足施工技术要求，即要求排水孔钻到孔底预留槽内；其中，底层廊道尺寸为1m×1.5m、中层廊道尺寸为1m×1.25m，施工要求，中层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为45cm，底层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为50cm；每孔孔位均用测量放样，平面开孔孔位与设计孔位的偏差应不大于5cm；根据止排水技术要求，排水孔钻孔时应进行孔斜测量，孔斜要求不大于1％。若钻孔孔斜超过规定，应及时采取纠偏措施。
目前，现有的坝体排水孔共588个，合计长度18183.20m。通过预留槽尺寸反算孔斜率，统计总孔数中有198个孔不满足设计技术要求，即按照1％孔斜率落入预留槽外，占到总孔数的33.67％。因此，在保证工期且满足孔斜率设计要求情况下确保全部排水孔落入预留槽内。
在施工过程中，由于排水孔孔深较深，同时受廊道施工场地的限制，因此，要求钻机必须性能稳定，便于装卸转移，能提供较大动力，能在廊道内进行施工作业，又能保证工程质量。此外，钻杆和钻具的选择，及其合理的钻进工艺参数及操作工艺是控制孔斜率的关键技术，在钻进过程中实时对孔斜率进行测量、根据钻进轨迹进行孔斜率的调整是控制孔斜率精度的有效措施。
现有技术中，中国发明专利(CN103352687B)“控制钻孔孔斜的方法”中通过设置矫正器控制孔斜偏差；中国发明专利(CN102704909B)“一种深孔钻孔孔斜控制施工方法”根据不同的孔深和孔排数在施工过程中设置与之相适应的孔斜控制方案；以这些专利技术为代表的孔斜控制技术，会增加现场所需施工器械的种类，使得施工成本增加；而且由于受到施工现场作业条件和坝体基础条件的限制，往往会出现非标准化的施工要求，这加大了施工工艺的复杂程度，甚至会对施工质量和施工工期会产生负面影响。
综上所述，急需结合本项目特点，提出一种大坝坝体排水孔精度的控制方法与施工装置，以满足坝体排水孔施工技术要求的同时，确保施工质量。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，按1％孔斜率作为临界值，将排水孔分为两类，即按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，对这两类不同的孔分别采取不同的施工装置与精度控制措施，最终实现全部排水孔按1％孔斜率控制均落入预留槽内。
本发明采用如下的技术方案。
一种大坝坝体排水孔精度的控制方法的步骤如下：
步骤1，利用全站仪测量放样，采集排水孔预留槽的坐标；基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标；
步骤2，基于排水孔预留槽的坐标以及排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标，以1％孔斜率作为临界值，计算排水孔孔底位置坐标，将排水孔分为按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔；
步骤3，对于按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻孔，使得排水孔孔底与预留槽边尺寸不小于最小距离；
步骤4，对于按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻排水孔直孔段，该直孔段的孔深比设计孔深小0.5m～1m；采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置；当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按正常施工，即由上向下打穿排水孔；当贯穿廊道的位置在预留槽外时，在预留槽内由下向上钻孔，与直孔段孔底相连通。
优选地，
步骤1包括：
步骤1.1，利用全站仪测量放样，对已经形成的廊道内排水槽进行外轮廓测量并制成测量坐标图；
步骤1.2，根据测量坐标图确定排水孔预留槽的坐标，并投影在排水孔开孔高程面上，核对排水孔预留槽布置位置和预埋仪器布置位置；
步骤1.3，对在排水孔预留槽中心线外的排水孔、排水孔预留槽内部的预埋件进行避让排水孔孔位的移动处理；
步骤1.4，基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标；
步骤1.5，将所有排水孔进行统一编号及测量放样。
优选地，
步骤2中，1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸满足最小距离要求；
1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸无法满足最小距离要求。
中层廊道设计孔底与预留槽边尺寸的最小距离为45cm，底层廊道设计孔底与预留槽边尺寸的最小距离为50cm。
优选地，
步骤3包括：
步骤3.1，基于步骤1确定的钻孔点位坐标，在钻机就位后先进行孔位初步对准；对钻机进行地锚固定、水平方向校正以及垂直方向校正，使钻机立轴与水平面垂直，再精准校正孔位，钻头中心与钻孔点位重合；
步骤3.2，钻进前，先对钻杆进行校正，确保钻杆垂直于水平面；钻进过程中，每加一次钻杆均进行一次校正；
步骤3.3，钻孔过程中还包括：
步骤3.3.1，利用试验方法确定，钻进过程中钻进深度与导向钻杆外径、导向钻杆数量之间的关系；
步骤3.3.2，钻进过程中，实时检测钻机紧固件的紧固程度、锚固钻机钻杆钻进的方向；
步骤3.3.3，钻进过程中，若遇到钢筋混凝土段，立即停止钻进，起钻更换金刚石钻头进行钻孔，待钻穿过钢筋层后，更换常规钻头，恢复钻孔；
步骤3.3.4，在钻进过程中以及终孔段钻进过程中，测量孔斜率，利用防斜钻具控制钻孔偏差在施工允许范围内。
步骤3中还采用防斜钻具控制孔斜率；所述防斜钻具包括：钻机限位装置、孔口限位装置、硬质合金扶正块和螺旋钻杆。
在钻机动力头移动最前端及孔口位置安装限位装置，开孔钻进及进行浅孔段钻进时，钻机限位装置和孔口限位装置对钻具进行导向限位；
对钻杆安装硬质合金扶正块，扶正块安装完成后的钻杆最大外径小于钻孔直径；对钻杆焊接螺旋片，焊接完成后的钻杆最大外径小于钻孔直径。
优选地，
步骤4包括：
步骤4.1，按照步骤3实施排水孔直孔段的钻进施工；
步骤4.2，利用非金属声波检测仪，采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置；
步骤4.3，当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按照步骤3实施剩余排水孔段的钻进施工；
步骤4.4，当贯穿廊道的位置在预留槽外时，自排水孔孔底钻上仰孔，直到与直孔段孔底相连通。
步骤4.2包括：
步骤4.2.1，在排水孔直孔段孔底处布置柱状超声波换能器，并发射超声波；
步骤4.2.2，在廊道排水孔预留槽两侧顶角处各放置1个平面超声波换能器，在距槽顶40°处两侧边各放置1个平面超声波换能器；4个平面超声波换能器的坐标(xi,y,zi)均已知，其中i＝1,2,3,4；
步骤4.2.3，当排水孔直孔段孔底的柱状超声波换能器发射超声波后，排水孔预留槽内4个平面超声波换能器分别在不同时刻ti接收到超声波，其中i＝1,2,3,4；
步骤4.2.4，以如下关系式得到孔底坐标(x,y,z)以及混凝土波速Vp；
Figure BDA0003166584470000051
步骤4.2.5，根据排水孔孔口坐标、排水孔直孔段孔底坐标，可计算出排水孔贯穿预留槽的位置坐标。
步骤4.4还包括在排水孔孔底所在位置搭设钻孔平台；根据廊道内作业高程面不同，钻孔平台搭设分平直段和斜坡段。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过钻进前、钻进过程中实施精度控制保证孔斜率1％下排水孔底部距离预留槽边尺寸均满足施工设计要求，并且钻进过程中对孔斜率的实时检测与纠偏，显著提高了施工质量；并且本发明提出的精度控制方法不仅适用于新打排水孔的施工，而且在坝体加固改造钻孔过程中控制孔斜率也有很好的效果。
附图说明
图1为本发明一种大坝坝体排水孔精度的控制方法的流程图；
图2为本发明一种大坝坝体排水孔精度的控制方法中，排水孔预留槽内投影图；
图3为本发明一种大坝坝体排水孔精度的控制方法中，非金属声波检测仪检测原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本发明优选实施例中，体排水孔共588个孔，长度为18183.20m。按照大坝坝体结构共划分为七个区，其中坝顶部分划分为四个区：左挡水坝段(孔深14.72m～44.72m)，溢流坝段(孔深13.08m～30.58m)，厂房坝段(孔深53.83m)，右挡水坝段(孔深17.02m～53.63m)；中层廊道划分为三个区：左岸230.00检查廊道(孔深8.47m～36.47m)、212.50检查廊道(孔深18.97m～24.97m)、右岸230.00检查廊道(孔深7.97m～36.47m)。
坝顶排水孔位于大坝上游侧贯穿坝内各层廊道、上至坝顶或溢流堰顶附近的铅直排水孔幕，排水孔采用锚固钻机MX-120A/MD-100A为主并辅以地质钻XY-2钻孔，单排、间距3.0m(厂房坝段有管段2.5m)，直径150mm。排水孔孔底部出口与廊道上游侧拱顶相通，并通过PVC钢丝增强软管将渗水引入廊道底部排水沟，集中排出。
如图1，一种大坝坝体排水孔精度的控制方法的步骤如下：
步骤1，利用全站仪测量放样，采集排水孔预留槽的坐标；基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标。
具体地，
步骤1包括：
步骤1.1，利用全站仪测量放样，对已经形成的廊道内排水槽进行外轮廓测量并制成测量坐标图；
步骤1.2，根据测量坐标图确定排水孔预留槽的坐标，并投影在排水孔开孔高程面上，核对排水孔预留槽布置位置和预埋仪器布置位置；
步骤1.3，对在排水孔预留槽中心线外的排水孔、排水孔预留槽内部的预埋件进行避让排水孔孔位的移动处理；
步骤1.4，基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标；
步骤1.5，将所有排水孔进行统一编号及测量放样。
步骤2，基于排水孔预留槽的坐标以及排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标，以1％孔斜率作为临界值，计算排水孔孔底位置坐标，将排水孔分为按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔。
具体地，
步骤2中，1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸满足最小距离要求；
1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸无法满足最小距离要求。
本发明优选实施例中，坝体排水孔的平面位置、起始及终止高程等均应满足施工技术要求，即要求排水孔钻到孔底预留槽内；如图2所示，底层廊道尺寸为1m×1.5m、中层廊道尺寸为1m×1.25m；施工要求，中层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为45cm，底层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为50cm。
每孔孔位均用测量放样，平面开孔孔位与设计孔位的偏差应不大于5cm。
根据止排水技术要求，排水孔钻孔时应进行孔斜率测量，孔斜率要求不大于1％。若钻孔的孔斜率超过规定，应及时采取纠偏措施。通过预留槽尺寸反算孔斜率，统计总孔数中有198个孔不满足设计技术要求，即如表1所示，按照1％孔斜率落入预留槽外，占到总孔数的33.67％。
表1 1％孔斜率落入预留槽外排水孔数统计表
Figure BDA0003166584470000071
在表1中，设计孔底离预留槽边尺寸，是设计孔底与预留槽投影尺寸边最小距离，即施工要求中的中层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为45cm、底层廊道设计孔底与预留槽边沿最小距离为50cm；1％孔斜率落入预留槽外排水孔数，是考虑按不大于1％孔斜率控制的孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差5cm、以及孔半径7.5cm总和后，得到设计孔底与预留槽投影尺寸边的距离仍然不满足施工要求。因此，按1％孔斜率作为控制临界值，将排水孔分为两类，即按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔。对这两类不同的孔分别采取不同的施工装置与精度控制措施，最终实现全部排水孔按1％孔斜率控制均落入预留槽内。
步骤3，对于按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻孔，使得排水孔孔底与预留槽边尺寸不小于最小距离。
具体地，
步骤3包括：
步骤3.1，基于步骤1确定的钻孔点位坐标，在钻机就位后先进行孔位初步对准；对钻机进行地锚固定、水平方向校正以及垂直方向校正，使钻机立轴与水平面垂直，再精准校正孔位，钻头中心与钻孔点位重合；
严格控制测量放样的准确度。钻机就位前、钻机就位后、开钻前均必须使用倾角方位现场刻度器并结合全站仪对孔位、方位角进行精确校核；钻具安装时要保证钻具轴线与设计孔轴线重合，钻头中心与孔位点重合。
确保排水孔钻孔满足孔斜要求，必须对钻机进行固定，钻机四角用膨胀螺杆进行地锚固定；钻进过程中经常检查钻机紧固件的紧固程度，如发现松弛，随时进行再次紧固。
勤检查地质钻机立轴钻进的方向有无变化，发现问题及时纠正。
本发明优选实施例中，由于排水孔较深，同时受廊道施工场地的限制，因此，要求钻机必须性能稳定，便于装卸转移，能提供较大动力，能在廊道内进行施工作业，又能保证工程质量。通过比选并结合以往类似工程施工经验，选定的钻机主要以MD100A/MX120A型液压锚固钻机为主并辅于XY-2地质钻机，采用风动钻机钻孔时，加装喷雾除尘装置。
值得注意的是，本发明优选实施例中对钻机的选择是一种非限制性的较优选择，所属领域技术人员可以根据工程实际应用需要选择不同型号的钻机。
结合钻机匹配要求，本发明优选实施例采用20m3/h电动空压机。
步骤3.2，钻进前，先对钻杆进行校正，确保钻杆垂直于水平面；钻进过程中，每加一次钻杆均进行一次校正；
本发明优选实施例中，钻杆的选择需要考虑强度、结构及返渣效果，常使用外径分别为50mm、73mm和89mm这三种规格的外平钻杆，其中外径50mm钻杆较轻便，工人劳动强度低，但钻孔加深后导正性较差，与孔壁环状间隙大，返渣效率低，易产生孔斜和晃动，造成接头丝扣变形，卸钻杆困难；外径73mm钻杆比外径50mm钻杆导正性好，返渣效率高，但钻进外径130mm以上口径后，返渣效率低，传递扭矩不够；外径89mm钻杆较上述两种钻杆导正、返渣效率都高，缺点是需大动力钻机。综合比选，采取外径89mm钻杆。
值得注意的是，本发明优选实施例中对钻杆的选择是一种非限制性的较优选择，所属领域技术人员可以根据工程实际应用需要选择不同外径的钻杆。
步骤3.3，钻孔过程中还包括：
步骤3.3.1，利用试验方法确定，钻进过程中钻进深度与导向钻杆外径、导向钻杆数量之间的关系；
本发明优选实施例中，钻进深度至2m时采用一根外径为140mm的导向钻杆，钻进深度分别至5m、15m、25m后各增加一根外径为140mm的导向钻杆；通过不同钻进深度增加导向钻杆的数量，以控制钻杆的摆动，从而降低孔斜率。
步骤3.3.2，钻进过程中，实时检测钻机紧固件的紧固程度、锚固钻机钻杆钻进的方向；
本发明优选实施例中，钻进过程中随时检查钻机紧固件的紧固程度，若发现松弛，立即进行再次紧固。及时检查锚固钻机立轴和钻杆的钻进方向有无变化，发现问题及时纠正。
步骤3.3.3，钻孔过程中，若遇到钢筋混凝土段，立即停止钻进，起钻更换金刚石钻头进行钻孔，待钻穿过钢筋层后，更换常规钻头，恢复钻孔；
步骤3.3.4，在钻进过程中以及终孔段钻进过程中，测量孔斜率，控制钻孔偏差在施工允许范围内。
钻进过程中前20m按照每钻进2～5m控制，20m后按照每钻进5～10m控制，及时测量孔斜率，实时掌握钻进轨迹并相应调整导正器的参数，第一次初检在孔深20m左右，以后每钻进5m左右自检一次，根据钻进孔斜不同情况，适时地调整导正器的参数。
本发明优选实施例中，通过反复试验最终确定钻进过程中钻进深度至15m以及终孔段时，采用KXP-2D测斜仪各进行一次孔斜率的测量，若发现钻孔偏差超过施工允许范围，及时采取纠偏措施。
步骤3中还采用防斜钻具控制孔斜率。
采用“钻机限位+孔口限位装置+硬质合金扶正块+螺旋钻杆”的防斜钻具。在钻机动力头移动最前端及孔口位置安装限位装置，确保开孔钻进及进行浅孔段钻进时钻具的导向限位，防止出现偏差。在冲击器后的前10根钻杆安装硬质合金扶正块，每根钻杆焊接4组，每组4块沿钻杆轴心均匀分布，硬质合金扶正块每块长20cm，均匀布满大颗粒球型硬质合金；扶正块安装完成后的最大外径为148mm，小于钻孔直径150mm；其他钻杆焊接最大外径为89mm的螺旋片，焊接完成后形成的钻杆最大外径为148mm，每根钻杆螺旋片焊接长度为100cm。该防斜钻具设计大大增加了钻具前部同径长度，相当于加长了前部钻具总长度，增加了总体钻具的刚度，减小了钻具的弯曲扰度，更好的控制钻具总体偏斜；安装扶正块后减小了冲击破碎岩粉、渣的返出速度；采用螺旋钻杆在很大程度上可以提高钻孔过程中的排渣能力并起到了对钻杆限位作用。该套组合装置在老坝加固预应力锚索钻孔过程中孔斜控制效果较好。
步骤4，对于按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻排水孔直孔段，该直孔段的孔深比设计孔深小0.5m～1m；采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置；当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按正常施工，即由上向下打穿排水孔；当贯穿廊道的位置在预留槽外时，在预留槽内由下向上钻孔，与直孔段孔底相连通。
具体地，
步骤4包括：
步骤4.1，按照步骤3实施排水孔直孔段的钻进施工。其中，直孔段孔深在即将达到设计孔深前，预留0.5m～1m不穿破。
步骤4.2，利用非金属声波检测仪，采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置。
如图3，步骤4.2包括：
步骤4.2.1，在排水孔直孔段孔底处布置柱状超声波换能器，并发射超声波；
步骤4.2.2，在廊道排水孔预留槽两侧顶角处各放置1个平面超声波换能器，在距槽顶40°处两侧边各放置1个平面超声波换能器；4个平面超声波换能器的坐标(xi,y,zi)均已知，其中i＝1,2，3,4；
步骤4.2.3，当排水孔直孔段孔底的柱状超声波换能器发射超声波后，排水孔预留槽内4个平面超声波换能器分别在不同时刻ti接收到超声波，其中i＝1,2,3,4；
步骤4.2.4，以如下关系式得到孔底坐标(x,y,z)以及混凝土波速Vp；
Figure BDA0003166584470000111
步骤4.2.5，根据排水孔孔口坐标、排水孔直孔段孔底坐标，可计算出排水孔贯穿预留槽的位置坐标。
本发明优选实施例中，非金属声波检测仪的参数要求包括：采样长度为1024，采样率为1～2μs，延迟：0～400μs，增益：400～4000，带通滤波：2～30KHz，内触发方式。
步骤4.3，当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按照步骤3实施剩余排水孔段的钻进施工。
步骤4.4，当贯穿廊道的位置在预留槽外时，自排水孔孔底钻上仰孔，直到与直孔段孔底相连通。
步骤4.4还包括在排水孔孔底所在位置搭设钻孔平台；根据廊道内作业高程面不同，钻孔平台搭设分平直段和斜坡段；平直段的钻孔平台高度为1.8m、长度为2.5m，安装钻机立轴高度不小于0.7m；斜坡段的钻孔平台的高度根据坡段高度调整，安装钻机立轴高度不小于0.7m，钻孔平台的长度为6m。
本发明优选实施例中，自底部钻上仰孔，考虑到廊道四周有一圈系统抗裂钢筋，为直径25mm的螺纹钢筋，钻孔进程中遇到钢筋时用钻具切断钢筋；选定的钻机为SH-250台式工程钻机。根据钻进工艺要求及合理的钻具级配，根据外径为150mm的钻头需配用外径50mm钻杆和外径42mm的钻杆。考虑到HS-250工程钻机机体桅杆尺寸和钻孔深度(0.5～1m)及机头螺牙直径，预先在车床上加工变径接头，通过变径接头组合拟采用轻便的外径42mm钻杆，结合钻场空间钻杆不宜太长，单根钻杆长度为50cm。在混凝土取芯钻进时选择薄壁单层岩芯管即可，规格选用外径150mm，长度50cm。由于钻孔为上仰孔，并借鉴既往经验，取芯钻进时不需岩心卡断器或卡簧、卡料等。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过钻进前、钻进过程中实施精度控制保证孔斜率1％下排水孔底部距离预留槽边尺寸均满足施工设计要求，并且钻进过程中对孔斜率的实时检测与纠偏，显著提高了施工质量；并且本发明提出的精度控制方法不仅适用于新打排水孔的施工，而且在坝体加固改造钻孔过程中控制孔斜率也有很好的效果。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
所述控制方法的步骤如下：
步骤1，利用全站仪测量放样，采集排水孔预留槽的坐标，基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标；
步骤2，基于排水孔预留槽的坐标以及排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标，以1％孔斜率作为临界值，计算排水孔孔底位置坐标，将排水孔分为按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔、按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔；
步骤3，对于按1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻孔，使得排水孔孔底与预留槽边尺寸不小于最小距离；
步骤4，对于按1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，从排水孔开孔高程面上的钻孔点位自上而下钻排水孔直孔段，该直孔段的孔深比设计孔深小0.5m～1m；采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置；当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按正常施工，即由上向下打穿排水孔；当贯穿廊道的位置在预留槽外时，在预留槽内由下向上钻孔，与直孔段孔底相连通。
2.根据权利要求1所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤1包括：
步骤1.1，利用全站仪测量放样，对已经形成的廊道内排水槽进行外轮廓测量并制成测量坐标图；
步骤1.2，根据测量坐标图确定排水孔预留槽的坐标，并投影在排水孔开孔高程面上，核对排水孔预留槽布置位置和预埋仪器布置位置；
步骤1.3，对在排水孔预留槽中心线外的排水孔、排水孔预留槽内部的预埋件进行避让排水孔孔位的移动处理；
步骤1.4，基于排水孔预留槽的坐标确定排水孔布置间距，确定排水孔开孔高程面上的钻孔点位坐标；
步骤1.5，将所有排水孔进行统一编号及测量放样。
3.根据权利要求1所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤2中，1％孔斜率控制小于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸满足最小距离要求；
1％孔斜率控制大于预留槽尺寸的排水孔，是指排水孔按1％孔斜率时，考虑孔底施工偏差、开孔孔位允许偏差以及孔半径的影响后，孔底离预留槽边尺寸无法满足最小距离要求。
4.根据权利要求3所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
中层廊道设计孔底与预留槽边尺寸的最小距离为45cm，底层廊道设计孔底与预留槽边尺寸的最小距离为50cm。
5.根据权利要求1所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤3包括：
步骤3.1，基于步骤1确定的钻孔点位坐标，在钻机就位后先进行孔位初步对准；对钻机进行地锚固定、水平方向校正以及垂直方向校正，使钻机立轴与水平面垂直，再精准校正孔位，钻头中心与钻孔点位重合；
步骤3.2，钻进前，先对钻杆进行校正，确保钻杆垂直于水平面；钻进过程中，每加一次钻杆均进行一次校正；
步骤3.3，钻孔过程中还包括：
步骤3.3.1，利用试验方法确定，钻进过程中钻进深度与导向钻杆外径、导向钻杆数量之间的关系；
步骤3.3.2，钻进过程中，实时检测钻机紧固件的紧固程度、锚固钻机钻杆钻进的方向；
步骤3.3.3，钻进过程中，若遇到钢筋混凝土段，立即停止钻进，起钻更换金刚石钻头进行钻孔，待钻穿过钢筋层后，更换常规钻头，恢复钻孔；
步骤3.3.4，在钻进过程中以及终孔段钻进过程中，测量孔斜率，利用防斜钻具控制钻孔偏差在施工允许范围内。
6.根据权利要求5所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤3中还采用防斜钻具控制孔斜率；
所述防斜钻具包括：钻机限位装置、孔口限位装置、硬质合金扶正块和螺旋钻杆；
在钻机动力头移动最前端及孔口位置安装限位装置，开孔钻进及进行浅孔段钻进时，钻机限位装置和孔口限位装置对钻具进行导向限位；
对钻杆安装硬质合金扶正块，扶正块安装完成后的钻杆最大外径小于钻孔直径；对钻杆焊接螺旋片，焊接完成后的钻杆最大外径小于钻孔直径。
7.根据权利要求1所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤4包括：
步骤4.1，按照步骤3实施排水孔直孔段的钻进施工；
步骤4.2，利用非金属声波检测仪，采集直孔段孔底坐标和排水孔孔底坐标，计算剩余的排水孔段贯穿廊道的位置；
步骤4.3，当贯穿廊道的位置在预留槽内时，按照步骤3实施剩余排水孔段的钻进施工；
步骤4.4，当贯穿廊道的位置在预留槽外时，自排水孔孔底钻上仰孔，直到与直孔段孔底相连通。
8.根据权利要求7所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤4.2包括：
步骤4.2.1，在排水孔直孔段孔底处布置柱状超声波换能器，并发射超声波；
步骤4.2.2，在廊道排水孔预留槽两侧顶角处各放置1个平面超声波换能器，在距槽顶40°处两侧边各放置1个平面超声波换能器；4个平面超声波换能器的坐标(xi,y,zi)均已知，其中i＝1,2,3,4；
步骤4.2.3，当排水孔直孔段孔底的柱状超声波换能器发射超声波后，排水孔预留槽内4个平面超声波换能器分别在不同时刻ti接收到超声波，其中i＝1,2,3,4；
步骤4.2.4，以如下关系式得到孔底坐标(x,y,z)以及混凝土波速Vp；
Figure FDA0003166584460000041
步骤4.2.5，根据排水孔孔口坐标、排水孔直孔段孔底坐标，可计算出排水孔贯穿预留槽的位置坐标。
9.根据权利要求7所述的一种大坝坝体排水孔精度的控制方法，其特征在于，
步骤4.4还包括在排水孔孔底所在位置搭设钻孔平台；根据廊道内作业高程面不同，钻孔平台搭设分平直段和斜坡段。
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