金治華 王艷軍 李志紅

1 工程概況

水布埡水電站位于清江中游河段巴東縣境內,是清江梯級開發(fā)的龍頭樞紐,正常蓄水位400 m,總庫容 45.8億 m3,總裝機容量1 600 MW。電站為地下式,主要建筑物包括:引水渠和進水塔、引水隧洞、主廠房、尾水洞、尾水平臺及尾水渠、母線洞及母線豎井、500 kV變電所、交通洞、交通豎井、通風及管道洞、廠外排水洞等。其中母線豎井、交通豎井、通風豎井、引水隧洞斜井段采用反井鉆機施工φ 1.4 m導井,總長約1 319 m,其中豎井 759 m,斜井560 m(傾角60°)。水布埡電站所處地層主要為灰?guī)r,硬度為6級～9級,其中上部主要為灰黑色瘤狀或團塊狀泥質生物碎屑灰?guī)r、灰色厚層灰?guī)r夾少量不規(guī)則泥鈣質條件灰?guī)r;下部為含灰、泥質生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質灰?guī)r,局部為泥質白云巖與灰?guī)r呈軟硬相間不等厚分布,并有多條斷層交錯分布。

2 施工機械設備組合

反井鉆機施工分為導孔、擴孔兩個施工步驟。

機械設備:該項目使用的LM-200型反井鉆機屬煤炭科學研究總院、北京建井研究所設計、江蘇蘇南煤礦機械廠制造,鉆機由主機、操作車、泵車組成。施工時還需要配置泥漿泵、循環(huán)水輸送的潛水泵、混凝土攪拌機等。主要施工設備配置見表1。

表1 主要施工機械設備組合表

3 施工準備

1)施工用水,主要用于鉆機油泵冷卻、導孔排渣、擴孔冷卻鉆頭及沖渣,正常耗水量為10 m3/h。2)施工用電,施工設備的額定功率:泥漿泵90 kW,82.5 kW,照明及潛水泵約10 kW,共約183 kW。需要 250 kVA以上的變壓器一臺。另外配置一臺200 kW柴油發(fā)電機,作為導孔施工時停電急用。3)鉆機基礎清理及混凝土澆筑:基礎清至完整的基巖,混凝土基礎在距鉆頭中心70 cm內不能放置含金屬物件,以防損壞鉆頭。4)沉渣池、泥漿池砌筑:沉渣池、泥漿池緊連鉆機基礎混凝土布置,以便導孔施工時排出的石渣進入沉渣池沉淀。沉渣池(3 m3)、泥漿池(2 m3)之間用網(wǎng)柵(網(wǎng)眼為5 mm×5 mm)隔開。5)水循環(huán)系統(tǒng):將水源接入3 m3自制水箱,然后由潛水泵送入油泵車的冷卻水箱,其水流量為10 m3/h～15 m3/h。油泵車出水口設置一個三通接頭。三通接頭的一頭接入3 m3的循環(huán)水箱,另一頭接入孔口,以自流的方式冷卻擴孔鉆頭。

4 施工方法

4.1 導孔施工

Ⅱ期混凝土達到一定強度后,將動力水龍頭的轉速調為預定值,操作調節(jié)閥達到鉆進壓力,開孔鉆進的同時開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水。導孔開始鉆進時采用高轉速低鉆壓,鉆壓為2 MPa～5 MPa,對于松軟地層和過渡地層應采用低鉆壓,對于硬基巖和穩(wěn)定地層則采用高鉆壓。洗孔排渣,在每根鉆桿鉆進結束后,上下提升鉆頭,待孔內的石渣排完后再接鉆桿鉆進。穩(wěn)定鉆桿布置,穩(wěn)定鉆桿的作用主要是控制導孔的偏斜率,開始鉆進時放置一根,每鉆進30 m～40 m及地質情況變化大的部位各放置一根,確保導孔的垂直度,但穩(wěn)定鉆桿不宜放置過多,否則在擴孔時容易卡鉆。

4.2 φ 1.4 m 擴孔鉆進

1)φ 1.4 m擴孔鉆頭連接。導孔鉆透地層后,在下平洞將導孔和異形鉆桿,大致修平擴孔范圍內的巖面,連接擴孔鉆頭。2)將動力水龍頭出軸轉速調為慢速擋。3)將水管接入孔口,以冷卻鉆頭、消塵。4)在擴孔鉆頭未全部進入基巖時,使用低鉆壓、低轉速,避免鉆頭因劇烈晃動而損壞滾刀,待鉆頭全部鉆進時,即可加壓鉆進。5)擴孔鉆進結束后,拆去鉆桿,將鉆頭固定在軌道上,主機調離后,再將鉆頭提出孔外。

4.3 φ 2.0 m 擴孔鉆進

1)φ 1.4 m擴孔結束后,用鉆桿將鉆頭放至豎井下平洞,卸下鉆頭,連接φ 2.0 m鉆頭,然后開始提升鉆進,其施工方法和φ 1.4 m擴孔鉆進相同。2)擴孔結束后,用鉆桿將鉆頭放至豎井下平洞,卸下鉆頭,拆卸鉆桿及鉆機。

4.4 施工進度

水布埡電站豎井及斜井導井已全部施工結束,施工情況見表2。

表2 反井鉆機施工進度表

反井鉆機的施工進度主要由地質情況決定,基巖強度高則進度慢,垂直度容易控制;巖石強度低則進度快,垂直度不容易控制。豎井鉆進速度比斜井快。水布埡電站鉆孔施工速度為:導孔平均10 min/m～40 min/m;擴孔為φ 1.4 m的平均40 min/m～70 min/m;二次擴孔為φ 2 m的平均60 min/m～120 min/m。

5 反井鉆機施工過程中的注意事項

1)在鉆進過程中,禁止鉆機反鉆,油箱油溫不能超過50℃;主泵油壓不能超過20.0 MPa;副泵油壓不能超過18.5 MPa。2)導孔鉆進過程中不得停水、停電,特別是導孔深度超過50 m時突然停水、停電會使未排完的石渣抱死鉆桿,造成鉆桿、鉆頭、導孔報廢的機械事故。3)導孔施工時因故需要停機,導孔深度在20 m以下,卸掉鉆桿3 m～5 m;導孔深度在20 m以上,卸掉鉆桿7 m～10 m,避免卡鉆。

6 特殊情況處理

6.1 不良地質情況處理

2號母線豎井鉆進至43 m時孔口不返水、排渣,處理方法如下:1)黏土灌漿。泥漿泵能輸送的最小配比約為0.8∶1(水∶黏土),將鉆桿提升2 m～3 m,用泥漿泵將漿液順鉆桿壓入孔內,施灌中發(fā)現(xiàn)距2號母線豎井水平距離約100 m位置的廠房頂拱出現(xiàn)紅色泥水滲漏,說明該位置裂隙延伸較長,利用黏土灌注難以滿足施工要求。2)灌注水泥砂漿。灌漿前將鉆桿、鉆頭全部拆除至孔外。水泥砂漿配比為1∶1∶1.6(水∶水泥∶砂),砂漿灌入量約為2.5 m3,2 d后重新開孔鉆進,其灌漿效果能滿足施工要求。

6.2 便于拆卸鉆頭、鉆桿的方法

為方便鉆桿的拆卸,在鉆進過程中每次安裝鉆桿時,可在接頭處放置一圈10號～12號鉛絲繞。使用輔助卸扣都不能松動接頭時,則在待拆卸鉆桿的下邊緣用鋼鋸鋸除2 mm～3 mm,再反轉動力水龍頭即可松動鉆桿接頭。為了便于拆卸鉆頭,通常在鉆桿和鉆頭的連接位置,均勻放置φ 10的三節(jié)鋼筋,拆卸鉆頭時用鋼鋸將鋼筋鋸斷,即可容易取下鉆頭。

7 結語

豎井、斜井施工能否安全、高效完成開挖,關鍵在于導井開挖這道工序。LM-200型反井鉆機,它一改傳統(tǒng)的開挖方法,在施工過程中具有工藝簡單、施工安全可靠、施工配置人員少等特點,能夠減小豎井、斜井的施工難度,降低施工的危險性,從而有效地提高施工效率,反井鉆機在水電施工中具有廣泛前景。

[1]楊明爽,李 平.兩種新鉆具在巖土工程勘察中的應用[J].山西建筑,2009,35(22):345-346.