論反井鉆在斜井施工中的應(yīng)用

1、論反井鉆在斜井施工中的應(yīng)用 論反井鉆在斜井施工中的應(yīng)用 【摘要】：齊熱哈塔爾水電站斜井長319.333m，傾角為60，開挖平均洞徑為6m，斜井有不同程度斷層經(jīng)過，受埋深及強(qiáng)風(fēng)化覆蓋厚度影響，層間有錯動帶穿過，并附帶有泥沙現(xiàn)象，常規(guī)的人工開挖已不能確保施工平安，施工中采用反井鉆施工導(dǎo)井、分次擴(kuò)挖的施工方法，為其它類似工程提供參考。 Summary: qirehataer hydropower station inclined shaft long 319.333m, inclination for 60 , excavation average hole diameter for 6m, inc

2、lined shaft has different degree fault after, by buried deep and the strong weathered cover thickness effect, layer between errors moving with through, and attached with sediment phenomenon, General of artificial excavation has cannot ensure construction security, construction in the used anti-well

3、drill construction guide well, and points times spread dug of construction method, for other similar engineering provides reference. 關(guān)鍵詞： 反井鉆； 斜井；施工應(yīng)用； 中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 1 工程概述 1.1工程概況 齊熱哈塔爾水電站壓力管道斜井工程作為齊熱哈塔爾水電站的重要構(gòu)筑物之一， 斜井總長為319.333m，傾角為60，開挖平均洞徑為6m，為方便施工，在斜井頂部、中部、底局部別布置有施工支洞。 針對斜井較長、開挖施工難度大

4、、地質(zhì)狀況較差等問題，結(jié)合反井鉆機(jī)在斜井施工中工效高、速度快、平安便捷等特點，我部采用反井鉆機(jī)進(jìn)行斜井導(dǎo)井開挖鉆進(jìn)施工。 1.2斜井工程地質(zhì)概況 斜井上部共166m，圍巖為O-S1大理巖、板巖夾片巖，中厚層狀夾薄層狀，上覆巖體厚120200m。巖層產(chǎn)狀為NW315330SW2040，傾向坡內(nèi)，與洞線大角度相交，圍巖完整性較差，圍巖以III類為主。 斜井段下部共153m，圍巖主要為O-S1角閃斜長板巖、片巖夾大理巖，薄層狀夾中厚層狀，上覆基巖厚約200250m。巖層產(chǎn)狀為NW315330SW2040，傾向坡內(nèi)，f17斷層產(chǎn)狀為NE10/NW51，片理及f17斷層、裂隙均與洞線大角度相交，結(jié)構(gòu)面發(fā)

5、育，巖體較破碎，圍巖以類為主。 2 反井鉆機(jī)選型及各項參數(shù) 2.1反井鉆機(jī)選型 用于本工程調(diào)壓井及斜井施工的反井鉆機(jī)選用LM250型反井鉆機(jī)，數(shù)量為2臺。 2.2反井鉆機(jī)參數(shù) 動力形式：電動機(jī) 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動 電機(jī)功率：129.6kw 導(dǎo)孔直徑：250 擴(kuò)孔直徑：1400 鉆孔深度：250350m 鉆孔傾角：5090 額定扭矩：25KN.m 最大扭矩：40KN.m， 導(dǎo)孔最大推力：700KN 擴(kuò)孔最大拉力：1250KN 鉆桿直徑及有效長度：2001000mm 鉆孔偏斜率：1% 適用巖性：f14 3 反井鉆機(jī)施工原理 反井鉆機(jī)是依靠電動機(jī)帶動液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)將動力傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動鉆具系

6、統(tǒng)旋轉(zhuǎn)作周向及豎直軸向運(yùn)動，從而實現(xiàn)鉆頭對巖體產(chǎn)生沖擊、擠壓、剪切作用，到達(dá)破巖鉆進(jìn)的目的。在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，鉆具系統(tǒng)對巖體作用推力，在擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程中，鉆具系統(tǒng)對巖體作用拉力。 反井鉆機(jī)施工原理示意圖見圖3-1。 4反井鉆施工說明 4.1施工準(zhǔn)備 施工準(zhǔn)備 清理反井鉆機(jī)施工根底面，由測量隊施放井軸線中心點，在清理好的根底面上采用C20混凝土澆筑反井鉆機(jī)根底平臺，根底平臺長5m，寬3m，高0.8m。在根底平臺混凝土澆筑時預(yù)留反井鉆機(jī)機(jī)架固定錨桿及固定螺栓預(yù)留槽。 鉆機(jī)安裝 在根底平臺到達(dá)3天齡期強(qiáng)度后，將鉆機(jī)軌道按要求鋪設(shè)到根底平臺上，然后將鉆機(jī)吊裝到軌道上，調(diào)整好鉆機(jī)位置，豎起鉆架，安裝后拉桿

7、，調(diào)平鉆機(jī)。在確認(rèn)鉆機(jī)調(diào)平后用螺栓將調(diào)整鋼墊板固定在鉆架上。最后安裝前拉桿及埋設(shè)預(yù)埋螺栓，再次調(diào)平鉆機(jī)并回填二期混凝土。 在斜井施工時，利用已安裝好的天錨錨桿進(jìn)行反井鉆機(jī)的安裝。安裝完后利用測量儀器對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平、調(diào)正處理，在確認(rèn)鉆機(jī)完全滿足施工要求后，對鉆機(jī)機(jī)架進(jìn)行固定。 4.2 250mm導(dǎo)孔施工 導(dǎo)孔鉆進(jìn)方法 在二期混凝土到達(dá)7天齡期強(qiáng)度后，對鉆桿軸線對位及機(jī)身平整度進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)鉆桿軸線與井軸線相對接重合，機(jī)身水平后，開始進(jìn)行導(dǎo)孔的鉆進(jìn)施工。 鉆機(jī)調(diào)平，開孔鉆進(jìn)后，調(diào)整動力水龍頭的轉(zhuǎn)速為預(yù)定值，并將動力水龍頭升到最高位置，把導(dǎo)孔鉆頭移入鉆架底孔并用下卡瓦卡住鉆桿的下方卡位，然后將卡瓦放

8、入卡座，用鉆機(jī)輔助設(shè)備連接鉆桿。接好鉆桿后，開啟冷卻用水開始開孔鉆進(jìn)。 導(dǎo)孔鉆進(jìn)排渣用泥漿泵抽取沉渣池內(nèi)的水從動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內(nèi)，自流進(jìn)沉渣池內(nèi)。石渣沉淀后人工撈至堆放位置，石渣水經(jīng)沉淀處理后，再用泥漿泵抽入導(dǎo)孔內(nèi)循環(huán)利用。 導(dǎo)孔開始鉆進(jìn)時采用高轉(zhuǎn)速、低鉆壓，動力水龍頭的轉(zhuǎn)速調(diào)至高速檔，鉆壓為25MPa。背壓根據(jù)實際情況調(diào)整，背壓過大動力水龍頭不能向下推進(jìn)，背壓過小時動力水龍頭向下推進(jìn)速度過快容易產(chǎn)生卡鉆。 導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中的參數(shù)見表4-1。 導(dǎo)孔鉆進(jìn)參數(shù)選擇 因本工程施工部位巖體較為破碎，巖石強(qiáng)度較低低，故在導(dǎo)孔

9、鉆進(jìn)中采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速的鉆進(jìn)方法。離鉆透下水平通道5米左右時，采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速。 鉆進(jìn)過程中及時清理返出的巖渣，防止巖渣堆積，每鉆進(jìn)一根鉆桿進(jìn)度后沖水510分鐘，等孔內(nèi)的巖屑全部排出后，停泵接卸鉆桿。導(dǎo)孔鉆透后，停止泥漿循環(huán)，但鉆機(jī)不能停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水將導(dǎo)孔內(nèi)巖渣沖洗干凈，直到鉆機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，扭矩變化不大時停鉆。 導(dǎo)孔施工難點處理措施 鉆頭偏移控制 導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，由于鉆桿直徑為200mm，而鉆頭直徑為250mm,鉆頭鉆進(jìn)后鉆桿周圍有50mm的空隙，因此在開孔后及鉆進(jìn)過程中要合理配備穩(wěn)定鉆桿強(qiáng)制控制導(dǎo)孔鉆進(jìn)方向，利用導(dǎo)孔孔壁對穩(wěn)定鉆桿的約束作用將前端一定范圍內(nèi)的鉆桿強(qiáng)制擺正，使這段范圍

10、內(nèi)的鉆桿鉆進(jìn)方向與設(shè)計鉆孔軸線一致，從而控制導(dǎo)孔鉆進(jìn)方向。鉆入深度較短時,由于鉆桿抗彎強(qiáng)度較高,鉆頭鉆進(jìn)方向不會發(fā)生偏移；當(dāng)鉆入深度到達(dá)一定值后,隨著鉆孔深度的增加,鉆桿穩(wěn)定性將會隨之減弱,當(dāng)鉆孔深度到達(dá)一定程度, 受重力作用,鉆桿彎曲,鉆桿中間段將受擠壓緊貼在鉆孔下部,鉆桿施加給鉆頭的作用力將不再與設(shè)計洞軸線方向一致,在改變的作用力下,鉆頭鉆進(jìn)方向?qū)l(fā)生偏移。為了及時掌握鉆頭鉆進(jìn)位置,對導(dǎo)孔鉆進(jìn)方向進(jìn)行有效控制,利用測量手段對鉆進(jìn)方向和鉆頭位置進(jìn)行測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析鉆孔偏移情況,采取糾編措施,以保證鉆孔偏差控制在允許范圍之內(nèi)。當(dāng)鉆孔深度到達(dá)50m、100m時各測定一次。根據(jù)導(dǎo)孔偏移情況適

11、當(dāng)合理調(diào)整前端穩(wěn)定鉆桿的數(shù)量和位置，并在鉆桿中部適當(dāng)位置設(shè)置穩(wěn)定鉆桿，逐步對導(dǎo)孔方向進(jìn)行調(diào)整和控制。最終完成滿足設(shè)計要求的高質(zhì)量導(dǎo)孔。 塌孔、卡鉆現(xiàn)象的預(yù)防處理措施 由于本工程調(diào)壓井、斜井地處斜坡位置，巖體較為破碎，風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，圍巖主要由碎裂巖、糜棱巖組成，在導(dǎo)孔鉆進(jìn)施工過程中極有可能發(fā)生塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，造成導(dǎo)孔報廢，為解決這一施工難點，導(dǎo)孔鉆進(jìn)時采用固結(jié)灌漿的方法予以預(yù)防、處理。具體方法如下： 在現(xiàn)場制備水灰比為0.40.55的水泥漿或水泥砂漿通過灌漿設(shè)備或人工自流輸送漿液的方法進(jìn)行灌注，利用漿液填充斷層、裂隙。灌注漿液48小時后即可進(jìn)行鉆孔、掃孔施工。當(dāng)導(dǎo)孔到達(dá)一定深度后，采

12、用灌漿設(shè)備灌注較稀的水泥漿液，對導(dǎo)孔周圍巖體進(jìn)行固結(jié)。具體水灰比需在現(xiàn)場試驗確定。，但由于要反復(fù)取鉆、灌漿、掃孔，對施工進(jìn)度影響較大。 4.3 1400mm滾刀擴(kuò)孔施工 擴(kuò)孔鉆頭安裝 導(dǎo)孔貫穿后，用裝載機(jī)將1400mm擴(kuò)孔滾刀鉆頭運(yùn)至下水平洞導(dǎo)孔下方，將上、下提吊塊分別同擴(kuò)孔鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上、下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開地面20cm，然后固定鉆頭，下落鉆桿，拆去上、下提吊塊，連接擴(kuò)孔鉆頭。在擴(kuò)孔鉆頭安裝過程中鉆機(jī)操作人員與鉆頭安裝人員利用報話機(jī)上下聯(lián)系、緊密配合。 擴(kuò)孔施工 在擴(kuò)孔施工時，鉆機(jī)低轉(zhuǎn)速、低鉆壓緩慢將擴(kuò)孔鉆頭提升至與巖面接觸，然后從導(dǎo)孔內(nèi)通入冷卻水，以冷卻擴(kuò)

13、孔鉆頭并消塵。 待擴(kuò)孔鉆頭全部鉆進(jìn)巖體后開始對鉆頭加壓，加壓壓力根據(jù)巖性具體而定，遇到軟巖或巖石較為破碎時采用低壓，遇到硬巖時采用高壓。 隨著擴(kuò)孔鉆頭的逐步提升，鉆桿隨之跟進(jìn)拆卸，拆卸鉆桿時，第二根鉆桿上方卡位升至卡座上方約20cm，將下卡瓦卡住第二根鉆桿的上卡位，下降動力水龍頭，使下卡進(jìn)入卡座內(nèi)，反轉(zhuǎn)動力水龍頭一圈，升起翻轉(zhuǎn)架并將機(jī)械手抱住鉆桿，動力水龍頭反轉(zhuǎn)并提升約10cm，取出上卡瓦，再將動力水龍頭升至最高位置，下降翻轉(zhuǎn)架并松開機(jī)械手，同時下降動力水龍頭連接鉆桿，取出下卡瓦，繼續(xù)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。 反井鉆機(jī)撤除 擴(kuò)孔施工完成后，將擴(kuò)孔鉆頭擔(dān)放在鉆機(jī)根底平臺上，然后利用起重設(shè)備進(jìn)行鉆架、機(jī)身的撤除，最后撤除擴(kuò)孔鉆頭。 擴(kuò)孔施工