簡析反井鉆機在緩斜井導井施工中的應用

潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

簡析反井鉆機在緩斜井導井施工中的應用

潘大飛

(中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

通過工程實踐,將反井鉆機施工技術成功應用到550斜井導井開挖施工中,證明反井鉆機施工斜井導井工藝完全可以替代傳統的人工反導井或爬罐斜井施工工藝,是一種高效、安全地施工工藝。反井鉆機施工技術在550斜井導井開挖施工中的成功應用,將反井鉆機的應用范圍擴大到55～90°。

反井鉆機 緩斜井導井 施工應用 古學水電站

1 工程概況

1.1 工程概況

古學水電站位于四川甘孜藏族自治州得榮縣境內定曲河上，電站裝機兩臺，單機容量45MW，總裝機容量90MW。壓力管道斜井傾角55°，開挖直徑5.6m，其中上、下彎段圓弧半徑25m、圓心角均為55°、長度23.98m，斜直段長104m，斜直段及部分上下彎段實際可鉆斜井總長為124.4m。參見圖1。

1.2 地質情況

壓力管道斜井中上部圍巖溶蝕現象發育，基本為破碎灰巖塊及孤石充填細粉砂土，穩定性差；斜井下部圍巖基本以板巖和灰巖為主，完整性較好；斜井沿線基本無滲水出現。

1.3 關于反井鉆機

本次斜井導井施工采用的反井鉆機型號為LM-200型。廠家提供的反井鉆機主要技術性能如下：

(1)導孔直徑：216mm；(2)擴孔直徑：1400mm(一次擴孔)，2000mm(二次擴孔)；(3)鉆井深度：200m(φ1.4 m擴孔)，＜150m(φ 2m擴孔)；(4)總功率：82.5kw；(5)主機外型尺寸(長×寬×高)：3230×1770×3448mm；(6)主機重量(kg)：8277；(7)鉆孔偏斜率：＜1%。

表1 導孔鉆進參數

2 施工布置

2.1 作業平臺

在上彎段沿管0+70掌子面頂部高程向前擴挖7m，開挖斷面與壓力管道相同，以滿足鉆機基礎、泥漿循環池施工和反井鉆機運行的空間需要。

2.2 鉆機裝卸

洞外采用25t汽車吊吊裝反井鉆機和輔助設備，CAT320挖掘機托運至洞內，挖掘機、手拉葫蘆配合人工進行安裝。

2.3 鉆機基礎混凝土

反井鉆機基礎采用C20混凝土分二期澆筑而成，一期形成基礎并預留反井鉆機地腳螺栓坑，待機體到位并進行初校后，回填二期混凝土，以確保反井鉆機與基礎牢固銜接，不發生移位。混凝土澆筑厚度應不小于70cm，混凝土面要平整，凸凹變化不能超過1.5cm。同時為滿足反井鉆機(正常鉆孔傾角為60～90°)能用于本鉆井55°傾角的要求，將基礎混凝土頂面澆成傾角15°的斜面，將鉆機的操作角度調整為70°，正好是鉆孔的55°傾角。

2.4 泥漿循環水池

反井鉆機的冷卻循環系統由：洗井泵(泥漿泵)、水池、水溝組成。距反井鉆機基礎15m處設置一個5m3水池，水池中間設一隔墻，將水池分隔成清水池和沉淀池。混凝土基礎和水池之間由一水溝連接，導孔施工出現的回水、細沙沿此溝回流至沉淀池。洗井泵設置在鉆機車與水池之間。

圖1 壓力管道布置圖

2.5 反井鉆機運輸軌道的安裝

為方便反井鉆機就位、定位，在洞內卸機部位地面安裝運輸軌道，軌距60cm，軌道為24kg/m的輕軌，枕木為10cm×10cm方木，間距為50cm/根。

2.6 供水

導孔鉆進需水5～10m3/h，用于循環排渣，冷卻反井鉆機液壓系統；擴孔鉆進需水15m3/h，用于冷卻液壓系統和擴孔鉆頭，從主供水管接1.5吋鋼管直接引水至鉆機附近砌筑水池進行供水。

3 反井鉆機施工程序

先利用LM-200型反井鉆機在上彎段的平面擴挖區，沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導孔；導孔形成后，在下彎段將Ф 216mm鉆頭更換成Ф1400mm擴挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴挖，形成直徑Ф1400mm的溜渣導井。施工流程如下：上彎段擴挖支護→基礎及循環水池施工→冷卻循環水池→反井鉆機安裝調試→導孔施工→擴孔施工→鉆機拆除。

4 施工過程及方法

4.1 φ216mm導孔施工

反井鉆機的鉆桿分為普通鉆桿(1m)和穩定鉆桿(0.5m)，差別在于后者比前者外周多了均勻分布的3cm厚的鋼肋板。采用的穩定鉆桿的加設方法如下：鉆進2m時必須加設1根，鉆進8～10m時再加設1根，然后每鉆進15m加設1根。

(1)鉆進參數；根據本工程施工揭露的地質條件，總結導孔鉆進參數見表1。

(2)開孔鉆進；開孔鉆進使用了開孔扶正器。開孔鉆進時開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動泥漿泵供漿，進行護壁和排渣。

(3)導孔鉆進；通過導孔鉆進124m施工總結分析，導孔鉆進要著重做好以下幾點：

1)離鉆透下平段3m左右時，應逐漸降低鉆壓。2)導孔鉆透后，停止泥漿(水)循環，但鉆機不能停轉，開始向孔內加清水，直到鉆機轉動平穩，扭矩變化不大時才能停鉆。3)鉆進導向孔時，如發現鉆具旋轉困難時，可能遇到裂隙或巖層塌落，此時應把鉆具邊旋轉邊提到一定高度，再慢速向下掃孔，若經反復掃孔，仍無效果時，提鉆等查明原因進行處理。

斜井先導孔施工實際共鉆進了185.4m(鉆孔至61m時因卡鉆而移位重鉆)，最大單日進尺18m，平均6m/d(處理反井鉆機故障、卡鉆除外)。斜井施工時曾多次出現反井鉆機機械故障，并曾出現塌孔、大量漏水等異常現象。

4.2 φ1400mm擴孔施工

(1)拆導孔鉆頭接擴孔鉆頭；導孔鉆透后，將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到斜井下口，通過對講機或電話上下聯系，上下配合拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭，形成出渣系統后，就可以向上擴孔。(2)擴孔鉆進；在擴孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內擴孔工作面的平整和有無錨桿，對工作面凸起的巖石用風鎬等找平，有錨桿要先行取掉。當擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具。擴孔鉆進時，發現排渣不暢，鉆頭激烈晃動，壓力不穩，鉆進困難時，可能有大塊渣石落在刀盤上磨擠刀具所致，此時將刀具下放一定距離，多次高速旋轉，將渣石甩掉，若無效果時，把鉆頭下放到底進行處理。開始擴孔時鉆頭全部均勻接觸巖石后，才能正常擴孔鉆進。鉆進施工中要求有較為穩定供水量，以使刀具能得到水冷卻，供水量要求不小于7.8 m3/h。擴孔施工時，鉆桿的拆卸要特別注意鉆桿卡瓦正確擺放及自身的完好程度，以免出現卡瓦突然斷裂，造成擴孔鉆頭、鉆桿脫落。(3)完孔；當鉆頭鉆至距鉆機基礎2.5m時，要降低鉆壓慢速鉆進，并且要認真觀察基礎周圍是否有異常現象；如果有，要及時采取措施處理；慢慢的擴孔，直至鉆頭露出地面。(4)拆機；將擴孔鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉鉆機的前后斜拉桿和各種油管，將主機從鉆架上拆掉，將鉆架主機車和一些輔助設備拆下。將擴孔鉆頭吊牢，將軌道拆掉，將鉆頭提出孔外。然后將操作車吊上來，再將泵車、油箱冷卻器拆下，分別運出洞外。全部鉆孔工作結束。

4.3 不良地質段施工處理措施

根據以往施工經驗，施工中采取以下預防和處理措施：

(1)泥漿護壁；在斜井上部0～20m范圍斷層破碎帶洞段，采用優質膨潤土泥漿和水泥、優質膨潤土雙重泥漿，作為洗井液進行導孔清渣和護壁，效果較明顯。(2)導孔固結灌漿；在斜井中上部20～46m范圍，圍巖溶蝕現象較發育，出現塌孔和不返水、返漿現象，為避免巖渣排不出來而造成二次卡鉆影響斜井施工，對塌孔和不返水段進行灌漿護壁處理，等強后再進行二次鉆孔，累計導孔固結灌漿74.5m，二次掃孔74.5m。(3)卡鉆處理；在反井鉆機一次導孔鉆進至61m時，因地質原因出現塌孔和卡鉆現象，鉆具不能提升和下降；采用高壓風、水等方式對孔壁及孔底渣體反復進行清理，處理歷時1.5個月仍然無效后，采取將反井鉆機向右側平移90cm，然后重新開孔鉆進，導孔貫通后再進行擴孔施工。二次開孔吸取一次開孔經驗，并采取了合理有效地措施，施工過程中非常順利，從開孔至擴孔結束歷時1個月。

5 結語

將反井鉆機應用于55°緩斜井導井施工，在保證安全的前提下順利地完成了施工任務，這是一次新技術在古學水電站的成功應用。同時，在水電、采礦、煤炭等領域的調壓井、閘門井、電纜井、母線豎井、引排水井、通風孔、溜渣(礦)井等施工領域中應用前景廣闊，特別是在保證施工安全方面，該方法值得借鑒與推廣。

[1]高建.反井鉆機在甲巖水電站緩斜井施工中的應用[J].四川水力發電,2014(2).

潘大飛(1975—),男,河南南陽人,工程師,本科,主要從事水利水電工程項目管理工作。