摘 要：冶勒水電站調壓室及壓力管道工程CV標工程總投資為3 700萬(wàn)元,總工期為40個(gè)月,工程的關(guān)鍵線(xiàn)路為壓力管道施工。其中兩條傾角為60°,長(cháng)度分別為242 m及270 m的壓力斜井是該標段的最大施工難點(diǎn):傾角陡、洞身長(cháng)、地質(zhì)條件復雜,地下水豐富,涌滲水量達300 m3/h,安全隱患尤為突出。目前LM-200型反井鉆機的實(shí)際斜井施工記錄未超過(guò)150 m。根據現場(chǎng)施工和反井鉆機的實(shí)際技術(shù)性能,采用了反井鉆機結合人工開(kāi)挖下導洞的方案進(jìn)行施工,取得了較好的效果,實(shí)際鉆進(jìn)深度180 m。主要介紹了反井鉆機應用于大傾角、長(cháng)深度斜井開(kāi)挖施工的程序、方法、工藝及所取得的成功經(jīng)驗和存在的缺陷。

　　關(guān)鍵詞：反井鉆機;導孔;擴孔;安裝平臺;壓力;擴挖鉆頭;提升;控制;吊裝;誤差;基礎;冶勒水電站

　　1概述

　　1.1工程概況

　　冶勒水電站位于四川省石棉縣和冕寧縣境內,總裝機容量為240 MW。我部承建了調壓室及壓力管道工程。其中上斜井、中斜井長(cháng)度分別為242 m和270 m。斜井與水平方向夾角為60°,斷面型式為直徑4.6 m的圓形。采用反井鉆機與人工下導洞開(kāi)挖相結合的方案進(jìn)行導孔施工。

　　1.2地質(zhì)情況

　　斜井圍巖以Ⅲ、Ⅳ類(lèi)為主,上中部為Ⅴ類(lèi)圍巖。圍巖節理裂隙發(fā)育,特別是在樁號0 668~0 682段(擴挖鉆頭安裝平臺附近)巖層擠壓破碎,裂隙中充有次生泥,圍巖自穩能力極差,地下水豐富,從不同部位呈股狀、滴狀涌(滲)出,涌滲水量達300 m3/h。斜井圍巖巖性由晉寧期石英閃長(cháng)巖組成,具混合巖化特點(diǎn),巖質(zhì)堅硬,濕抗壓強度≥100 MPa。巖體中隱微裂隙較發(fā)育,巖脈與圍巖呈溶解式接觸,或擠壓破碎接觸。

　　1.3關(guān)于反井鉆機

　　本次斜井施工采用的反井鉆機型號為L(cháng)M-200型。主要由鉆機車(chē)、操作車(chē)、泵車(chē)、鉆具等四部分組成,配套輔助設備為洗井泵一臺,斜井專(zhuān)用裝置一套。廠(chǎng)家提供的反井鉆機主要技術(shù)性能如下:

　　(1)導孔直徑(mm):216

　　(2)導孔直徑(mm):1 400,2 000(二次擴孔)

　　(3)鉆井深度(m):200,小于150 (φ2 m擴孔)

　　(4)總功率(kW):82.5

　　(5)主機外型尺寸(長(cháng)×寬×高)

　　運輸(mm):2 950×1 370×1 570

　　工作(mm):3 230×1 770×3 448

　　(6)主機重量(kg):8 277

　　2施工布置

　　2.1反井鉆機的冷卻循環(huán)系統

　　反井鉆機的冷卻循環(huán)系統由:洗井泵(泥漿泵)、水池、水溝組成。距反井鉆機基礎15 m處設置一個(gè)5 m3水池,水池中間設一隔墻,將水池分隔成清水池和沉淀池?；炷粱A和水池之間由一水溝連接,導孔施工出現的回水、細沙沿此溝回流至沉淀池。洗井泵設置在鉆機車(chē)與水池之間。具體布置見(jiàn)圖1。

　　2.2反井鉆機運輸軌道的安裝

　　為方便反井鉆機就位、定位,在洞內卸機部位地面安裝運輸軌道,軌距60 cm,軌道為24kg/m的輕軌,枕木為10 cm×10 cm方木,間距為50 cm/根。

　　2.3反井鉆機的安裝基礎

　　反井鉆機安裝在平段與斜井相交部位,主機起鉆孔口與斜井中心線(xiàn)延長(cháng)線(xiàn)吻合。操作車(chē)、泵車(chē)依次停放在擴挖過(guò)后的盲洞內,操作車(chē)距起鉆孔口有大于1 m的安全距離?；A采用C20混凝土分二期澆筑而成,一期形成基礎并預留反井鉆機地腳螺栓坑,待機體到位并進(jìn)行初校后,回填二期混凝土,以確保反井鉆機與基礎牢固銜接,不發(fā)生移位。

　　3反井鉆機施工程序

　　基礎澆筑(一期含循環(huán)水池)→反井鉆機進(jìn)場(chǎng)安裝(包括高壓洗井泵)測量初定位φ216 mm先導孔施工→鉆頭在預定深度出露(若未出露擴挖找鉆頭)→擴孔鉆頭安裝平臺施工→擴孔鉆頭提升→擴孔鉆頭安裝→安裝平臺撤出→φ1 200擴孔施工→擴孔鉆頭拆卸→反井鉆機撤除。

　　4施工過(guò)程及方法

　　4.1反井鉆機的安裝

　　本工程平洞直徑為4.6 m,能滿(mǎn)足卸車(chē)條件,反井鉆機采用實(shí)際載重能力在10 t以上的平板貨車(chē),貨箱的長(cháng)度不宜超過(guò)5.5 m,離地高度不宜超過(guò)1.2 m。反井鉆機主機重達8.3 t,無(wú)法采用汽車(chē)吊、裝載機等靈便設備在洞內卸車(chē),經(jīng)研究討論最終選擇在地質(zhì)塌方部位,利用支護鋼支撐再充分加固后配以10 t手動(dòng)葫蘆卸車(chē),極限安全卸車(chē)高度為4.8 m。

　　4.2φ216 mm先導孔施工

　　反井鉆機施工的關(guān)鍵在于先導孔鉆孔質(zhì)量。最終導孔能否鉆通,鉆通后的偏離誤差大小在開(kāi)鉆后無(wú)法進(jìn)行中間檢測和控制,只能依靠經(jīng)驗,針對不同的圍巖類(lèi)別,實(shí)施不同的主、副泵工作壓力、轉速和適時(shí)裝配穩定鉆桿進(jìn)行控制。反井鉆機的鉆桿分為普通鉆桿(1 m)和穩定鉆桿(0.5 m),差別在于后者比前者外周多了均勻分布的四條3 cm厚的鋼肋板,其作用是導向,防止鉆桿隨深度的增加旋轉產(chǎn)生過(guò)大彎曲、過(guò)大擺幅,起到穩定的作用,同時(shí)保護鉆桿與孔壁的接觸磨損。我部采用的穩定鉆桿的加設方法如下:鉆進(jìn)2 m時(shí)必須加設1根,鉆進(jìn)8~10 m時(shí)再加設1根,然后每鉆進(jìn)20 m加設1根。實(shí)踐證明上述方法較為合理、安全、穩妥。鉆桿加設時(shí)一般采用副泵提供的較小動(dòng)力運行,鉆桿絲扣之間力度適中,過(guò)緊容易損傷絲扣,過(guò)松鉆桿容易脫落。為了便于拆卸鉆桿,可在鉆桿套接前于絲扣處加設少量10號鉛絲。先導孔開(kāi)始施工時(shí)一般采用副泵提供較小的、均勻的動(dòng)力,以免孔口周壁因振動(dòng)過(guò)大開(kāi)裂而難以成型。我部總結的主、副泵在不同圍巖類(lèi)別、不同鉆孔深度等條件下的工作壓力經(jīng)驗數據見(jiàn)表1。

　　上斜井先導孔施工實(shí)際共鉆進(jìn)了160 m,最大單日進(jìn)尺8 m,平均3 m/d(處理反井鉆機故障時(shí)除外)。中斜井施工時(shí)曾多次出現反井鉆機機械故障,但示出現塌孔、大量漏水等異?，F象。中斜井導孔施工共鉆進(jìn)了180m導孔，最大單日進(jìn)尺10m，平均3.8m/d（處理反井鉆機故障時(shí)除外）。

　　4.3φ1 200 mm擴孔施工

　　擴孔開(kāi)始施工時(shí)一般圍巖破壞嚴重,鉆頭周圈難以均勻受力。因此,采用副泵提供較小的、均勻的動(dòng)力,進(jìn)尺較慢,控制在10 cm/h,以防鉆頭偏心受力過(guò)大而扭斷鉆桿。鉆進(jìn)施工中要求有較為穩定供水量,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,以免出現卡瓦突然斷裂,造成擴孔鉆頭、鉆桿脫落。反井鉆機在各種條件下,進(jìn)行擴孔施工的工作壓力經(jīng)驗數據見(jiàn)表1。

　　上斜井擴孔施工時(shí)未出現孔壁坍塌等異?，F象,但鉆頭刀具磨損較為嚴重,幾乎每鉆進(jìn)30 m就要更換一副全新的刀具,每次更換刀具時(shí),鉆頭要重新回放至擴挖平臺上,耗時(shí)5 d,安全隱患及施工難度極大。上斜井擴孔施工實(shí)際共鉆進(jìn)了160 m,最大單日進(jìn)尺6 m,平均3?2 m/d(反井鉆機故障除外)。

　　根據上斜井擴挖施工經(jīng)驗,在中斜井施工前,我部會(huì )同有關(guān)廠(chǎng)家技術(shù)人員對擴孔鉆頭進(jìn)行了大膽的技術(shù)改造:將直徑由原來(lái)的1 400 mm改為1 200 mm,并對刀盤(pán)刃角進(jìn)行了倒圓處理。此舉收到了較為良好的效果,中斜井一次性反擴了170 m后刀具才出現問(wèn)題。中斜井擴孔施工實(shí)際共鉆進(jìn)了180 m擴孔,最大單日進(jìn)尺7 m,平均5.2 m/d(因反井鉆機故障除外)。

　　4.4人力資源配置

　　斜井導孔、擴孔施工時(shí)現場(chǎng)人力資源配置為:操作班由9人組成,3人一組進(jìn)行三班倒,9人中有機械技術(shù)員一名,修理工一名,水工技術(shù)人員一名。另設一名機械工長(cháng)期跟蹤服務(wù),適時(shí)進(jìn)行現場(chǎng)指導。

　　5結語(yǔ)

　　將反井鉆機應用于長(cháng)斜井,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)應用的成功典范,同時(shí)在未來(lái)水電工程施工應用中前景廣闊,特別是在保證施工安全方面,該方法值得借鑒與推廣?，F將施工中所取得的幾點(diǎn)體會(huì )敘述如下。

　　(1)反井鉆機的工作原理較為先進(jìn),能適用于大傾角、長(cháng)深度的斜(豎)井施工,與其他導井施工方法相比較,具有一定的進(jìn)度優(yōu)勢和明顯的安全優(yōu)勢;

　　(2)加設、拆卸鉆桿時(shí)要特別注意施工方法,鉆機壓力應適中、均勻,以防鉆桿脫落,造成難以處理的工程事故;

　　(3)施工中要注意鉆進(jìn)速度,不能盲目追求高進(jìn)尺,否則容易造成導孔偏斜率偏高而難以控制,甚至扭斷鉆桿;

　　(4)就現有的性能而言,LM-200型反井鉆機適用于深度在150 m以下、可一次性貫通、并且在斜井施工中具有足夠的安裝工作面。