調(diào)壓井反井鉆機(jī)施工方法

趙繼紅

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

反井鉆機(jī)主要用于煤礦產(chǎn)業(yè)和水電系統(tǒng)豎井和斜井施工，成井速度快，施工安全性好，應(yīng)用較為廣泛。鉆進(jìn)原理：由電機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)，利用液壓動(dòng)力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，先使用小直徑導(dǎo)孔鉆頭向下進(jìn)行打孔，貫通后在下部更換大直徑擴(kuò)孔鉆頭向上提升，使?jié)L刀齒對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊、擠壓和剪切作用，破碎巖石，巖石靠自重墜落在下水平隧洞內(nèi)，再采用出渣運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)出。

1 工程概況及地質(zhì)情況

勾潔寺水電站位于甘肅省迭部縣境內(nèi)的達(dá)拉河上，形式為低壩引水式電站，工程規(guī)模為Ⅳ等小（1）型，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物及臨時(shí)建筑物為5級(jí)。單機(jī)容量8MW，總裝機(jī)容量24MW。調(diào)壓井采用阻抗式，大井?dāng)嗝嬷睆?.0m，阻抗孔直徑2.0m，大井高70.00m，阻抗孔高12.80m，井頂出露，井壁采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚60cm，井壁四周?chē)鷰r進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。調(diào)壓井后接壓力管道，壓力管道主管由上平段、豎井段和下平段組成。調(diào)壓井表層厚度為10m左右為強(qiáng)風(fēng)化巖體，下部厚度20m左右弱風(fēng)化巖體。調(diào)壓井進(jìn)口位于山梁最窄處，地表左右寬只有1m多，井口左側(cè)巖體厚只有7.2m、右側(cè)巖體厚只有7.4m，兩側(cè)巖體厚度較小，需對(duì)井口采取鎖口加固措施。

2 施工方案選擇

調(diào)壓井位于山梁最窄處，廠房通往調(diào)壓井平臺(tái)施工具有道路崎嶇車(chē)輛無(wú)法正常出渣等特點(diǎn)，并綜合考慮總工期、施工安全和質(zhì)量等因素，決定采用反井法施工。具體方案：先用反井鉆機(jī)械施工Φ24.4m的導(dǎo)向孔直至和底部隧洞貫通，換用Φ1.2m的擴(kuò)孔鉆頭向上擴(kuò)孔形成正導(dǎo)井，然后再用鉆爆法由上到下擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)直徑。

3 反井鉆機(jī)的選型

根據(jù)勾潔寺調(diào)壓井施工技術(shù)參數(shù)（調(diào)壓井孔深82.80m，阻抗孔直徑Φ1.2m），巖石、水文地質(zhì)條件以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，選擇ZFY1.2/120型（LM-120）反井鉆機(jī)滿(mǎn)足施工需要。該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，主要部件尺寸及重量如表2所示。ZFY1.2/120型（LM-120）反井鉆機(jī)樣式如圖1所示，工作示意圖如圖2所示。

表1 LM-120型反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 LM-120型反井鉆機(jī)主要部件尺寸及重量

圖1 LM-120型反井鉆機(jī)樣式

圖2 LM-120型反井鉆機(jī)工作示意圖

4 施工前期準(zhǔn)備

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)。調(diào)壓井施工平臺(tái)前期利用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖平整及硬化處理，因調(diào)壓井表層厚度為10m左右為強(qiáng)風(fēng)化巖體、下部厚度20m左右為弱風(fēng)化巖體，先采用固結(jié)注漿對(duì)巖體進(jìn)行加固處理，然后對(duì)邊坡進(jìn)行漿砌石防護(hù)，四周開(kāi)挖排水溝、臨空部位增設(shè)安全護(hù)欄等措施進(jìn)行鎖口處理，邊坡采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)進(jìn)行防護(hù)處理，以確保施工安全。（2）設(shè)備的場(chǎng)內(nèi)裝卸運(yùn)輸。因施工現(xiàn)場(chǎng)位于山體半身坡處，通過(guò)臨時(shí)施工道路，用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)將反井鉆機(jī)拉運(yùn)至調(diào)壓井平臺(tái)。（3）鉆機(jī)基礎(chǔ)。鉆機(jī)基礎(chǔ)現(xiàn)澆C25混凝土，澆筑時(shí)有以下幾點(diǎn)需要注意：①必須確定導(dǎo)井的中心方位；②根據(jù)導(dǎo)井的中心確定基座，開(kāi)挖長(zhǎng)4m、寬3m、深1.2m的基礎(chǔ)，再用混凝土（標(biāo)號(hào)不低于C25）澆筑，基礎(chǔ)表面應(yīng)盡量光滑平整，凸凹變化不能超過(guò)1.5cm；③混凝土等強(qiáng)期后，在基礎(chǔ)表面鉆孔點(diǎn)標(biāo)注十字記號(hào)線，以備鉆機(jī)安裝使用。（4）泥漿池。在緊鄰鉆機(jī)基礎(chǔ)位置，修建一座8m3左右水池用來(lái)導(dǎo)孔鉆進(jìn)排渣及循環(huán)供漿（水），水池頂高低于鉆機(jī)基礎(chǔ)澆筑混凝土面。（5）供電。反井鉆機(jī)總功率約62.5kW，施工用電增設(shè)一趟120mm2三相四線制鋁芯線至工作面附近設(shè)置兩臺(tái)二級(jí)配電箱，供反井鉆機(jī)施工作業(yè)期間用電。（6）供水。施工用水采用在調(diào)壓井平臺(tái)附近修建2個(gè)6m3蓄水池，供水主要用來(lái)冷卻液壓系統(tǒng)油溫、在導(dǎo)孔鉆進(jìn)中用于循環(huán)排渣、在擴(kuò)孔鉆進(jìn)中冷卻擴(kuò)孔頭，每小時(shí)大約需要10m3左右。

5 反井鉆機(jī)的安裝、調(diào)試

（1）反井鉆機(jī)垂直度控制。反井鉆機(jī)調(diào)壓井施工，鉆壓、鉆桿的重力方向鉆頭移位對(duì)鉆孔偏斜影響很大，對(duì)反井鉆機(jī)施工是否成功起著決定性作用，所以控制反井鉆機(jī)垂直度尤為重要。用后支撐拉桿將鉆機(jī)頂起，觀測(cè)鉆機(jī)前后、左右方向和基礎(chǔ)面大致垂直，垂直度允許偏差0.5‰，最后用專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行鉆機(jī)方位的測(cè)量，滿(mǎn)足要求后裝上地腳螺栓再進(jìn)行二期混凝土澆筑，將底板固定在基礎(chǔ)上。待二期混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，利用后支撐拉桿的伸縮調(diào)節(jié)鉆機(jī)的垂直角，通過(guò)計(jì)算調(diào)整好鉆機(jī)角度，擰緊螺母，鉆機(jī)定位完畢。后期施工中經(jīng)常檢測(cè)其垂直度，以保證鉆孔的準(zhǔn)確性。（2）操作車(chē)、油箱車(chē)及水泵的就位。鉆機(jī)定位完畢后，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境合理布置操作車(chē)、油箱車(chē)和水泵。需要注意以下幾點(diǎn)：①操作車(chē)的位置應(yīng)先在操作手視線較好的地方，便于操作鉆機(jī)；②油箱車(chē)不能距離主機(jī)和操作車(chē)太遠(yuǎn)，以免油管長(zhǎng)度不夠；③水泵要靠近泥漿池；④以上設(shè)備的擺放不得影響鉆桿的放置。（3）鉆機(jī)的調(diào)試。先將水、電及油管連接好，應(yīng)全面檢查各部件安裝連接是否準(zhǔn)確，然后合閘進(jìn)行調(diào)試。觀測(cè)液壓系統(tǒng)是否漏油，機(jī)械系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，操作閥手柄是否安全可靠，儀表壓力是否滿(mǎn)足要求，若不正常應(yīng)及時(shí)檢查處理，正常后方可進(jìn)行開(kāi)孔鉆進(jìn)。

6 施工工藝及過(guò)程

6.1 導(dǎo)孔鉆進(jìn)

（1）開(kāi)孔及導(dǎo)孔鉆進(jìn)。開(kāi)孔鉆進(jìn)時(shí)，首先鑿出一個(gè)基礎(chǔ)水平面，保持開(kāi)孔鉆頭垂直于基礎(chǔ)面，安裝好開(kāi)孔鉆桿及導(dǎo)孔鉆頭，采用扶正器將開(kāi)孔鉆桿準(zhǔn)確定位，固定牢固后調(diào)整出軸轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速，然后進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)；當(dāng)?shù)?根開(kāi)孔鉆桿完全鉆入巖石后，取下開(kāi)孔鉆桿安裝導(dǎo)向鉆桿，安裝導(dǎo)向鉆頭，并將出軸轉(zhuǎn)速調(diào)整為高速開(kāi)始正常鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中每隔2根普通鉆桿安裝一個(gè)穩(wěn)定鉆桿，然后配合正常的鉆具組合，持續(xù)鉆進(jìn)，在距離鉆透點(diǎn)還有3m左右時(shí)，逐漸降低鉆壓，至孔通為止。施工中對(duì)于軟弱層和風(fēng)化層采用低鉆壓，對(duì)于硬巖穩(wěn)定巖層采用高鉆壓。（2）鉆具布置。開(kāi)孔鉆桿+開(kāi)孔鉆頭+導(dǎo)孔鉆桿+導(dǎo)孔鉆頭+普通鉆桿（1）+普通鉆桿（2）+穩(wěn)定鉆桿+普通鉆桿（3）+普通鉆桿（4）+穩(wěn)定鉆桿+…+普通鉆桿（n）+普通鉆桿（n+1）+穩(wěn)定鉆桿。為減少鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)中偏差，采用的開(kāi)孔鉆桿、導(dǎo)孔鉆桿、普通鉆桿及穩(wěn)定鉆桿的直徑全部相同，使得鉆進(jìn)過(guò)程中可以擠緊導(dǎo)孔側(cè)壁，防止晃動(dòng)產(chǎn)生偏差，進(jìn)而確保鉆孔質(zhì)量，同時(shí)也加快了鉆孔的速度。

6.2 接擴(kuò)孔鉆頭、擴(kuò)孔鉆進(jìn)

導(dǎo)孔鉆通后，在調(diào)壓井下口處即貫通的隧洞內(nèi)卸下導(dǎo)孔鉆頭，裝上Φ1.2m的擴(kuò)孔鉆頭。調(diào)節(jié)動(dòng)力水龍頭出軸轉(zhuǎn)速為低速。在擴(kuò)孔鉆頭全部進(jìn)入鉆孔時(shí)，采用低鉆壓。擴(kuò)孔時(shí)擴(kuò)孔鉆壓大小應(yīng)根據(jù)巖石情況而定。當(dāng)下部的石渣堆積到一定高度時(shí)應(yīng)停機(jī)，清理石渣，清理后再進(jìn)行正常的鉆孔，直至擴(kuò)孔全部完成為止。勾潔寺調(diào)壓井正導(dǎo)孔擴(kuò)孔施工情況：正常鉆孔速度5～6m/d，24h連續(xù)工作，15d完成了正導(dǎo)孔擴(kuò)孔的施工任務(wù)。

6.3 拆機(jī)

將擴(kuò)孔鉆頭用鐵軌吊在鉆孔里，先將各種油管從主機(jī)上拆下，拆掉翻轉(zhuǎn)架和小吊車(chē)，拆掉鉆機(jī)的后支撐拉桿，將主機(jī)放倒，再把鉆頭提出孔外，全部鉆孔工作結(jié)束。調(diào)壓井反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工總工期為3+2+15=20d完成。

6.4 調(diào)壓井導(dǎo)井?dāng)U挖

此調(diào)壓井的開(kāi)挖面積為45.34m2，在導(dǎo)井?dāng)U挖時(shí)除周邊眼用3m長(zhǎng)鉆桿外，其余的炮眼均采用4.5m的鉆桿，導(dǎo)井?dāng)U挖一次形成。這樣在爆破后就可以在中間形成一個(gè)漏斗裝的“下料口”，再將爆破后的石渣順著已開(kāi)挖好的正導(dǎo)井溜至壓力管道的上平段方便出渣。由于反井鉆機(jī)導(dǎo)孔已經(jīng)形成，爆破時(shí)臨空面較大，爆破質(zhì)量及光面效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)施工方案。

7 質(zhì)量保證措施

反井鉆機(jī)施工中垂直度為關(guān)鍵控制點(diǎn)，為此，可采用以下措施：（1）選用性能好的反井鉆機(jī)和水泵等施工設(shè)備；（2）鉆機(jī)安裝牢固，定位準(zhǔn)確，混凝土澆筑密實(shí)；（3）根據(jù)地質(zhì)條件合理布置鉆具，根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)情況及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)（鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、鉆速）；（4）選擇熟練的操作人員，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)處理。

8 結(jié)束語(yǔ)

反井鉆機(jī)在調(diào)壓井施工中的優(yōu)勢(shì)：（1）施工安全。避免工作人員進(jìn)入工作面進(jìn)行鉆爆，也不再受深坑落石、淋水、有害氣體的傷害，大大避免了安全事故的發(fā)生。（2）工作效率高。機(jī)械化連續(xù)作業(yè)速度快，比以往鉆爆法施工工效提高了5～10倍，為后續(xù)工作提供了充裕時(shí)間。（3）工程質(zhì)量好。反井鉆機(jī)施工對(duì)圍巖破壞小，井壁光滑，更利于擴(kuò)挖溜渣、通風(fēng)、排水。