張 學(xué) 彬，　王　竣

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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猴子巖水電站45°緩坡斜井開挖施工技術(shù)

張 學(xué) 彬，王竣

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：猴子巖水電站45°出線斜井采用反井鉆機施工工法，突破了反井鉆機適合60°～90°斜井、豎井施工范圍的限制，將反井鉆機施工技術(shù)運用到45°斜井，創(chuàng)造了反井鉆機長距離、緩傾角施工的國內(nèi)、國際先例，將反井鉆機施工范圍擴大到45°～90°，規(guī)避了常規(guī)施工中有軌自上而下施工帶來的施工進度慢、安全風險高、施工排水難的問題，不僅對該工程節(jié)約工程施工成本、提高施工進度、確保施工安全具有重要意義，更是對后續(xù)的類似工程施工具有借鑒作用，意義重大。

關(guān)鍵詞：45°斜井開挖；鉆機改造；基礎(chǔ)設(shè)計；質(zhì)量控制；猴子巖水電站

1工程概述

猴子巖水電站出線洞連接主變室與開關(guān)站，起點位于主變出線平臺下游側(cè)邊墻，高程為1 716.5m，出口位于開關(guān)站靠下游側(cè)45m處出線場，高程為1 845m，全長703.6m(平面長度)。分為上平段、斜井段、下平段，長度分別為184.6m、185.1m、388.1m，出線斜井傾角為45°，斷面分為兩種，靠近平段部分斜井(長8m)斷面為8.2m×7.35m(寬×高)，其余部位斷面為6.72m×6.78m(寬×高)，均為城門洞型。

2出線斜井施工方案的選擇

通過對斜井施工各種方案進行比較，猴子巖水電站出線斜井最終選用反井鉆機施工工法。

根據(jù)巖石條件、斜井長度、擴孔直徑、國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備及以往取得的施工經(jīng)驗，最終選擇LM-200型反井鉆機施工(圖1)。鉆機主要部件尺寸及主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1　LM-200型反井鉆機圖

表1　LM-200主要技術(shù)參數(shù)表

該工程根據(jù)豎井、斜井洞徑及長度選擇了LM-200型反井鉆機，其導(dǎo)孔直徑216mm,反擴直徑1 400mm。

3反井鉆機的改造及基礎(chǔ)設(shè)計

3.1反井鉆機基礎(chǔ)設(shè)計

圖2為反井鉆機水平傾角90°(豎井施工)工況的施工示意圖，從圖中可以看出：鉆桿與地面的水平傾角主要由斜撐桿調(diào)節(jié)。在常規(guī)施工中，反井鉆機的水平傾角受斜撐桿可調(diào)范圍限制，只能將傾角在60°～90°范圍調(diào)節(jié)。我們針對猴子巖水電站出線斜井45°傾角工況，為滿足45°傾角需對斜撐桿進行改造(圖3)或者通過對基礎(chǔ)傾角進行調(diào)整(圖4)。

通過圖3、圖4所示的改造發(fā)現(xiàn)，對斜撐桿進行改造后，存在主機與小車沖撞及主機與吊桿沖撞兩個問題。若只對基礎(chǔ)進行改造，則存在主機與吊桿沖撞問題。通過對比，現(xiàn)場選擇了對基礎(chǔ)進行改造的方案，主機與吊桿沖撞問題通過改造吊桿實現(xiàn)。

圖2　反井鉆機構(gòu)造示意圖

圖3　45°傾角斜撐桿改造示意圖

圖4　45°傾角基礎(chǔ)設(shè)計改造示意圖

改造后的基礎(chǔ)設(shè)計圖見圖4。

3.2反井鉆機的改造

對基礎(chǔ)進行設(shè)計改造后，通過圖5、6可以發(fā)現(xiàn)：主機與吊桿存在沖撞問題，現(xiàn)場需對反井鉆機吊桿進行改造(圖7)。

圖5　反井鉆機基礎(chǔ)平面布置圖

圖6　反井鉆機基礎(chǔ)剖面圖

圖7　鉆桿吊運裝置結(jié)構(gòu)示意圖

吊桿為固定長度，在主機水平安置傾角為60°～90°范圍內(nèi)，吊桿可以通過液壓千斤頂調(diào)節(jié)以滿足鉆桿安裝需要，在水平傾角小于60°時，則會出現(xiàn)主機與吊桿沖撞情況。項目部結(jié)合吊裝結(jié)構(gòu)情況，將定長吊桿換成雙向可調(diào)節(jié)絲桿，改造后的情況見圖8。

圖8　改造后的鉆桿吊運裝置結(jié)構(gòu)示意圖

445°斜井反井鉆機施工方案

4.1施工程序

鉆機改造→基礎(chǔ)混凝土澆筑→鉆機安裝與調(diào)試→φ216導(dǎo)孔施工→φ1 400擴孔施工→鉆機拆除→全斷面正向擴挖。

4.2主要施工方法

(1) 鉆機改造。

鉆機吊桿改造方案如圖8所示，吊桿由加工廠加工，現(xiàn)場安裝。

(2) 基礎(chǔ)混凝土澆筑。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見圖4、圖5。鉆機安裝前，反井鉆機基礎(chǔ)澆筑完成，現(xiàn)場施工由測量人員采用全站儀精確定位。

(3)鉆機的安裝及調(diào)試。

①安裝斜井裝置底板。鉆機的吊裝就位按照鉆孔中心點的十字記號線方向放置反井鉆機裝置底板，然后將主機運進洞內(nèi)，通過洞頂?shù)牡跹b錨桿將主機吊起，對好位后擰緊連接螺栓，使主機和底板成為一體，再裝上后支撐拉桿以穩(wěn)定鉆機。

②鉆機定位及角度調(diào)節(jié)。

這一環(huán)節(jié)直接關(guān)系到斜井導(dǎo)孔的偏斜度，必須高度重視，其步驟為:

a.調(diào)整鉆機方位角和垂直度。

先用后支撐拉桿將鉆機頂起，目測前后方向與地面大致垂直；然后調(diào)整鉆機左右方向與地面的垂直。一般采用線垂測量法，在鉆架的左右兩邊各懸掛一長2m的線垂，通過在底板下方墊置斜鐵等辦法調(diào)整垂直度，允許偏差0.5‰，完畢后再用全站儀測量鉆機的方位角，確定無誤后即可裝上底腳螺栓進行基礎(chǔ)二次混凝土澆筑。

b.調(diào)整鉆機傾斜角。

待反井鉆機基礎(chǔ)二次混凝土達到強度后，通過后支撐拉桿的伸縮調(diào)節(jié)鉆機的傾斜角，經(jīng)過計算調(diào)整好鉆機傾角，鎖緊螺母，然后用電焊將鉆機與裝置底板的幾個鉸接點焊住，防止在施工過程中后支撐拉桿松動、鉆機發(fā)生移動，以確保導(dǎo)孔的施工精度。

(4)φ216導(dǎo)孔施工。

①鉆進參數(shù)。

根據(jù)該工程壓力管道斜井及排風豎井施工總結(jié)的施工經(jīng)驗將鉆進參數(shù)暫定(表2)，實施過程中根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

表2　45°斜井初擬鉆進參數(shù)表

②開孔鉆進。

首先對鉆桿進行改造，加工穩(wěn)定鉆桿。穩(wěn)定鉆桿與普通鉆桿相比，穩(wěn)定鉆桿周邊均勻焊接了4條3cm長的鋼肋板，其作用是導(dǎo)向，以防止隨鉆孔深度的增加鉆桿因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生過大的彎曲和擺幅，同時有效減少鉆桿與孔壁的接觸磨損。

鉆桿分布：開鉆前10m全部使用穩(wěn)定鉆桿；10～30m調(diào)整為3根普通鉆桿設(shè)1根穩(wěn)定鉆桿并安裝扶正器以保證鉆孔的開孔質(zhì)量，鉆速為平均3～4h鉆進1m；30～80m每隔20m設(shè)1根穩(wěn)定鉆桿，鉆速為平均2～3h鉆進1m；80m后未設(shè)置穩(wěn)定鉆桿。

(5)φ1 400擴孔施工。

①對接擴孔鉆頭。

鉆頭對接前，將導(dǎo)孔透孔部位進行擴挖，形成對接小平臺，用手拉葫蘆將擴挖鉆頭提升到小平臺進行對接，具體操作步驟如下：

a.放下鉆桿，對接鉆頭。

將擴孔鉆頭放到斜井下部與下平段交接處，放下鉆桿對接。

b.擴孔鉆頭提升。

提升時，采用小油泵，計算鉆桿及鉆頭重量，設(shè)定油泵壓力，提升時不轉(zhuǎn)動鉆桿，超過設(shè)定壓力后慢速轉(zhuǎn)動，順利將擴孔鉆頭提升到反導(dǎo)洞頂部。

②擴孔鉆進。

擴孔鉆進相對于前面的工序簡單，巖石較硬，平均每m進尺按照用時5～8h控制。

(6)鉆機拆除。

將擴挖鉆頭卡固在鋼軌上，拆掉鉆機的斜撐桿及各種油管，吊出主機，然后再將反擴鉆頭取出。

(7)全斷面正向擴挖。

①施工前采用鋼筋、鋼管制作簡易人行爬梯，提供斜井人員、設(shè)備施工通道。

②為減少開挖后人工扒渣的工程量及難度，在導(dǎo)井區(qū)域首先形成一個“漏斗區(qū)”,盡量讓渣料滾入井內(nèi)，漏斗區(qū)直徑約為3m，深度約為1.5m，開挖完成后立即將渣料通過導(dǎo)井清除，并啟動全斷面開挖爆破鉆孔。

③為嚴格控制渣料粒徑，防止堵井，需嚴格控制爆破孔深度和間距，通過爆破試驗得到的經(jīng)驗，爆破孔間距和抵抗線均為60cm左右。

④通過爆破試驗研究，采用高延時爆破工藝有助于漏斗區(qū)渣料充分溜入導(dǎo)井內(nèi)，以減少因大體積渣料爆破可能造成的堵井風險并減少扒渣的體積。嚴格控制爆破的孔距及排距，按照爆破設(shè)計要求進行施工，孔深利用測量進行精確控制，盡量減少底部因開挖造成的不平整而導(dǎo)致后續(xù)扒渣工作難度加大。

⑤采用人工進行扒渣工作，制作簡易溜渣槽進行扒渣，減少扒渣的水平距離，提高施工效率。

5反井鉆機施工質(zhì)量控制

5.1開孔精度控制

(1)鉆進參數(shù)。

鉆進參數(shù)的選擇主要是依據(jù)水平傾角、地層條件、鉆進部位等多方面因素確定。施工時，應(yīng)根據(jù)不同情況予以調(diào)整。

(2)開孔鉆進。

開孔前，對鉆孔中心及鉆孔角度再次進行校核，確認無誤后開孔；開孔鉆進時，利用開孔扶正器和開孔鉆桿配合，慢速開孔，斜井1～20m設(shè)為開孔段，鉆速1m/10h。連接導(dǎo)孔鉆頭的第1根鉆桿放置高精度穩(wěn)定鉆桿(φ216)，開孔段每3m放置穩(wěn)定鉆桿(φ216)，開孔段以后按照第23m、第27m、第35m、第50m……放置穩(wěn)定鉆桿，其余鉆進過程使用普通鉆桿(φ182)。

5.2導(dǎo)孔糾偏措施

在出線洞導(dǎo)孔施工、鉆機定位時，其定位夾角為45°30′，預(yù)留30′下沉量。鉆進20m時傾角基本未變，鉆進至約100m時下傾角約為44°，偏斜值為1°。此時，主要采取了以下糾偏措施：

(1)加快鉆進速度，鉆速為1.5h左右鉆進1m；

(2)減少主泵供水量，使導(dǎo)孔內(nèi)的水壓降低，所殘留的少量巖屑有利于將鉆頭向上托起；

(3)減少穩(wěn)定鉆桿，80m以后未設(shè)置穩(wěn)定鉆桿。

6結(jié)語

(1)在反井鉆機安裝時，必須精確控制水平位置、方位角及傾角，反井鉆機的偏斜率不得超過1%，偏斜主要是向右下方。對于斷面面積大于控制偏斜率的斜井，鉆機應(yīng)定位在斜井中心點上，調(diào)整鉆機角度應(yīng)遵照斜井的實際傾角，無需刻意向上或下調(diào)整。對于斷面面積小于控制偏斜率的斜井，反井鉆機的定位可向左上方移動。

(2)導(dǎo)孔施工時，應(yīng)根據(jù)水平傾角、地層條件慢速鉆進，開孔采用扶正器，最好保持連續(xù)鉆進，這樣鉆孔產(chǎn)生上下偏差的幾率較小。鉆孔一旦產(chǎn)生偏差，采用掃孔糾偏的方法效果并不明顯。

(3)使用測斜儀對鉆進傾角進行檢測。

(4)擴孔應(yīng)使用壽命較長的硬巖滾刀，盡可能地避免或減少中途更換滾刀的次數(shù)。

(5)施工精度：溜渣井導(dǎo)孔貫穿偏差為1.65m，貫通精度為0.89 %。

(6)施工效率：反井鉆機φ216導(dǎo)孔平均施工效率為5.95m/d；φ1 400反導(dǎo)井擴挖平均施工效率為9.23m/d；全斷面擴挖與支護平均施工效率為1.39m/d。

張學(xué)彬(1974-)，男，四川資陽人，項目總工程師，高級工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

王峻(1987-)，男，重慶黔江人，助理工程師，從事水電工程及高速鐵路施工技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-20

文章編號:1001-2184(2015)06-0020-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV52

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