段要龙 龙学兵
中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007
摘要：随着深竖井开挖在水利水电工程地下工程中应用十分广泛，同时企业对职业健康安全管理体系的严格要求，反井钻机在竖井开挖中显示出更多优越性及经济性。文章结合反井钻机在山东沂蒙抽水蓄能电站高压管道380m深竖井开挖中的运用做了详细阐述，并对反井钻机导孔施工过程中遇到的问题，提出了具体解决措施。
关键词：沂蒙电站；380m深竖井；反井钻；技术应用
1 工程概况
沂蒙抽水蓄能电站位于山东省临沂市费县境内，距费县公路里程24km。工程总装机容量为1200MW，地下厂房内安装4台单机容量为300MW的混流可逆式水轮发电机组，为大（1）型一等工程。电站由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。
2 工程主要技术重难点
沂蒙抽水蓄能电站380m竖井段岩性为微风化片麻状闪长岩、花岗闪长岩，岩石硬度大。有三条断层通过1号竖井，五条断层通过2号竖井。主要发育三组裂隙，地下水埋深为51m。围岩岩体多为块、次块状结构，以Ⅱ～Ⅲ类围岩为主，断层及裂隙密集带地段为Ⅳ类围岩。两条竖井受断层切割，岩体破碎，围岩稳定性差，属Ⅳ类围岩。发育的三组裂隙均为陡倾角裂隙，特别不利于反井钻机导孔施工中偏斜控制。
根据设计地质情况，结合现场踏勘情况及公司类似工程是施工经验，项目部从引用先进科学技术、经济合理适用等各方面考虑选用TR-3000反井钻机对380m深竖井进行施工。
3 施工方法
3.1 施工准备
钻机就位基础非常关键，基础的质量直接影响到反井钻机的安装及调试偏差，钻机基础及水池按以下要求施工：
（1）开挖基础至基岩面，清理松渣，清洗基岩。
（2）混凝土必须在坚固的岩石上浇筑，振捣密实，浇筑的混凝土厚度不得小于0.7米；
（3）基础抹面时用水平仪找平，基础表面平整度为±3mm；
（4）固定主机的锚杆采用Ф32螺纹钢筋，长2米（露出端套100mm螺纹）；
（5）循环沉淀池开挖长度5米，宽度3米，深1.5米，中间砌隔离墙，远端设溢流口。要求底部平整，底部及四周用砂浆抹面。
3.2 导孔钻进
导孔钻进原理：TR-3000型进口钻机是由液压泵站驱动主机液压回转马达作为回转动力，驱动变速箱带动钻杆旋转，同时利用油缸的推进，使导孔牙轮钻头对岩体形成挤压和剪切破碎，经挤压剪切破碎后的岩渣，随着钻杆中心进来的高压冲渣循环液，由钻杆与孔壁之间的环形空间从孔口排出。
3.3 扩井施工
导孔贯穿后，在下部隧洞用液压拆杆器拆掉导孔钻头，连接好扩孔刀盘，开始自下而上的提拉扩孔，扩孔钻进时破碎下来的岩屑靠自重落到下平洞，由铲运机和其它装载设备运出。
（1）当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏。开始扩孔时，下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，待钻头全部均匀接触岩石，才能适当增加扩孔参数，开始正常扩孔钻进。
（2）扩孔刀盘完全进入岩石后，确保全部滚刀均匀受力，适当加大提升拉力和转速进行扩孔，遇到破碎带时，要及时将钻进压力、转速降下来，尽量使反井钻机振动小，平稳运行。如果岩石非常破碎，除了及时降低钻进压力外，要将转速降低，避免产生较大的振动；操作手要时刻注意听扩孔刀盘钻进岩石发出的声音是否平稳，判断岩层变化情况，观察液压表上旋转扭矩和和各种扩孔参数的变化，发现异常及时调整。当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压；
（3）当钻头钻至距基础3m时，要降低钻压慢速钻进，慢慢的扩孔，直至扩孔完成。扩孔过程中，要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。密切注意滚刀不能磨到钻机底脚（底脚板）或其他部件、地脚锚杆等，如碰到及时停机。
（4）拆卸导孔钻头和安装扩孔刀盘过程中，用大锤敲击钻杆的方式打信号，在安装刀盘之前，上下水平的操作人员必须确认信号，形成一致，在安装过程中，上下水平人员必须认真听信号，待准确无误后方可操作；
（5）反井钻机操作手要注意力集中，精心操作，听到异常声音或有异常振动等情况时，及时停机处理，随时观察设备运行情况和机架固定情况。
（6）要求操作手每班都要对活动套进行仔细检查，发现松动或者丝扣磨损严重，必须及时紧固或更换；当扩完一根钻杆时，拆出钻杆，在丝扣上抹丝扣油后再扭紧丝扣到规定扭矩（1800psi），然后取去卡瓦，调低推进压力开始旋转推进，等钻头和岩石完全接触后，再慢慢调整推进力到合适大小开始正常扩孔施工。扩孔过程也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油带好保护帽。
（7）施工中要查看下井口的出渣情况，并及时用铲运机或其他铲运设备清理扩孔破碎下来的岩屑，防止下口被堵塞；在出渣之前必须通知钻机操作人员先停机后才能出渣，防止发生安全事故。出渣完成后拉好警示带和安全标识，人员离开后才能通知钻机操作人员开机继续扩孔施工；
（8）下井口应做好安全警示，防止落石伤人，并派专人注意落渣情况，及时出渣，防止发生堵井事故。
4 导孔钻进中的偏差控制
导孔钻进是反井钻施工中的重点和难点，是反井施工中的重要环节，也较容易发生卡钻等事故，导孔钻进质量往往决定反井工程的成败。在本次竖井段反井钻孔工程施工中从以下几个方面控制导孔偏差：
（1）技术交底
工程技术部根据施工图纸及该反井施工技术方案对机台操作人员进行技术交底，施工前确保每个操作人员对施工条件、施工方法、施工重点难点有充分的了解与认识。
（2）基础施工
钻机基础强度、表面平整度直接影响到反井钻机的安装调试，影响施工中钻机的稳定，在导孔施工中是关键环节，施工洞室开挖、基础浇筑、沉淀水池前，现场技术人员须认真查看相关图纸，确认洞轴线，确保钻机开孔点与洞轴线一致。
（3）主机校准
在反井导孔施工中，主机的校准非常关键，具体的主机校准方法如下：首先用数显角度仪初步校准主机至90°，在主机减速箱上任意做一个微小标记点（标记点尽量接近减速箱中线），把减速箱落到最低位置，用全站仪精确读取标记点的坐标，并做好记录，再把减速箱升到最高位置，读取该标记点的坐标，从上下两个位置所读取的标记点坐标可得主机的导孔开孔角度（90°），偏差不超过1mm，多次复核校准，开孔3m深度再次用全站仪校核主机。
（4）偏差测量
反井钻机导孔施工中，钻孔偏差测量是必不可少的辅助手段之一，钻头进入岩石后，对其偏斜的方位无法进行有效监控，只能通过测斜仪进行孔偏差的测量，掌握其情况，确定偏差是否在允许可控范围，从而指导下一步钻进，具体偏差测量次数根据井深而定。采用cx-6c无线光纤陀螺测斜仪对导孔进行测斜，测斜过程不用拆出钻杆。
（5）合理选用导孔钻头
根据沂蒙电站的岩石情况，选用直径为A314mm的硬质合金导孔钻头，避免频繁更换导孔钻头对偏差造成一定的影响，预计该竖井需要更换导孔钻头1次，在200米深度左右更换。
5 结束语
通过沂蒙抽水蓄能电站380m深竖井开挖反井钻机施工技术成功运用，替代人工开挖导井的施工方法，解决了人工开挖导井进度慢、安全隐患多等诸多问题。在保证施工安全、进度、质量的前提下，反井钻机在竖井施工中的经济性、实用性和安全性取得最大化。
参考文献：
[1]陈志强,刘国平.深埋隧道竖井施工技术[J].建筑技术开发.2015(06)
作者简介：
段要龙，生于1989年8月，男，工程师，河南开封人，大学本科学历，主要从事建设项目施工管理研究。
龙学兵，生于1979年6月，男，高级工程师，重庆人，大学本科学历，主要从事建设项目施工管理研究。