反井鉆機(jī)在豎井或斜井開(kāi)挖工程中的應(yīng)用

金治華 王艷軍 李志紅

1 工程概況

水布埡水電站位于清江中游河段巴東縣境內(nèi),是清江梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭樞紐,正常蓄水位400 m,總庫(kù)容 45.8億 m3,總裝機(jī)容量1 600 MW。電站為地下式,主要建筑物包括:引水渠和進(jìn)水塔、引水隧洞、主廠房、尾水洞、尾水平臺(tái)及尾水渠、母線洞及母線豎井、500 kV變電所、交通洞、交通豎井、通風(fēng)及管道洞、廠外排水洞等。其中母線豎井、交通豎井、通風(fēng)豎井、引水隧洞斜井段采用反井鉆機(jī)施工φ 1.4 m導(dǎo)井,總長(zhǎng)約1 319 m,其中豎井 759 m,斜井560 m(傾角60°)。水布埡電站所處地層主要為灰?guī)r,硬度為6級(jí)～9級(jí),其中上部主要為灰黑色瘤狀或團(tuán)塊狀泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r、灰色厚層灰?guī)r夾少量不規(guī)則泥鈣質(zhì)條件灰?guī)r;下部為含灰、泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,局部為泥質(zhì)白云巖與灰?guī)r呈軟硬相間不等厚分布,并有多條斷層交錯(cuò)分布。

2 施工機(jī)械設(shè)備組合

反井鉆機(jī)施工分為導(dǎo)孔、擴(kuò)孔兩個(gè)施工步驟。

機(jī)械設(shè)備:該項(xiàng)目使用的LM-200型反井鉆機(jī)屬煤炭科學(xué)研究總院、北京建井研究所設(shè)計(jì)、江蘇蘇南煤礦機(jī)械廠制造,鉆機(jī)由主機(jī)、操作車(chē)、泵車(chē)組成。施工時(shí)還需要配置泥漿泵、循環(huán)水輸送的潛水泵、混凝土攪拌機(jī)等。主要施工設(shè)備配置見(jiàn)表1。

表1 主要施工機(jī)械設(shè)備組合表

3 施工準(zhǔn)備

1)施工用水,主要用于鉆機(jī)油泵冷卻、導(dǎo)孔排渣、擴(kuò)孔冷卻鉆頭及沖渣,正常耗水量為10 m3/h。2)施工用電,施工設(shè)備的額定功率:泥漿泵90 kW,82.5 kW,照明及潛水泵約10 kW,共約183 kW。需要 250 kVA以上的變壓器一臺(tái)。另外配置一臺(tái)200 kW柴油發(fā)電機(jī),作為導(dǎo)孔施工時(shí)停電急用。3)鉆機(jī)基礎(chǔ)清理及混凝土澆筑:基礎(chǔ)清至完整的基巖,混凝土基礎(chǔ)在距鉆頭中心70 cm內(nèi)不能放置含金屬物件,以防損壞鉆頭。4)沉渣池、泥漿池砌筑:沉渣池、泥漿池緊連鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土布置,以便導(dǎo)孔施工時(shí)排出的石渣進(jìn)入沉渣池沉淀。沉渣池(3 m3)、泥漿池(2 m3)之間用網(wǎng)柵(網(wǎng)眼為5 mm×5 mm)隔開(kāi)。5)水循環(huán)系統(tǒng):將水源接入3 m3自制水箱,然后由潛水泵送入油泵車(chē)的冷卻水箱,其水流量為10 m3/h～15 m3/h。油泵車(chē)出水口設(shè)置一個(gè)三通接頭。三通接頭的一頭接入3 m3的循環(huán)水箱,另一頭接入孔口,以自流的方式冷卻擴(kuò)孔鉆頭。

4 施工方法

4.1 導(dǎo)孔施工

Ⅱ期混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,將動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速調(diào)為預(yù)定值,操作調(diào)節(jié)閥達(dá)到鉆進(jìn)壓力,開(kāi)孔鉆進(jìn)的同時(shí)開(kāi)啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水。導(dǎo)孔開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓,鉆壓為2 MPa～5 MPa,對(duì)于松軟地層和過(guò)渡地層應(yīng)采用低鉆壓,對(duì)于硬基巖和穩(wěn)定地層則采用高鉆壓。洗孔排渣,在每根鉆桿鉆進(jìn)結(jié)束后,上下提升鉆頭,待孔內(nèi)的石渣排完后再接鉆桿鉆進(jìn)。穩(wěn)定鉆桿布置,穩(wěn)定鉆桿的作用主要是控制導(dǎo)孔的偏斜率,開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)放置一根,每鉆進(jìn)30 m～40 m及地質(zhì)情況變化大的部位各放置一根,確保導(dǎo)孔的垂直度,但穩(wěn)定鉆桿不宜放置過(guò)多,否則在擴(kuò)孔時(shí)容易卡鉆。

4.2 φ 1.4 m 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

1)φ 1.4 m擴(kuò)孔鉆頭連接。導(dǎo)孔鉆透地層后,在下平洞將導(dǎo)孔和異形鉆桿,大致修平擴(kuò)孔范圍內(nèi)的巖面,連接擴(kuò)孔鉆頭。2)將動(dòng)力水龍頭出軸轉(zhuǎn)速調(diào)為慢速擋。3)將水管接入孔口,以冷卻鉆頭、消塵。4)在擴(kuò)孔鉆頭未全部進(jìn)入基巖時(shí),使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速,避免鉆頭因劇烈晃動(dòng)而損壞滾刀,待鉆頭全部鉆進(jìn)時(shí),即可加壓鉆進(jìn)。5)擴(kuò)孔鉆進(jìn)結(jié)束后,拆去鉆桿,將鉆頭固定在軌道上,主機(jī)調(diào)離后,再將鉆頭提出孔外。

4.3 φ 2.0 m 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

1)φ 1.4 m擴(kuò)孔結(jié)束后,用鉆桿將鉆頭放至豎井下平洞,卸下鉆頭,連接φ 2.0 m鉆頭,然后開(kāi)始提升鉆進(jìn),其施工方法和φ 1.4 m擴(kuò)孔鉆進(jìn)相同。2)擴(kuò)孔結(jié)束后,用鉆桿將鉆頭放至豎井下平洞,卸下鉆頭,拆卸鉆桿及鉆機(jī)。

4.4 施工進(jìn)度

水布埡電站豎井及斜井導(dǎo)井已全部施工結(jié)束,施工情況見(jiàn)表2。

表2 反井鉆機(jī)施工進(jìn)度表

反井鉆機(jī)的施工進(jìn)度主要由地質(zhì)情況決定,基巖強(qiáng)度高則進(jìn)度慢,垂直度容易控制;巖石強(qiáng)度低則進(jìn)度快,垂直度不容易控制。豎井鉆進(jìn)速度比斜井快。水布埡電站鉆孔施工速度為:導(dǎo)孔平均10 min/m～40 min/m;擴(kuò)孔為φ 1.4 m的平均40 min/m～70 min/m;二次擴(kuò)孔為φ 2 m的平均60 min/m～120 min/m。

5 反井鉆機(jī)施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1)在鉆進(jìn)過(guò)程中,禁止鉆機(jī)反鉆,油箱油溫不能超過(guò)50℃;主泵油壓不能超過(guò)20.0 MPa;副泵油壓不能超過(guò)18.5 MPa。2)導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中不得停水、停電,特別是導(dǎo)孔深度超過(guò)50 m時(shí)突然停水、停電會(huì)使未排完的石渣抱死鉆桿,造成鉆桿、鉆頭、導(dǎo)孔報(bào)廢的機(jī)械事故。3)導(dǎo)孔施工時(shí)因故需要停機(jī),導(dǎo)孔深度在20 m以下,卸掉鉆桿3 m～5 m;導(dǎo)孔深度在20 m以上,卸掉鉆桿7 m～10 m,避免卡鉆。

6 特殊情況處理

6.1 不良地質(zhì)情況處理

2號(hào)母線豎井鉆進(jìn)至43 m時(shí)孔口不返水、排渣,處理方法如下:1)黏土灌漿。泥漿泵能輸送的最小配比約為0.8∶1(水∶黏土),將鉆桿提升2 m～3 m,用泥漿泵將漿液順鉆桿壓入孔內(nèi),施灌中發(fā)現(xiàn)距2號(hào)母線豎井水平距離約100 m位置的廠房頂拱出現(xiàn)紅色泥水滲漏,說(shuō)明該位置裂隙延伸較長(zhǎng),利用黏土灌注難以滿足施工要求。2)灌注水泥砂漿。灌漿前將鉆桿、鉆頭全部拆除至孔外。水泥砂漿配比為1∶1∶1.6(水∶水泥∶砂),砂漿灌入量約為2.5 m3,2 d后重新開(kāi)孔鉆進(jìn),其灌漿效果能滿足施工要求。

6.2 便于拆卸鉆頭、鉆桿的方法

為方便鉆桿的拆卸,在鉆進(jìn)過(guò)程中每次安裝鉆桿時(shí),可在接頭處放置一圈10號(hào)～12號(hào)鉛絲繞。使用輔助卸扣都不能松動(dòng)接頭時(shí),則在待拆卸鉆桿的下邊緣用鋼鋸鋸除2 mm～3 mm,再反轉(zhuǎn)動(dòng)力水龍頭即可松動(dòng)鉆桿接頭。為了便于拆卸鉆頭,通常在鉆桿和鉆頭的連接位置,均勻放置φ 10的三節(jié)鋼筋,拆卸鉆頭時(shí)用鋼鋸將鋼筋鋸斷,即可容易取下鉆頭。

7 結(jié)語(yǔ)

豎井、斜井施工能否安全、高效完成開(kāi)挖,關(guān)鍵在于導(dǎo)井開(kāi)挖這道工序。LM-200型反井鉆機(jī),它一改傳統(tǒng)的開(kāi)挖方法,在施工過(guò)程中具有工藝簡(jiǎn)單、施工安全可靠、施工配置人員少等特點(diǎn),能夠減小豎井、斜井的施工難度,降低施工的危險(xiǎn)性,從而有效地提高施工效率,反井鉆機(jī)在水電施工中具有廣泛前景。

[1]楊明爽,李 平.兩種新鉆具在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(22):345-346.