翟海燕，趙青，關(guān)宗印

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100032）

1 引言

斜井或豎井導(dǎo)井作為抽水蓄能電站地下工程的重要組成部分，其開挖方式與工程進(jìn)度、項(xiàng)目投資、人員安全等關(guān)系甚為緊密。目前，國內(nèi)斜（豎）井施工主要采用“先開挖導(dǎo)井，后進(jìn)行擴(kuò)挖”的方式，導(dǎo)井開挖方法有2 種：（1）先采用小型反井鉆機(jī)形成小直徑導(dǎo)井，然后人工鉆爆兩次擴(kuò)挖形成較大直徑溜渣導(dǎo)井，即“小直徑機(jī)+ 人工擴(kuò)挖”導(dǎo)井施工技術(shù)；（2）采用“定向鉆+大直徑機(jī)”，即采用定向鉆機(jī)形成高精度導(dǎo)孔，然后將導(dǎo)孔刷大，滿足大型反井鉆機(jī)鉆桿下放要求，最后安裝大直徑擴(kuò)孔鉆頭反拉形成溜渣導(dǎo)井。

導(dǎo)井的2 種開挖方式各有所長，在不同的深度范圍、不同的條件下表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢。李堅(jiān)等[1]對(duì)“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”導(dǎo)井施工方法和精度控制予以詳細(xì)闡述。王慧鋒等[2]對(duì)“定向鉆+反井鉆”施工工藝、定向孔鉆進(jìn)過程中關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行了深入研究。本文依托深圳抽水蓄能電站斜井開挖和山東沂蒙抽水蓄能電站豎井開挖2 個(gè)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)上述2種不同的導(dǎo)井施工技術(shù)進(jìn)行比較分析，為類似工程導(dǎo)井開挖方式選擇提供參考。

2 小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖

小直徑機(jī)二次擴(kuò)挖是指，電站斜井或豎井導(dǎo)井開挖時(shí)，先采用小型反井鉆機(jī)從上自下鉆進(jìn)形成φ216mm 導(dǎo)孔，再安裝擴(kuò)孔鉆頭反拉形成φ1.4m 導(dǎo)井，最后人工鉆孔爆破擴(kuò)挖形成φ3.5m 溜渣導(dǎo)井。深圳抽水蓄能電站斜井即采用該方式進(jìn)行施工導(dǎo)井。

2.1 項(xiàng)目概況

深圳抽水蓄能電站位于深圳市東北部的鹽田區(qū)和龍崗區(qū)內(nèi)，裝機(jī)容量1 200MW。引水隧洞斜井分上、下斜井，上斜井長度380m，下斜井長度163m，直線段傾角均為50°。斜井開挖斷面為圓形斷面，開挖半徑均為5 350mm。

2.2 施工方案

1）導(dǎo)井開挖輔助工程。工程包括反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及配套設(shè)施和人工擴(kuò)挖輔助設(shè)施。反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及配套設(shè)施包括反井鉆機(jī)基礎(chǔ)、沉淀池、操作平臺(tái)、冷卻水箱及風(fēng)、水、電管線的布置。人工擴(kuò)挖輔助設(shè)施包括一次擴(kuò)挖絞車和擴(kuò)挖小車安裝、人工擴(kuò)挖井口圍欄、人擴(kuò)挖安全平臺(tái)及相關(guān)輔助設(shè)備。

2）反井鉆機(jī)施工。具體可分為先導(dǎo)孔施工、擴(kuò)孔鉆進(jìn)2 個(gè)步驟。（1）先導(dǎo)孔施工：井口測量定位，鉆機(jī)施工平臺(tái)基礎(chǔ)開挖、澆筑混凝土，安裝反井鉆機(jī)底座。待鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，安裝轉(zhuǎn)盤吊和翻轉(zhuǎn)架，再調(diào)平鉆機(jī)。（2）擴(kuò)孔鉆進(jìn)：導(dǎo)孔貫通后，用裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至斜井底部，將上下提吊塊分別同鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導(dǎo)孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴(kuò)孔鉆頭。

3）導(dǎo)井人工擴(kuò)挖。人工擴(kuò)挖采用布置于平洞段緊鄰上彎段的2 臺(tái)15t 的絞車，牽引6.0m 長的擴(kuò)挖小車在φ1.4m 導(dǎo)井內(nèi)運(yùn)行，對(duì)φ1.4m 的導(dǎo)井自下而上進(jìn)行擴(kuò)挖，成型斷面直徑為φ3.5m。

3 定向鉆+大直徑機(jī)

定向鉆+大直徑機(jī)的工藝原理為當(dāng)電站斜井或豎井導(dǎo)井開挖時(shí)，首先由定向鉆自上而下進(jìn)行φ216mm 高精度先導(dǎo)孔施工，貫通后由小型反井鉆機(jī)自上而下擴(kuò)挖為φ275mm導(dǎo)孔，再采用BMC600 型反井鉆機(jī)自上而下擴(kuò)孔至φ350mm，最后安裝φ2 400mm 擴(kuò)孔鉆頭反拉形成φ2.4m 溜渣導(dǎo)井。山東沂蒙抽水蓄能電站高壓管道豎井即采用該方式施工溜渣導(dǎo)井。

3.1 項(xiàng)目概況

沂蒙抽水蓄能電站位于山東省臨沂市費(fèi)縣境內(nèi)，工程總裝機(jī)容量為1 200MW。豎井開挖斷面為圓形，直徑為7.6m。高壓管道豎井深度均為380m。

3.2 施工方案

1）導(dǎo)井開挖輔助工程。根據(jù)定向鉆機(jī)和反鉆機(jī)尺寸，在豎井上彎段開挖29m×9.2m×11.5m（長×寬×高）洞室空間，然后施工鉆機(jī)基礎(chǔ)、泥漿池、提吊天錨等輔助設(shè)施。

2）高精度導(dǎo)孔施工。高精度導(dǎo)孔施工采用TDX-50 型定向鉆機(jī)，施工工藝流程包括開孔前準(zhǔn)備、導(dǎo)孔開孔、鉆進(jìn)成孔、鉆進(jìn)泥漿的控制和糾偏技術(shù)。

3）φ275mm 導(dǎo)孔施工。φ216mm 高精度導(dǎo)孔施工完成后，拆除定向鉆機(jī)，安裝BMC200 型反井鉆機(jī)，將導(dǎo)孔擴(kuò)刷至φ275mm，滿足BMC600 型反井鉆機(jī)施工所需要的導(dǎo)孔直徑。

4）大直徑反井鉆機(jī)施工。運(yùn)輸BMC600 型反井鉆機(jī)至工作面，根據(jù)豎井設(shè)計(jì)角度，初步調(diào)整好主機(jī)的鉆孔角度，固定好主機(jī)，開始進(jìn)行導(dǎo)孔擴(kuò)大施工，導(dǎo)孔擴(kuò)大的過程也是鉆桿下放的過程。φ350mm 擴(kuò)孔貫通后，用裝載機(jī)將φ2400mm擴(kuò)孔鉆頭運(yùn)至引水下平段導(dǎo)孔下方，利用上、下提吊塊安裝固定擴(kuò)孔鉆頭，進(jìn)行反拉擴(kuò)孔施工。

4 不同導(dǎo)井施工技術(shù)比較

以下將從施工條件、施工質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)、施工進(jìn)度、工程成本等方面對(duì)2 種導(dǎo)井施工技術(shù)進(jìn)行比較。

4.1 施工條件

“小直徑機(jī)+ 人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)擴(kuò)挖小車和牽引絞車，導(dǎo)井開挖輔助設(shè)施較多。“定向鉆+ 大直徑機(jī)”施工技術(shù)，需要反復(fù)安拆并調(diào)試各種型號(hào)鉆機(jī)，而且BMC600 型鉆機(jī)較普通反井鉆機(jī)尺寸偏大，交通運(yùn)輸、場地布置較“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)要求高。

4.2 施工質(zhì)量

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，擴(kuò)挖采用人工手風(fēng)鉆鉆孔，鉆爆法具有機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)越性，地質(zhì)適應(yīng)性較好，但其對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞性較大，成洞質(zhì)量相對(duì)較差，會(huì)降低溜渣效率，甚至發(fā)生堵井事故。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)，采用滾刀機(jī)械破巖，對(duì)圍巖破壞小，井壁光滑，工程質(zhì)量好，有利于擴(kuò)挖溜渣。根據(jù)目前施工技術(shù)顯示，利用反井鉆機(jī)施工導(dǎo)井難點(diǎn)在于導(dǎo)孔偏斜率控制。定向鉆機(jī)利用隨鉆測斜系統(tǒng)和螺桿鉆具，很好地解決了斜井導(dǎo)孔施工中鉆孔偏斜的問題，在300m 以上斜井導(dǎo)孔施工中優(yōu)勢明顯。

4.3 安全風(fēng)險(xiǎn)

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，導(dǎo)井?dāng)U挖采用φ1.4m導(dǎo)井內(nèi)掛設(shè)載人吊籠、人工鉆孔爆破方式，作業(yè)空間狹小，一旦發(fā)生掉塊、塌方等突發(fā)事件，作業(yè)人員無法有效躲避，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。另外，鉆孔時(shí)井內(nèi)煙塵多、噪聲大，工作環(huán)境惡劣，且井內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差，一旦遇到突發(fā)情況，內(nèi)外聯(lián)絡(luò)困難，救援難度大，安全隱患突出。垂直運(yùn)輸方式單一，只能采用簡易卷揚(yáng)系統(tǒng)提升載人吊籠，保障系數(shù)偏低。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)，省去了由人工從φ1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖至φ3.5m 溜渣井的工序，所有作業(yè)基本上采用機(jī)械化，導(dǎo)孔采用循環(huán)泥漿出渣，擴(kuò)孔時(shí)石渣自由下落。工作人員全部在平臺(tái)上部工作，工作環(huán)境好，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工安全性高。

4.4 施工效率

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目深圳抽水蓄能電站，施工效率為15.71m3/d，具體如表1 所示。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目山東沂蒙抽水蓄能電站，其效率則為12.01m3/d，具體如表2 所示。

由表1、表2 可知，“定向鉆+大直徑機(jī)” 和 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖” 2 種導(dǎo)井施工技術(shù)，本身施工導(dǎo)井的效率基本相當(dāng)。由于使用“定向鉆+大直徑機(jī)”技術(shù)施工溜渣導(dǎo)井，能夠早日實(shí)現(xiàn)導(dǎo)井貫通，為后續(xù)大面積擴(kuò)挖及早提供溜渣通道，從斜（豎）井整體開挖進(jìn)度考慮，“定向鉆+大直徑機(jī)”方式更具優(yōu)勢。

表1 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工效率

表2 “定向鉆+大直徑機(jī)”施工效率

4.5 施工成本

根據(jù)水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院水電規(guī)造價(jià)〔2004〕0028 號(hào)《水電建筑工程預(yù)算定額》，使用反井鉆機(jī)施工φ1.4m 導(dǎo)井成本約4 434 元/m，由φ1.4m 導(dǎo)井人工擴(kuò)挖為φ3.5m 溜渣井成本約1 625 元/m，合計(jì)為6 059 元/m。經(jīng)調(diào)研分析，采用“定向鉆+BMC 600 型反井鉆機(jī)”施工φ3.5m 溜渣導(dǎo)井成本約12 000 元/m?！岸ㄏ蜚@+大直徑機(jī)”每延米施工成本比“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”高5 941 元。

5 結(jié)語

分析表明：現(xiàn)階段由于 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖” 設(shè)備和技術(shù)成熟，與 “定向鉆+ 大型反井鉆” 施工技術(shù)相比，其市場成本具有顯著優(yōu)勢。但隨著國內(nèi)抽水蓄能電站項(xiàng)目持續(xù)建設(shè)，大型反井鉆機(jī)設(shè)備建造水平逐步提高，其價(jià)格終究會(huì)回歸到一個(gè)較為合理的水平?？紤]到 “定向鉆+大直徑機(jī)” 施工技術(shù)在作業(yè)環(huán)境、安全管理、溜渣效果、施工效率等方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在長深斜（豎）井偏斜控制方面所具有的無可比擬的優(yōu)勢，未來將具有廣闊的應(yīng)用前景，是值得推廣的一項(xiàng)新技術(shù)。