反井鉆機在Ⅳ、Ⅴ類圍巖中的成井技術

夏維學，楊曉東，師建軍

(1.中國水利水電第七工程局有限公司一分局，四川彭山 620860;2.四川華電木里河水電開發有限公司，四川成都 610021;3.中國水利水電建設工程咨詢西北公司，陜西西安 710075)

1 工程概述

立洲水電站廠房位于四川省涼山彝族自治洲木里藏族自治縣后所鄉呷咕村龔家溝上游側，電站采用混合式開發，樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪系統、右岸地下長引水隧洞及右岸龔家溝地面廠房組成。廠房主機間安裝3臺水輪發電機組，單機容量為115MW，壩后安裝有1臺生態機組，單機容量為10MW，電站總裝機容量為355MW。工程等別為二等，工程規模為大(2)型工程，主要建筑物為2級建筑物。

調壓井深145.95m，鎖口段開挖直徑為26.8 m，鎖口完后直徑24.4m，鎖口段深度為35m。井身開挖直徑24.4m。

2 調壓井地質情況

調壓井地質條件具有復雜性和巖性極差的特點，巖層陡傾，層間結合力差，裂隙極發育，透水率大，主要以Ⅴ類和Ⅳ類圍巖為主。井口30m范圍為土夾石，井深100m以上為Ⅴ類碳質板巖，井深100m以下以Ⅳ類碳質板巖為主。

3 導井豎向預固結灌漿

針對調壓井出露的地質情況，制定了在導井35m范圍內首先進行豎向預固結灌漿的施工方案。預固結灌漿范圍以調壓井中心為圓心、1.4m為直徑。考慮到壓力灌漿的漿液擴散，采用以中心為灌漿孔，在1.4m直徑圓周上布置了兩個回漿孔，灌漿分段進行，根據現場施工情況，將灌漿分段為5～10m，以鉆機每段成孔深度為準，灌漿孔深度與回漿孔深度保持基本一致，灌漿壓力為0.3～0.5MPa，每段灌漿結束標準為兩回漿孔返漿濃度與進漿濃度一致為準。由于造孔工程量小，故采用現場潛孔鉆造孔，邊坡錨索注漿系統進行注漿。由于受潛孔鉆機豎向造孔能力的限制，豎向預固結灌漿完成了30m。

4 反井鉆機施工

4.1 反井鉆機施工工藝

反井鉆機是連續鉆進導井的施工設備，其施工工藝是將反井鉆機安裝在上部已澆筑好的混凝土基礎上，由上向下鉆進小直徑導向孔，待導孔和下部隧洞貫通后，拆掉導孔鉆頭，連接擴孔鉆頭，由下向上擴孔。導孔鉆進時破碎下來的巖屑由循環液帶出地面，擴孔時破碎下來的巖屑靠自重落到下部隧洞，由裝載機或其它裝載設備運出。

4.2 反井鉆機的選擇

反井鉆機的選擇主要根據本次鉆孔深度、鉆孔直徑(φ1.4m)和巖石以及有關水文地質條件、國內現有設備和以往的施工經驗進行。根據本工程實際情況最終選擇了LM－200型反井鉆機。

4.3 導孔施工

開孔鉆進、鉆機調平后，將水龍頭的轉速調為預定值，并將動力水龍頭升到最高位置，把事先與異型相接的導孔鉆頭移入鉆架底孔并用卡瓦卡住異型鉆桿的下方，然后將卡瓦放入卡座。用鉆機輔助設備連接鉆桿，接好鉆桿后，開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水，開始鉆孔鉆進。

穩定鉆桿的布置，穩定的作用主要是控制導孔的偏斜率。開始鉆進時放置一根穩定鉆桿，一般情況下穩定鉆桿的布置采取在鉆頭后連續放置6～8根穩定鉆桿，以后間隔一定距離放置一根，后續穩定鉆桿放置需根據地質和鉆孔角度確定。

導孔鉆進產生的排渣用泥漿泵抽取沉淀池內的水從動力水龍頭的洗井液接頭沿鉆桿內壁壓入鉆頭底部，經鉆頭底部的排水孔將孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽，最后排入沉渣池。動力水壓的掌控是特殊地質條件下成孔的關鍵技術之一，動力水壓控制過小，將導致鉆孔石渣排不到孔口，導致石渣抱死鉆桿，造成卡鉆;動力水壓控制過大，將導致正向導孔孔壁在動力水壓狀態下塌孔，造成鉆孔偏斜或塌孔石渣抱死鉆桿，造成卡鉆。因此，鉆孔過程中動力水壓必須根據現場實際施工情況動態調整。

4.4 特殊地質段的導孔施工

根據調壓井地質條件，除井口土夾石段采用預固結灌漿處理成功成孔外，進入基巖后，出現了多段碳質板巖裂隙發育段，采用泥漿不能達到固壁返漿，鉆進無法進行。通過試驗，最終采用孔內循環固結灌漿。

4.5 反向擴井施工

φ216導孔貫通后，拆除導孔φ216鉆頭并替換成φ1.4m擴孔鉆頭，用自卸汽車或裝載機將鉆頭運至引水隧洞，將上下吊塊分別同鉆頭、導孔鉆桿固定，上下吊塊用鋼絲繩連接，提升導孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴孔鉆頭。

調節動力水龍頭轉速，將快速擋調為慢速擋。將油泵冷卻系統的循環水出口接至導孔口，以冷卻φ1.4m擴孔鉆頭、消塵。在擴孔鉆頭未全部進入巖層級時，為防止鉆頭劇烈晃動而損壞刀具，使用低壓、低鉆速，待鉆頭全部鉆進后加壓鉆進。擴孔鉆壓的大小根據地層的具體情況確定，軟巖低壓、硬巖高壓，但是主泵油壓不得超過24MPa;副油泵油壓不得超過18.5MPa。

5 結語

立洲水電站項目在調壓井復雜地質情況下反井鉆機成井運用預固結灌漿及反復固壁固結灌漿技術，歷時81d成功成井，施工過程中成功克服了正向鉆井中遇到的塌孔、卡鉆、不返渣等技術難題，成井偏差不到1m，φ1400導井成井后井壁基本穩定，未出現坍塌。在我國水電工程中此類復雜地質情況的調壓井施工很多，希望該成井技術的成功運用能為以后類似工程提供一定參考。