反井鉆機(jī)在哈薩克斯坦瑪依納水電站的應(yīng)用

李艷紅，李 雷，王國輝

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 工程概況

瑪依納水電站位于哈薩克斯坦共和國東南部阿拉木圖州萊姆別克區(qū)的恰倫河上游，電站距阿拉木圖市約260 km，安裝2臺150 MW沖擊式機(jī)組，總裝機(jī)容量300 MW。瑪依納水電站工程組成：水電站進(jìn)出口及閘門井、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、發(fā)電廠房以及變電站等。

受地形條件的限制，調(diào)壓井位于引水系統(tǒng)中部（引水隧洞末端）條形山脊，為露天水室式調(diào)壓井，由豎井和上室（梯形露天水池）構(gòu)成。豎井深175 m，上室頂高程1790 m，底高程1780 m，豎井底板高程1605 m。上室開挖直徑為24 m，開挖高程為1790～1779 m；豎井開挖內(nèi)徑7.3 m，安全支護(hù)厚度為5 cm，襯砌成型內(nèi)徑6.0 m，開挖高程為 1779～1605 m。

2 工程地質(zhì)條件

調(diào)壓井附近條形山梁場地相對開闊，具備布置開敞式調(diào)壓井的地形地質(zhì)條件，場地基巖裸露，調(diào)壓井均位于石炭系下統(tǒng)肯特敏組層凝灰?guī)r、斑巖、玢巖、凝灰角礫巖中。以地表井口為0+000 m，向下至0+132 m井筒處于弱風(fēng)化、弱～強(qiáng)卸荷帶內(nèi)，側(cè)向埋深較淺，巖體破碎～較破碎，圍巖II～I(xiàn)類為主，成井條件差；0+132 m至豎井底部巖石微風(fēng)化～新鮮，巖體較破碎～完整性差，局部穩(wěn)定性差，圍巖以I～I(xiàn)I類為主。

3 反井鉆機(jī)選型

經(jīng)過多方案比較論證，采用LM200型反井鉆機(jī)開挖調(diào)壓井反導(dǎo)井，主要參數(shù)見表1。

表1 LM200型反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 反井鉆機(jī)作業(yè)程序

基礎(chǔ)開挖→基礎(chǔ)澆筑 (含循環(huán)水池)→反井鉆機(jī)進(jìn)場安裝(包括高壓洗井泵)→測量定位→φ216 mm先導(dǎo)孔施工→鉆頭在預(yù)定深度出露(若未出露擴(kuò)挖找鉆頭)→擴(kuò)孔鉆頭安裝→擴(kuò)孔鉆頭提升→φ1400 mm擴(kuò)孔施工→擴(kuò)孔鉆頭拆卸→反井鉆機(jī)撤除。反井鉆機(jī)工藝見圖1。

4.1 反井鉆機(jī)的安裝基礎(chǔ)

基礎(chǔ)采用C20混凝土分二期澆筑而成，一期形成基礎(chǔ)并預(yù)留反井鉆機(jī)地腳螺栓坑，待機(jī)體安裝到位并進(jìn)行初校后，回填二期混凝土，以確保反井鉆機(jī)與基礎(chǔ)牢固銜接，不發(fā)生移位。

圖1 反井鉆機(jī)工藝

4.2 φ216 mm 先導(dǎo)孔施工

開導(dǎo)孔時，開孔鉆桿與導(dǎo)孔鉆頭相接，用扶正器約束，以保證開孔垂直度。開孔一般4～8 m，開孔結(jié)束后，取下扶正器開孔結(jié)束，便拆下開孔鉆桿，接上穩(wěn)定鉆桿和普通鉆桿，轉(zhuǎn)入導(dǎo)孔鉆進(jìn)。

導(dǎo)空鉆進(jìn)過程中，隨著鉆進(jìn)逐節(jié)接長鉆桿，并自鉆桿中心向孔內(nèi)壓入沖洗液，攜帶破碎的巖渣通過鉆桿與導(dǎo)向孔間的環(huán)形空間從井口排出，導(dǎo)孔鉆透后，要等到鉆機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、扭矩變化不大時才能停鉆。

對沖洗液系統(tǒng)的要求：沖洗液池容積不小于8 m3；沖洗液泵泵壓不小于3.5 MPa，流量不小于50 m3/h。

導(dǎo)孔階段，鉆進(jìn)每根鉆桿鉆進(jìn)時至少觀測3次，根據(jù)反渣情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和觀測頻率的調(diào)整。較完整的地層鉆進(jìn)時速度調(diào)整為較高，一般1～1.8 m/h；較破碎的不穩(wěn)定地層鉆速控制為0.3～1.0 m/h。

先導(dǎo)孔施工實際共鉆進(jìn)了174 m，最大單日進(jìn)尺24 m，平均12 m/d（處理反井鉆機(jī)故障時除外）。

4.3 φ1400 mm 擴(kuò)孔施工

在下部隧洞拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接好擴(kuò)孔鉆頭，開始自下而上的擴(kuò)孔鉆進(jìn)工序。擴(kuò)大后的井筒直徑為1.4 m。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時破碎下來的巖屑靠自重落到下水平，由裝載機(jī)或其它裝載設(shè)備運出。

對冷卻系統(tǒng)的要求：水源：清潔水，水量不小于7.2 m3/h；冷卻水池容積不小于2 m3；冷卻水泵泵壓不大于0.8 MPa，流量小于7.2 m3/h。

鉆機(jī)擴(kuò)孔工作時，依靠自重墜落到下水平巷道的巖渣最多為2.5 m3/h，流向下水平巷道的冷卻水流量最多為15 m3/h。

擴(kuò)孔階段，鉆進(jìn)較完整的中硬巖及軟巖地層時速度調(diào)整為較高，一般0.5～2 m/h；鉆進(jìn)較破碎的不穩(wěn)定地層或硬度較高地層時鉆速控制為0.2～0.5 m/h。

擴(kuò)孔鉆壓的大小是根據(jù)地層的具體情況而定的，一般可用150～200 kN。

擴(kuò)孔施工時，必須采用慢進(jìn)尺，控制在10 cm/h，以防鉆頭偏心受力過大而扭斷鉆桿。

擴(kuò)孔鉆進(jìn)時，應(yīng)嚴(yán)格控制主軸輸出扭矩，以主泵壓力瞬時最高值不高于15 MPa為限。過高的扭矩可能造成鉆具的損壞，引發(fā)事故。

擴(kuò)孔施工實際共鉆進(jìn)了174 m，最大單日進(jìn)尺8 m，平均5.5 m/d（因反井鉆機(jī)故障除外）。

4.4 工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)孔偏斜率不大于1.0%（即絕對偏差值：透孔中心點相對于導(dǎo)孔開孔中心點偏差距離不大于導(dǎo)孔深度的1.0%。

5 結(jié)語

使用反井法施工較深豎井導(dǎo)井，具有縮短工期、減少設(shè)備投入、降低工人勞動強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益得到明顯改觀、導(dǎo)井的形成使得豎井爆破效率提高、施工安全性有保障等優(yōu)點。通過從反井鉆機(jī)的選型、作業(yè)程序、及先導(dǎo)孔和擴(kuò)孔施工等方面分析，闡述了反井鉆機(jī)在瑪依納水電站調(diào)壓井施工中的實際應(yīng)用，為今后其他類似工程積累經(jīng)驗。