潘大飛

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司第七分局,河南鄭州 450000)

簡(jiǎn)析反井鉆機(jī)在緩斜井導(dǎo)井施工中的應(yīng)用

潘大飛

(中國(guó)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(shí)踐,將反井鉆機(jī)施工技術(shù)成功應(yīng)用到550斜井導(dǎo)井開挖施工中,證明反井鉆機(jī)施工斜井導(dǎo)井工藝完全可以替代傳統(tǒng)的人工反導(dǎo)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(jī)施工技術(shù)在550斜井導(dǎo)井開挖施工中的成功應(yīng)用,將反井鉆機(jī)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到55～90°。

反井鉆機(jī) 緩斜井導(dǎo)井 施工應(yīng)用 古學(xué)水電站

1 工程概況

1.1 工程概況

古學(xué)水電站位于四川甘孜藏族自治州得榮縣境內(nèi)定曲河上，電站裝機(jī)兩臺(tái)，單機(jī)容量45MW，總裝機(jī)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(zhǎng)度23.98m，斜直段長(zhǎng)104m，斜直段及部分上下彎段實(shí)際可鉆斜井總長(zhǎng)為124.4m。參見圖1。

1.2 地質(zhì)情況

壓力管道斜井中上部圍巖溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，基本為破碎灰?guī)r塊及孤石充填細(xì)粉砂土，穩(wěn)定性差；斜井下部圍巖基本以板巖和灰?guī)r為主，完整性較好；斜井沿線基本無滲水出現(xiàn)。

1.3 關(guān)于反井鉆機(jī)

本次斜井導(dǎo)井施工采用的反井鉆機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)M-200型。廠家提供的反井鉆機(jī)主要技術(shù)性能如下：

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

表1 導(dǎo)孔鉆進(jìn)參數(shù)

2 施工布置

2.1 作業(yè)平臺(tái)

在上彎段沿管0+70掌子面頂部高程向前擴(kuò)挖7m，開挖斷面與壓力管道相同，以滿足鉆機(jī)基礎(chǔ)、泥漿循環(huán)池施工和反井鉆機(jī)運(yùn)行的空間需要。

2.2 鉆機(jī)裝卸

洞外采用25t汽車吊吊裝反井鉆機(jī)和輔助設(shè)備，CAT320挖掘機(jī)托運(yùn)至洞內(nèi)，挖掘機(jī)、手拉葫蘆配合人工進(jìn)行安裝。

2.3 鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土

反井鉆機(jī)基礎(chǔ)采用C20混凝土分二期澆筑而成，一期形成基礎(chǔ)并預(yù)留反井鉆機(jī)地腳螺栓坑，待機(jī)體到位并進(jìn)行初校后，回填二期混凝土，以確保反井鉆機(jī)與基礎(chǔ)牢固銜接，不發(fā)生移位?；炷翝仓穸葢?yīng)不小于70cm，混凝土面要平整，凸凹變化不能超過1.5cm。同時(shí)為滿足反井鉆機(jī)(正常鉆孔傾角為60～90°)能用于本鉆井55°傾角的要求，將基礎(chǔ)混凝土頂面澆成傾角15°的斜面，將鉆機(jī)的操作角度調(diào)整為70°，正好是鉆孔的55°傾角。

2.4 泥漿循環(huán)水池

反井鉆機(jī)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)由：洗井泵(泥漿泵)、水池、水溝組成。距反井鉆機(jī)基礎(chǔ)15m處設(shè)置一個(gè)5m3水池，水池中間設(shè)一隔墻，將水池分隔成清水池和沉淀池。混凝土基礎(chǔ)和水池之間由一水溝連接，導(dǎo)孔施工出現(xiàn)的回水、細(xì)沙沿此溝回流至沉淀池。洗井泵設(shè)置在鉆機(jī)車與水池之間。

圖1 壓力管道布置圖

2.5 反井鉆機(jī)運(yùn)輸軌道的安裝

為方便反井鉆機(jī)就位、定位，在洞內(nèi)卸機(jī)部位地面安裝運(yùn)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(dǎo)孔鉆進(jìn)需水5～10m3/h，用于循環(huán)排渣，冷卻反井鉆機(jī)液壓系統(tǒng)；擴(kuò)孔鉆進(jìn)需水15m3/h，用于冷卻液壓系統(tǒng)和擴(kuò)孔鉆頭，從主供水管接1.5吋鋼管直接引水至鉆機(jī)附近砌筑水池進(jìn)行供水。

3 反井鉆機(jī)施工程序

先利用LM-200型反井鉆機(jī)在上彎段的平面擴(kuò)挖區(qū)，沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導(dǎo)孔；導(dǎo)孔形成后，在下彎段將Ф 216mm鉆頭更換成Ф1400mm擴(kuò)挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴(kuò)挖，形成直徑Ф1400mm的溜渣導(dǎo)井。施工流程如下：上彎段擴(kuò)挖支護(hù)→基礎(chǔ)及循環(huán)水池施工→冷卻循環(huán)水池→反井鉆機(jī)安裝調(diào)試→導(dǎo)孔施工→擴(kuò)孔施工→鉆機(jī)拆除。

4 施工過程及方法

4.1 φ216mm導(dǎo)孔施工

反井鉆機(jī)的鉆桿分為普通鉆桿(1m)和穩(wěn)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(wěn)定鉆桿的加設(shè)方法如下：鉆進(jìn)2m時(shí)必須加設(shè)1根，鉆進(jìn)8～10m時(shí)再加設(shè)1根，然后每鉆進(jìn)15m加設(shè)1根。

(1)鉆進(jìn)參數(shù)；根據(jù)本工程施工揭露的地質(zhì)條件，總結(jié)導(dǎo)孔鉆進(jìn)參數(shù)見表1。

(2)開孔鉆進(jìn)；開孔鉆進(jìn)使用了開孔扶正器。開孔鉆進(jìn)時(shí)開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動(dòng)泥漿泵供漿，進(jìn)行護(hù)壁和排渣。

(3)導(dǎo)孔鉆進(jìn)；通過導(dǎo)孔鉆進(jìn)124m施工總結(jié)分析，導(dǎo)孔鉆進(jìn)要著重做好以下幾點(diǎn)：

1)離鉆透下平段3m左右時(shí)，應(yīng)逐漸降低鉆壓。2)導(dǎo)孔鉆透后，停止泥漿(水)循環(huán)，但鉆機(jī)不能停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，扭矩變化不大時(shí)才能停鉆。3)鉆進(jìn)導(dǎo)向孔時(shí)，如發(fā)現(xiàn)鉆具旋轉(zhuǎn)困難時(shí)，可能遇到裂隙或巖層塌落，此時(shí)應(yīng)把鉆具邊旋轉(zhuǎn)邊提到一定高度，再慢速向下掃孔，若經(jīng)反復(fù)掃孔，仍無效果時(shí)，提鉆等查明原因進(jìn)行處理。

斜井先導(dǎo)孔施工實(shí)際共鉆進(jìn)了185.4m(鉆孔至61m時(shí)因卡鉆而移位重鉆)，最大單日進(jìn)尺18m，平均6m/d(處理反井鉆機(jī)故障、卡鉆除外)。斜井施工時(shí)曾多次出現(xiàn)反井鉆機(jī)機(jī)械故障，并曾出現(xiàn)塌孔、大量漏水等異?，F(xiàn)象。

4.2 φ1400mm擴(kuò)孔施工

(1)拆導(dǎo)孔鉆頭接擴(kuò)孔鉆頭；導(dǎo)孔鉆透后，將擴(kuò)孔鉆頭和導(dǎo)孔鉆頭拆卸工具運(yùn)到斜井下口，通過對(duì)講機(jī)或電話上下聯(lián)系，上下配合拆下導(dǎo)孔鉆頭接上擴(kuò)孔鉆頭，形成出渣系統(tǒng)后，就可以向上擴(kuò)孔。(2)擴(kuò)孔鉆進(jìn)；在擴(kuò)孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內(nèi)擴(kuò)孔工作面的平整和有無錨桿，對(duì)工作面凸起的巖石用風(fēng)鎬等找平，有錨桿要先行取掉。當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)排渣不暢，鉆頭激烈晃動(dòng)，壓力不穩(wěn)，鉆進(jìn)困難時(shí)，可能有大塊渣石落在刀盤上磨擠刀具所致，此時(shí)將刀具下放一定距離，多次高速旋轉(zhuǎn)，將渣石甩掉，若無效果時(shí)，把鉆頭下放到底進(jìn)行處理。開始擴(kuò)孔時(shí)鉆頭全部均勻接觸巖石后，才能正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)施工中要求有較為穩(wěn)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(kuò)孔施工時(shí)，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(xiàn)卡瓦突然斷裂，造成擴(kuò)孔鉆頭、鉆桿脫落。(3)完孔；當(dāng)鉆頭鉆至距鉆機(jī)基礎(chǔ)2.5m時(shí)，要降低鉆壓慢速鉆進(jìn)，并且要認(rèn)真觀察基礎(chǔ)周圍是否有異?，F(xiàn)象；如果有，要及時(shí)采取措施處理；慢慢的擴(kuò)孔，直至鉆頭露出地面。(4)拆機(jī)；將擴(kuò)孔鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉鉆機(jī)的前后斜拉桿和各種油管，將主機(jī)從鉆架上拆掉，將鉆架主機(jī)車和一些輔助設(shè)備拆下。將擴(kuò)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(yùn)出洞外。全部鉆孔工作結(jié)束。

4.3 不良地質(zhì)段施工處理措施

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，施工中采取以下預(yù)防和處理措施：

(1)泥漿護(hù)壁；在斜井上部0～20m范圍斷層破碎帶洞段，采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿和水泥、優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土雙重泥漿，作為洗井液進(jìn)行導(dǎo)孔清渣和護(hù)壁，效果較明顯。(2)導(dǎo)孔固結(jié)灌漿；在斜井中上部20～46m范圍，圍巖溶蝕現(xiàn)象較發(fā)育，出現(xiàn)塌孔和不返水、返漿現(xiàn)象，為避免巖渣排不出來而造成二次卡鉆影響斜井施工，對(duì)塌孔和不返水段進(jìn)行灌漿護(hù)壁處理，等強(qiáng)后再進(jìn)行二次鉆孔，累計(jì)導(dǎo)孔固結(jié)灌漿74.5m，二次掃孔74.5m。(3)卡鉆處理；在反井鉆機(jī)一次導(dǎo)孔鉆進(jìn)至61m時(shí)，因地質(zhì)原因出現(xiàn)塌孔和卡鉆現(xiàn)象，鉆具不能提升和下降；采用高壓風(fēng)、水等方式對(duì)孔壁及孔底渣體反復(fù)進(jìn)行清理，處理歷時(shí)1.5個(gè)月仍然無效后，采取將反井鉆機(jī)向右側(cè)平移90cm，然后重新開孔鉆進(jìn)，導(dǎo)孔貫通后再進(jìn)行擴(kuò)孔施工。二次開孔吸取一次開孔經(jīng)驗(yàn)，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(kuò)孔結(jié)束歷時(shí)1個(gè)月。

5 結(jié)語

將反井鉆機(jī)應(yīng)用于55°緩斜井導(dǎo)井施工，在保證安全的前提下順利地完成了施工任務(wù)，這是一次新技術(shù)在古學(xué)水電站的成功應(yīng)用。同時(shí)，在水電、采礦、煤炭等領(lǐng)域的調(diào)壓井、閘門井、電纜井、母線豎井、引排水井、通風(fēng)孔、溜渣(礦)井等施工領(lǐng)域中應(yīng)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(jī)在甲巖水電站緩斜井施工中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)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(xiàng)目管理工作。