反井钻机在关州电站压力管道工程中的应用 3页

2014年第9期东北水利水电工程施工[文章编号】1Oo2—0624(2O14)O9一OO17一o2反井钻机在关州电站压力管道工程中的应用谢延存(葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西西安710075)[摘要】反井钻机施工导井具有安全性好，工作性能高，导井开挖质量好等优点，近年来越来越多的用于水利水电工程施工中。文中以关州电站压力管道斜井开挖为例。介绍了在岩层为二云片岩的斜井开挖中利用反井钻机开挖导井的施工工艺及取得的效果。[关键词】反井钻机；压力管道；二云片岩；关州电站[中图分类号】Tv732+．4[文献标识码]A1工程概况象，通过不良地质带能力也要强很多。关州电站位于四川省甘孜州丹巴县境内的小金河干2反井钻机施工简述流上，电站为低闸坝引水式电站，压力管道由上平段、上斜反井钻机是连续钻进导井的机械设备，它是以正向钻井段(含上、下弯段)、中平段、下斜井段(含上、下弯段)和出导孔后反向扩挖形成导井，这是它区别于其他类型钻机下平段组成，主管总长429．84m，其中上平段长25m，上最本质的工作原理。反井钻机主要包括两大部分：井外部斜井段长139．31m(其中直线段长102m)，中平段长30分主要有主机、操作控制台、洗井循环系统、冷却系统和电m，下斜井段长159．59m(其中直线段长122m)，下平段长控系统；井内部分有钻杆、稳定钻杆、导孔钻头、扩孔钻头、75．94m。上平段中心线高程为2074．93m，中平段中心线破岩滚刀等。根据关州电站压力管道斜井工程的施工要求高程1968．93m，下平段中心线高程为1845．37m，上、下和反井钻机的性能参数，实际施工中选用LM一200型反井斜井倾角均为60~。关州电站压力管道纵断面布置见图1。钻机，该机可施工200m深、直径216nlnl导孔和直径1．4m的导井。施工时首先从斜井上部向下钻一直径为216r啪导向孔，和斜井下部平洞贯通后，拆掉导孔钻头，接上扩孔钻头，沿导向孔反向钻孔形成导井。3反井钻机施工工艺3．1施工程序反井钻机主要施工程序为：前期施工准备(场地平整、泥浆池和钻机基础开挖、基础混凝土浇筑、接通水电等)一反井钻机安装、校正(设备运输到安装部位、安装、调试、浇筑二期混凝土、养护等)一直径216mm导向孔施工一拆除导孔钻头接扩孔钻头一直径1．4m反向导井施工一反井钻机拆除退场。图1压力冒道纵断面布置图3．2前期施工准备关州电站压力管道围岩属二云片岩，岩性较软，岩层3．2．1基础混凝土浇筑及泥浆池施工强度较低，整体稳定性较差。为确保斜井开挖安全，同时加1)基础混凝土浇筑。反井钻机安装前，首先以井简为快施工进度。决定将原方案中传统的利用钻爆法开挖导井中心浇筑70cm厚C25混凝土基础(同时在钻机前部和撑的工艺优化为利用反井钻机法开挖导井。反井钻机法与钻杆部位预留预留地脚螺栓孔)，以保证反井钻机在钻进过爆法相比，扩孔时对岩体扰动很小，一般不会产生塌孔现程中有足够的稳定性，在钻进安装就位并进行校正后浇筑·】7·\n工程施工东北水利水电2014年第9期二期混凝土。钻进。同时在下部平洞要派设专职人员观察，将现场实际2)泥浆池施工。在钻机基础周围适当位置，开挖浇筑钻进情况及存在的问题及时通知上部钻机操作人员，等钻一个5～6的池子，用于导向孔钻进排渣及循环供浆头全部均匀接触岩石后才能正常扩挖钻进。在钻进过程(水)。地质条件较差地段采用泥浆泵供泥浆排渣；地质条中，根据岩层强度情况适时调整钻压，当岩层强度较大时件较好地段采用泥浆泵供水排渣。．可适当增加钻压，反正可减少钻压。3．2．2钻机安装就位及角度调节在钻进过程中，当钻头钻至距基础面2IT1时，要降反井钻机安装在平段与斜井相交部位，主机起钻孔口低钻压慢速钻进，直至钻头露出地面，同时要认真观察基与斜井中心线延长线吻合，首先按照钻孔中心点十字记号础周围情况，如有异常现象，要及时采取合理的处理措施。线方向放置斜井装置底板，然后将主机对好位拧紧连接乱4导井扩挖施工栓，使主机和底板成为一体，再装上后支撑拉杆稳定钻机。导井钻通后，自上而下采用分层、分台阶钻爆法将斜考虑关州电站压力管道岩层主要为二云片岩，岩性较井导井扩挖至设计开挖断面，爆破石料通过导井溜至下部软，而上、下斜井直线段长度分别有102m和122m，反井平洞后用出渣设备运至渣场。在钻爆前通过爆破试验确定钻机在钻进时随着钻孔深度加深，钻杆及钻头在重力作用合理的爆破参数，使爆破后石料能顺利通过导井溜渣井，下容易逐渐下垂，造成孔斜偏差，为确保钻孔质量，经现场以防止导井堵塞。在钻爆过程中需对导井进口用钢筋网封反复研究试验，确定钻杆与水平夹角定为59~，即向上抬高盖，以确保人员安全，同时严格按照“新奥法”原理施工，对1o，以克服重力对钻孔孔斜的影响。扩挖后的岩层根据围岩级别及时进行相应等级的支护，确钻杆角度确定后锁紧螺母，然后用电焊将钻机与斜井保洞室稳定。装置底板的铰结点焊接，防止在施工过程中钻机发生移动，确保导孔施工精度。5施工效果及经验3．3导向孔施工1)为使反井钻机安装及操作具有足够空间，同时便于反井钻机安装及调试正常后，从上至下钻直径为216导井扩挖渣料运输，在施工前须将斜井上下部弯管段进行mm导孔，反井钻机施工的关键在于导孔的钻孔质量，钻进扩挖，扩挖部位见图2。参数选择主要依据岩层条件、钻进部位等多方面因素确定。上弯段扩挖部分反扩钻头3．3．1开孔钻进开孔钻进时，利用开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并启动泥浆泵供水(供浆)一般情况下，开孔钻压控制在50kN左右，转速为10~20r／min，钻速为0．3~o．6m／h，开孔深度3~5m，开孔后，将开孔钻杆提出，清洗后擦油保存。3．3．2正常钻进’导孔正常钻进转速应高于开孔钻进转速，一般情况下，对于松软地层和过度地层采用低钻压；对于硬岩和稳图2斜井上下弯段扩挖示薏图定地层宜采用高钻压，在离钻透下部平洞4m左右时，应2)该工程按先下斜井后上斜井的施工顺序施工，其中逐渐降低钻压。一根钻杆完成后，必须等孔内岩屑全部排下斜井于2oi1年8月2o日开始导向孔施工，8月27日完出后才能停泵接卸钻杆。成导向孔施工，9月8日完成导井反向扩挖施工；上斜井于3．4直径1．4m导井施工2011年9月3O目开始导向孔施工，10月6日完成导向孔导向孔钻透后，将钻机钻头拆卸工具运至下部平洞，施工，10月14日完成导并反向扩挖施工，导井综合日开挖首先将扩孔钻头放到斜井下部与平洞交汇处，然后放下钻进度达7m／d，与传统的钻爆法开挖导井相比，施工进度大杆，拆除导孔钻头后安装扩孔钻头。当扩孔钻头接好后，慢为提高；且利用反井钻机施工导井时，由于人员不需要直速上提钻杆和钻头，直到滚刀开始接触岩石然后停止上接进入工作面，施工安全有保障；另外由于反并钻机采用提。由于钻头质量较重，在提升过程中不受约束，摆动很液压传动控制，操作简单，操作人员劳动强度低。大，容易造成钻杆断裂，因此在提升时采用小油泵，根据钻3)反井钻机导孔的施工质量直接关系到导井施工的杆及钻头重量设定合适的油泵压力，控制上提速度，同时成败，导孔偏斜也就意味着扩孔后整个导井的偏斜，孔斜率人工对钻头采取必要的稳固措施，确保在钻头提升过程中与斜井长度、倾角、岩层软硬等有关系，在倾角较小、斜井长不造成钻杆断裂。度较长、岩层较软的斜井施工中孔斜更大。工程中压力管道在滚刀上提接触岩石后，开始用较低转速旋转，慢速两条斜井倾角均为60~，斜井长度均超过100m，围岩主要·18·(下转第52页)\n水利科研东北水利水电2014年第9期长越可能发生；此次试验在屏浆阶段就发生过几时间达12h以上；次铸钻事故。此外，与采用DL5148—2001规范相3)zⅡ一72一a号孔和ZⅡ一74一b号孔在灌浆比，屏浆时间过长使灌浆效率明显降低。水利工程中遇溶洞灌注砂浆待凝次数多，其中72一a号孔第与水电工程本身并没有根本区别，有区别的是作7段待凝次数多达12次，每次待凝时间8h。用水头大小；因此，笔者认为该工程采用DL5148-以上情况说明待凝及限流、限量灌注是影响2001规范中的帷幕灌浆结束标准更为合理。工效的主要原因。该工程帷幕灌浆量多达23．5万5．4铸钻事故的预防m，为了提高帷幕灌浆施工工效，降低施工成本，确帷幕灌浆若采用孔口封闭法和纯水泥浆液灌保工程按期完工，适当放宽限流流量及缩短待凝浆，在灌浆压力较大的情况下铸钻现象频繁发生；时间很有必要。采用可旋转式封闭器灌浆稍好一些，但也不能完6结语全避免。此次试验采用的浆液为水泥粉煤灰混合1)对于该工程T1Yn2泥岩地层，按设计拟定浆液，室内试验成果显示，其初、终凝时间分别达的施工参数及孔口封闭灌浆法进行帷幕灌浆施工到相应水灰比纯水泥浆液的2．5~3．0倍；但采用人达到了设计要求的防渗标准。此次灌浆试验总体工方法活动射浆管时仍出现了多次铸钻现场。以上是成功的，灌浆布置和灌浆工艺基本可行：但为上情况说明，在高压力作用下浆液的凝结时间很了保证灌浆质量及施工顺利，宜使用可旋转式孔短，主要是因为浆液在高压力作用下迅速失水及口封闭器。长时间灌浆造成浆液温度升高所致。改用可旋转2)此次试验先灌排Ⅱ序孔灌前压水试验的平式孔口封闭器后虽然也出现2次铸钻现象，但铸均透水率已小于设计标准0．03L／(min·m·m)，检钻次数明显减少，因此采用水泥粉煤灰浆液灌浆查孔压水试验透水率小于O．01L／(min·m·m)的时，仍需要采取可旋转式封闭器等措施预防铸钻。孔段占85％；因此可认为在一定埋深条件下该工5．5施工工效程T1Yn2泥岩地层总体上较为完整，所夹灰岩溶此次试验共投入钻机4台，灌浆设备2套，完蚀发育程度不高，帷幕灌浆孔的布置和灌浆工艺成钻孔1001．20m，灌浆878．0m，施工总历时75参数还有优化的余地；为节约成本、降低造价及提d(包括检查孔施工时间)，纯施工时间为55d；平高工效，有必要对设计方案与技术要求进行调整。均钻孔工效4．55m／(台·d)，灌浆工效为8m／3)对于溶洞等部位的大吸浆量孔段，采取灌(泵·台·d)；施工工效非常低，分析其原因主要是：注砂浆等措施既降低了施工成本，又加快了施工1)下层廊道未衬砌导致漏浆次数较多，灌浆单进度，也有利于灌浆质量，经济技术效益显著，值耗较大时待凝次数多，每次待凝时间过长达8h；得推广应用。2)当灌浆注入率较大时限流灌浆，限流量在15L／niln左右，导致灌浆时间过长，单段最长灌浆【收稿日期12014—05-30(上接第18页)为二云片岩，考虑岩性较软，施工时采取了起钻角度在设计导井的实践说明，在岩性较软的二云片岩斜井中利用反井角度基础上下调1o(即为59o)的技术措施，施工完成后经钻机开挖导井也是较为有效的方法，施工速度较快，具有现场实际测量，下斜井底部出口点与轴线点偏移约1．2m，具有安全性好，工作性能高，导井开挖质量好等优点，值得上斜井偏移约1．05m，孔斜率均在施工可允许范围内。在同类工程中推广应用。6结语反井钻机一般应用于岩性较硬的导井施工中，通过在关州水电站压力管道斜井施工中成功利用反井钻机开挖【收稿日期】2013—10—23·52·