楊國良，李傳波

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，湖南 長沙 410014）

1 工程概況

長龍山抽水蓄能電站位于浙江省湖州市安吉縣，地處華東電網負荷中心，緊鄰已建并投產運行的天荒坪抽水蓄能電站，工程總裝機2100MW。電站樞紐主要由上、下水庫，導流泄放洞，輸水系統(tǒng)，地下廠房等建筑物組成。

引水系統(tǒng)采用三洞六機斜井式布置，其中引水上半段包括引水上平洞、上斜井及中平洞前半段。上斜井開挖斷面為拱半徑3.5m、底寬5.8m的馬蹄形，斜井角度為58°，3條斜井導井的實際施工長度分別為428.1m、425.6m和423.8m，中間不設施工支洞。其斜井長度是目前國內在建抽水蓄能電站最長的斜井之一，角度較陡，而且?guī)r石強度極高，施工難度特別大。

2 斜井導井施工方法

2.1 施工方法初選

為確保引水斜井導孔施工精度，監(jiān)理和施工單位深入研究，邀請專家論證斜井導井工法的可行性，根據近年來已建抽水蓄能電站長斜井工程實例的情況來分析判斷，并認真貫徹“機械化換人、自動化減人”安全生產理念，最終選擇定向鉆機施工導孔+反井鉆機施工導井的方法。該方法為反井鉆機法基礎上針對超長斜井而研發(fā)的新方法，根據巖石特性確定設備選型，并根據目前現有的測斜技術確定糾偏方法。通過定向鉆機自上而下先施工定向導孔，然后二次擴孔至適應反井鉆鉆桿的導孔，最后采用反井鉆機反擴形成導井。

2.2 定向鉆機+反井鉆法優(yōu)缺點

（1）優(yōu)點。該工程以安全發(fā)展為目標，采用反井鉆機開挖導井進行機械化作業(yè)，施工過程自動化程度高、開挖速度快，導井施工月平均進尺可達200m以上，極大地提高了效率。另外，人工導井開挖洞徑小、通風排煙條件差、工作環(huán)境惡劣，采用反井鉆機作業(yè)可極大地改善作業(yè)人員的工作條件，同時施工效率也有了很大的提高。（2）缺點。需投入定向鉆機和反井鉆機2種設備，成本投入較大。

2.3 施工設備選型

（1）定向鉆機選型。在定向鉆機選型時，根據項目地質條件和施工特點，選用的定向鉆機及其配套設備具有無線隨鉆測斜儀和磁導向控制鉆孔角度的功能，同時結合有線測斜設備進行驗證，這樣可準確了解鉆進孔斜情況，并及時動態(tài)調整鉆孔角度進行糾偏。該方法在很多工程中均已成功應用。長龍山上斜井反井鉆機所需要的導孔直徑為295mm，斜井角度為58°，設計及規(guī)范要求孔偏斜率不大于0.5%。

根據長龍山超硬巖這一地質特性要求導井施工專業(yè)公司新設計FDP-68型鉆機，而不使用原計劃的在豐寧和敦化服役的ZD450R型或是設計階段的TDX-50型。定向鉆機性能參數如表1所示。第三代定向鉆機FDP-68針對長龍山上斜井堅硬巖作出改進設計，其整機質量、成孔精度、動力頭性能和穩(wěn)定性都有所提高。

表1 定向鉆機性能參數

（2）反井鉆機選型。要根據工程條件、地質條件、施工條件等因素綜合選擇反井鉆機及其配套設備。工程條件主要包括工程性質、用途和技術參數（如終孔直徑、井深、傾角等）及相似工程經驗。要根據施工導井的深度和傾角等參數，結合現有設備及市場情況確定鉆機型號。地質條件包括巖石的物理力學性質、巖體產狀、主要地質構造及參數、水文地質條件、勘探資料等。要根據施工的地質構造及巖性，確定沖洗液類型，從而確定清水泵或泥漿泵。施工條件包括運輸條件、吊裝條件、供水供電條件等。應根據井位供水、供電、運輸及下引水中平洞道開通情況確定鉆機型號，初步選擇ZFY3.5/180/600反井鉆機。鉆機及鉆桿參數如表2所示。

表2 反井鉆機相關性能參數

施工單位要選取針對長龍山上斜井極硬巖設計的滾刀，適應于陡傾角造孔、強研磨性凝灰?guī)r地層等施工要求。

3 斜井導井施工

3.1 施工工藝流程及步驟

布置定位定向鉆機，自上而下鉆Ф216mm先導孔；Ф216mm先導孔完成后，取下鉆頭更換Ф295mm鉆頭，自下而上進行反擴刷孔；完成后拆除定向鉆機，然后安裝反井鉆機，下放鉆桿安裝刀盤；最后自下而上反拉形成Ф2m導井。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 斜井導井施工工藝流程

3.2 先導孔施工

（1）測量放樣。斜井導孔開孔前使用全站儀放出開孔點位置坐標，經監(jiān)理工程師復核無誤后鉆機就位，再通過全站儀測量配合調整鉆機方位和角度，使得鉆孔軌跡中心和動力頭主軸中心重合，從而確保井斜角和方位角滿足設計要求。

（2）先導孔開孔。為確保開孔的角度，在開孔鉆進過程中電控參數一般控制在轉數為60r/min、鉆壓為500kg、泵量為600～1200L/min。開孔鉆具組合為Ф216mm牙輪鉆頭+Ф172mm鉆鋌+Ф127mm短鉆桿（2m）。

（3）鉆進方式。定向鉆鉆進過程中，針對不同地質條件對轉速進鉆壓進行實時控制調整，工作方式主要有兩種，共同鉆進和糾偏鉆進。①共同鉆進。共同鉆進是在不需要進行糾偏時鉆孔的施工方式，利用鉆機和螺桿同時同向旋轉的工作原理。②糾偏鉆進。這種工作方式在孔斜偏差超出了允許范圍后需要糾偏時使用。螺桿鉆具由泥漿推動旋轉，鉆機鎖定旋轉。工作原理是通過螺桿自帶的可變向彎角鉆頭旋轉，指定導孔沿需要的指向進行定向鉆進。施工單位每次下放1根鉆桿都進行記錄，包括造斜角度、造斜長度、返水返渣情況等，監(jiān)理工程師根據電子記錄及記錄本實時掌控軌跡情況，并對定向設計提出建議或意見。每約100m提鉆都更換鉆頭（根據鉆頭磨損程度確定），以提高鉆進效率。

（4）測斜、糾偏。采用無線隨鉆測斜儀MWD對鉆孔孔斜進行動態(tài)監(jiān)測，在無線隨鉆測斜儀指導下進行定向糾偏，主要依靠角度及方位進行判定，通過定向螺桿鉆具對鉆孔軌跡進行定向控制。同時每鉆進20m采用有線測斜儀進行驗證，驗證無誤后繼續(xù)鉆進施工。在定向鉆機先導孔施工剩余100m左右時，需在中平洞斜井導孔出鉆點標記安裝磁導向儀進行引導定向。當孔斜出現偏斜時，不應大角度急促糾偏，應通過“長距離平滑過渡糾偏法”，以減少后期擴孔和反拉鉆桿的磨損。

3.3 反井鉆機反擴施工

完成Ф295mm導孔掃孔后，拆除撤出定向鉆機，隨后安裝反井鉆機，下放鉆桿，并在斜井導孔下部安裝2m刀盤和鉆具，為了保證鉆桿和刀盤的順利接合，可搭設吊裝工作平臺。過程中通過鉆機扭力、反拉速度、累計進尺判斷刀盤的磨損情況，以便及時更換鉆頭。通過實踐，建議超長斜井反擴200m更換一次刀盤，避免刀盤上的多齒鉆頭因磨損嚴重造成扭力增大而引起的斷桿和鉆機停機故障。

4 施工成果

長龍山1#引水上斜井先導孔施工共計55d，終孔透孔偏差25.9cm，偏斜率0.6‰；導孔擴孔施工12d，擴孔最快1d可達63m；反井鉆機導井施工共計56d，反井鉆機反擴施工單日最大可達21m。

5 結束語

長龍山抽水蓄能電站1#引水上斜井先導孔施工長度達到428.3m，試驗巖體抗壓強度最高達到269MPa，屬于大傾角、超硬巖、超長斜井，工程技術人員在施工前做了充足的分析、研究及準備，多次使用井下有線測斜儀對測量數據進行復核確保數據可靠。最終，斜井先導孔通過無線隨鉆測斜儀、井下有線測斜儀、后期2m導井測量的多手段驗證，控制導孔軌跡最大狗腿度不超過4°/30m，為導井施工的順利進行奠定了堅實的基礎，并通過先導孔施工時收集的返渣判斷各施工部位的巖層情況，為反井施工提供了鉆機參數設計設置的指導依據。