反井钻机在溪洛渡水电站闸室竖井开挖中的应用

反井钻机在溪洛渡水电站闸室竖井开挖中的应用 反井钻机在溪洛渡水电站闸室竖井开挖中的应用 摘 要:反井钻机在20世纪五十到六十年代出现在美国和德国采矿 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 领域。近年来，随着反井钻机技术的不断完善与发展，开始在应用于水利水电工程竖井、斜井的施工。反井钻机施工具有安全、快速、高质量等优势，在溪洛渡水电站右岸导流洞闸室竖井开挖过程中，成功地应用反井钻机完成了闸室竖井溜渣导井的开挖，大大降低了竖井开挖难度，并确保了安全与进度。 关键词:反井钻机;溪洛渡水电站;竖井开挖 1 工程概述 1.1 建筑物概况 溪洛渡水电站施工期坝址两岸各布置了3条导流洞，右岸为4#~6#导流洞。导流洞平面上呈弯道布置，洞身断面为城门洞型，衬砌后净断面尺寸均为18×20m。在4,导流洞桩号0+168m,0+248处及5#导流洞在桩号0+233.886m,0+313.866处设置竖井闸室，闸室由下闸室(导流洞洞身扩挖形成)、启闭机室及闸室竖井组成，启闭机室位于下闸室正上方，两者之间通过闸室竖井连接。闸门竖井开挖断面为矩形，断面尺寸为 14.5m×34m，开挖高差43m。 1.2 围岩主要地质状况 右岸导流洞布置于金沙江右岸山体内，高程约在364m(400m之间，洞身所在岩层主要为p2β4( p2β6层致密状玄武岩、斑状玄武岩及角砾(集块)熔岩，岩石岩性坚硬，单轴抗压强度大于100mpa， 属坚硬~极坚硬岩类。导流洞沿线岩体新鲜完整，嵌合紧密，岩体多呈块状(次块状结构，地应力量值中等，岩体透水性总体较弱，围岩稳定性较好，以?类围岩为主，层间、层内错动带发育段局部围岩稳定性较差，为?1类。 1.3 工期要求 闸室竖井开挖安排在启闭机室及下闸室上层开挖完成后进行，并要求在导流洞洞身中层开挖至下闸室断前完成，工期较紧张。 2 施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的研究 右岸导流洞竖井开挖，高度43m，断面尺寸达14.5×34m，如此大断面的竖井，必须采用先打通溜渣导井再分多次扩挖成型的方案，施工的关键点是溜渣导井的开挖，有如下方案可供选择: (1)导井人工开挖。由于竖井深度仅50m，可在上部启闭机室设置起吊系统，人工进行导井正井法钻爆开挖，同时，在下闸室顶部人工由下往上进行反向垫渣钻爆开挖，上下两方向贯通后，导井开挖完成。该施工方法优点是易于组织，设备投入最少。缺点是方法原始，特别是正向开挖，钻爆掏槽效果差，每循环进尺不足1m，且出渣为人工作业，劳动强度大，效率低下;反向垫渣开挖作业环境差，造成导流洞闸室段交通中断，且安全保障性小。 (2)人工吊兰法反向钻爆开挖。首先在启闭机室架设地质钻机，沿竖井中心线造孔贯穿至下闸室，在启闭机室设置起吊设备，沿已造中心孔放下钢丝绳挂吊兰，人工以吊兰为操作平台进行反向钻爆 作业。该方法同样存在易于组织，设备投入少等优点，效率较正井法高，缺点是上下联系协调不便，人员作业环境差，安全保障性小，且钻爆开挖溜渣井平整度差，扩挖过程中溜渣易出堵塞事故。 (3)爬罐法反向开挖。我集团公司采用爬罐施工竖井与斜井技术已相当成熟，在三峡地下右岸电站排沙斜洞等工程均成功采用爬罐施工。但是，溪洛渡导流洞下闸室跨度大，爬罐工作平台扩挖安装困难，费时费力，且爬罐施工同样存在效率不高，井壁平整度差，作业环境差等缺点。 (4)反井钻机开挖。采用lm-200反井钻机，在启闭机室安装完成后，沿竖井中心线造一φ216mm先导孔贯通下闸室，再在下闸室安装反井钻机反扩钻头，由下至上反向扩孔施工，完成φ1.4m溜渣导井扩挖。反井钻机施工技术先进，速度快，安全性高，扩孔后井壁光滑，便于溜渣，且无爆破作业对围岩的扰动。 在此之前，我集团公司先后在拉西瓦低下厂房工程，冶勒水电站、柳红电站等工地，成功应用了反井钻机进行竖井、斜井掘进，特别是柳红电站成功实现了反井钻机与爬罐双向掘进256m长压力管道斜井的成功对接，在水电工程斜井施工中尚属罕见。鉴于我集团公司反井钻机施工技术已相当娴熟，闸室启闭机室场地开阔，反井钻机安装方便，且使用反井钻机掘进明显优于前三个方案，故采用了反井钻机开挖方案。 3 反井钻机的工作原理 它是将隧道掘进机和钻井法凿井机结合形成的井筒施工设备，反井钻机由机身、转盘吊及翻转架、电动液压系统及操作台几大部分组成，钻进过程中，可利用转盘吊与机械手实现自动接钻杆，钻杆的装卸灵活、准确、操纵机械化。正向先导孔钻孔采用在钻杆上安装φ216mm钻头直接钻进，先导孔贯穿后，将钻杆降至导流洞下闸室上层底板上，卸下φ216mm钻头，安装反向扩孔钻头，再反向提升进行扩孔施工。反向扩孔是tbm机械法破岩掘进技术的应用:采用大扭矩液压马达驱动动力水龙头，后者将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转;破岩采用镶齿盘形滚刀，滚刀在钻压的作用下沿井底滚动，对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，使其破碎。 钻先导孔时岩屑由洗井液沿钻杆与孔壁间的环行空间提升到上部，流入位于启闭机室底板上的循环水池;扩孔时岩屑靠自重落到下闸室底板。 4 施工情况简介 首先根据基础施工图纸及导流洞闸室启闭机室现场实际情况，在启闭机室底板上先采用浅孔爆破出钻机基础坑及循环水池，并进行了钻机基础砼浇注及地脚螺栓埋设。在基础砼强度达到70,左右后，以启闭机室顶拱预先设置的吊点锚杆及手拉葫芦作为起吊安装手段，完成反井钻机安装，钻机安装就位后，紧接进行操作台，电动液压系统的安装及钻杆输送轨道的铺设，从基础开挖到钻机就位安装调试完成，整个过程在10天完成，效率较高。 由于下闸室开挖过程中，顶拱已支护，为了防止已施工锚杆损坏钻头，对下闸室顶拱中心部位采用反向掏槽法进行了钻爆作业，炸除了溜渣竖井周围锚杆。在先导孔开孔、钻进50cm、钻进100cm，对孔向进行测量校核，确保钻向垂直，以免先导孔孔向发生偏移，在扩孔过程中钻杆偏心受力，发生断杆事故。先导孔钻孔在坚硬新鲜的玄武岩中进行，若钻进速度过快，钻头磨损将较严重，且孔底残留岩屑易使钻进方向发生偏移，因此，为确保成孔质量，降低成本在先导孔钻进过程中，匀速徐徐钻进，并加强高压水洗孔，先导孔造孔平均钻进效率达到为10m/d，而在其他工地变质砂岩中造孔，曾达到40m/d的高效率钻孔进度。先导孔造孔贯穿下闸室后，继续延伸钻杆下至下闸室底板，安装扩孔钻头，提升钻头至下闸室顶拱，开始φ1.4m导井的反向扩孔施工，反向扩孔主要靠镶齿盘形滚刀在钻压的作用下沿井底滚动，对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，由于围岩为硬质玄武岩，反向钻进速度平均达到5m/d。在其他工地变质砂岩中反向扩孔，曾达到15m/d的高效率进度。 虽然反井钻机在新鲜坚硬的玄武岩中施工，掘进效率受到一定的限制，但是掘进速度仍明显高于采用爬罐开挖导井(日均进度1.5,2.4m),更远远高于人工土法钻爆开挖，φ1.4m溜渣导井形成后，井壁光滑，溜渣效果相当好，为闸室竖井二次扩挖创造了良好的临空面及溜渣竖井。 5 结语 随着我国能源开发需要，金沙江流域相继梯级开发的水电工程中将有大量的地下工程，反井钻机将更加广泛应用到地下洞室工程竖井、斜井的掘进施工中。反井钻机在溪洛渡水电站导流洞闸室竖井开挖的成功应用，化解了施工难度，确保了施工进度，并突破了lm-200反井钻机在抗压强度大于100mpa的极坚硬玄武岩中掘进的技术难关，为后期在溪洛渡采用反井钻机施工竖井与斜井提供了施工参考数据，为反井钻机在溪洛渡地下工程建设中发挥更大作用奠定了基础。 作者简介: 蒋应洪(1981年4月)，汉族。主要从事开发建设项目水土保持监测，助理工程师。