反井鉆機(jī)在Ⅳ、Ⅴ類圍巖中的成井技術(shù)

夏維學(xué)，楊曉東，師建軍

(1.中國水利水電第七工程局有限公司一分局，四川彭山 620860;2.四川華電木里河水電開發(fā)有限公司，四川成都 610021;3.中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西西安 710075)

1 工程概述

立洲水電站廠房位于四川省涼山彝族自治洲木里藏族自治縣后所鄉(xiāng)呷咕村龔家溝上游側(cè)，電站采用混合式開發(fā)，樞紐工程由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪系統(tǒng)、右岸地下長引水隧洞及右岸龔家溝地面廠房組成。廠房主機(jī)間安裝3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為115MW，壩后安裝有1臺(tái)生態(tài)機(jī)組，單機(jī)容量為10MW，電站總裝機(jī)容量為355MW。工程等別為二等，工程規(guī)模為大(2)型工程，主要建筑物為2級(jí)建筑物。

調(diào)壓井深145.95m，鎖口段開挖直徑為26.8 m，鎖口完后直徑24.4m，鎖口段深度為35m。井身開挖直徑24.4m。

2 調(diào)壓井地質(zhì)情況

調(diào)壓井地質(zhì)條件具有復(fù)雜性和巖性極差的特點(diǎn)，巖層陡傾，層間結(jié)合力差，裂隙極發(fā)育，透水率大，主要以Ⅴ類和Ⅳ類圍巖為主。井口30m范圍為土夾石，井深100m以上為Ⅴ類碳質(zhì)板巖，井深100m以下以Ⅳ類碳質(zhì)板巖為主。

3 導(dǎo)井豎向預(yù)固結(jié)灌漿

針對(duì)調(diào)壓井出露的地質(zhì)情況，制定了在導(dǎo)井35m范圍內(nèi)首先進(jìn)行豎向預(yù)固結(jié)灌漿的施工方案。預(yù)固結(jié)灌漿范圍以調(diào)壓井中心為圓心、1.4m為直徑。考慮到壓力灌漿的漿液擴(kuò)散，采用以中心為灌漿孔，在1.4m直徑圓周上布置了兩個(gè)回漿孔，灌漿分段進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，將灌漿分段為5～10m，以鉆機(jī)每段成孔深度為準(zhǔn)，灌漿孔深度與回漿孔深度保持基本一致，灌漿壓力為0.3～0.5MPa，每段灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為兩回漿孔返漿濃度與進(jìn)漿濃度一致為準(zhǔn)。由于造孔工程量小，故采用現(xiàn)場(chǎng)潛孔鉆造孔，邊坡錨索注漿系統(tǒng)進(jìn)行注漿。由于受潛孔鉆機(jī)豎向造孔能力的限制，豎向預(yù)固結(jié)灌漿完成了30m。

4 反井鉆機(jī)施工

4.1 反井鉆機(jī)施工工藝

反井鉆機(jī)是連續(xù)鉆進(jìn)導(dǎo)井的施工設(shè)備，其施工工藝是將反井鉆機(jī)安裝在上部已澆筑好的混凝土基礎(chǔ)上，由上向下鉆進(jìn)小直徑導(dǎo)向孔，待導(dǎo)孔和下部隧洞貫通后，拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接擴(kuò)孔鉆頭，由下向上擴(kuò)孔。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)破碎下來的巖屑由循環(huán)液帶出地面，擴(kuò)孔時(shí)破碎下來的巖屑靠自重落到下部隧洞，由裝載機(jī)或其它裝載設(shè)備運(yùn)出。

4.2 反井鉆機(jī)的選擇

反井鉆機(jī)的選擇主要根據(jù)本次鉆孔深度、鉆孔直徑(φ1.4m)和巖石以及有關(guān)水文地質(zhì)條件、國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備和以往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。根據(jù)本工程實(shí)際情況最終選擇了LM－200型反井鉆機(jī)。

4.3 導(dǎo)孔施工

開孔鉆進(jìn)、鉆機(jī)調(diào)平后，將水龍頭的轉(zhuǎn)速調(diào)為預(yù)定值，并將動(dòng)力水龍頭升到最高位置，把事先與異型相接的導(dǎo)孔鉆頭移入鉆架底孔并用卡瓦卡住異型鉆桿的下方，然后將卡瓦放入卡座。用鉆機(jī)輔助設(shè)備連接鉆桿，接好鉆桿后，開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水，開始鉆孔鉆進(jìn)。

穩(wěn)定鉆桿的布置，穩(wěn)定的作用主要是控制導(dǎo)孔的偏斜率。開始鉆進(jìn)時(shí)放置一根穩(wěn)定鉆桿，一般情況下穩(wěn)定鉆桿的布置采取在鉆頭后連續(xù)放置6～8根穩(wěn)定鉆桿，以后間隔一定距離放置一根，后續(xù)穩(wěn)定鉆桿放置需根據(jù)地質(zhì)和鉆孔角度確定。

導(dǎo)孔鉆進(jìn)產(chǎn)生的排渣用泥漿泵抽取沉淀池內(nèi)的水從動(dòng)力水龍頭的洗井液接頭沿鉆桿內(nèi)壁壓入鉆頭底部，經(jīng)鉆頭底部的排水孔將孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽，最后排入沉渣池。動(dòng)力水壓的掌控是特殊地質(zhì)條件下成孔的關(guān)鍵技術(shù)之一，動(dòng)力水壓控制過小，將導(dǎo)致鉆孔石渣排不到孔口，導(dǎo)致石渣抱死鉆桿，造成卡鉆;動(dòng)力水壓控制過大，將導(dǎo)致正向?qū)Э卓妆谠趧?dòng)力水壓狀態(tài)下塌孔，造成鉆孔偏斜或塌孔石渣抱死鉆桿，造成卡鉆。因此，鉆孔過程中動(dòng)力水壓必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.4 特殊地質(zhì)段的導(dǎo)孔施工

根據(jù)調(diào)壓井地質(zhì)條件，除井口土夾石段采用預(yù)固結(jié)灌漿處理成功成孔外，進(jìn)入基巖后，出現(xiàn)了多段碳質(zhì)板巖裂隙發(fā)育段，采用泥漿不能達(dá)到固壁返漿，鉆進(jìn)無法進(jìn)行。通過試驗(yàn)，最終采用孔內(nèi)循環(huán)固結(jié)灌漿。

4.5 反向擴(kuò)井施工

φ216導(dǎo)孔貫通后，拆除導(dǎo)孔φ216鉆頭并替換成φ1.4m擴(kuò)孔鉆頭，用自卸汽車或裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至引水隧洞，將上下吊塊分別同鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下吊塊用鋼絲繩連接，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。

調(diào)節(jié)動(dòng)力水龍頭轉(zhuǎn)速，將快速擋調(diào)為慢速擋。將油泵冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水出口接至導(dǎo)孔口，以冷卻φ1.4m擴(kuò)孔鉆頭、消塵。在擴(kuò)孔鉆頭未全部進(jìn)入巖層級(jí)時(shí)，為防止鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞刀具，使用低壓、低鉆速，待鉆頭全部鉆進(jìn)后加壓鉆進(jìn)。擴(kuò)孔鉆壓的大小根據(jù)地層的具體情況確定，軟巖低壓、硬巖高壓，但是主泵油壓不得超過24MPa;副油泵油壓不得超過18.5MPa。

5 結(jié)語

立洲水電站項(xiàng)目在調(diào)壓井復(fù)雜地質(zhì)情況下反井鉆機(jī)成井運(yùn)用預(yù)固結(jié)灌漿及反復(fù)固壁固結(jié)灌漿技術(shù)，歷時(shí)81d成功成井，施工過程中成功克服了正向鉆井中遇到的塌孔、卡鉆、不返渣等技術(shù)難題，成井偏差不到1m，φ1400導(dǎo)井成井后井壁基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)坍塌。在我國水電工程中此類復(fù)雜地質(zhì)情況的調(diào)壓井施工很多，希望該成井技術(shù)的成功運(yùn)用能為以后類似工程提供一定參考。