反井鉆機(jī)在輸水工程溢流豎井施工中的應(yīng)用

沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

反井鉆機(jī)在輸水工程溢流豎井施工中的應(yīng)用

沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

根據(jù)工程4-8有壓隧洞溢流豎井的實(shí)際情況，結(jié)合反井鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)選取了反井鉆施工工法，保證了施工安全，降低了現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；從施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本等方面綜合分析。

隧洞工程；反井鉆機(jī)；溢流豎井

1 工程概況

遼寧某重點(diǎn)輸水工程的4-8隧洞全長3 192 m，施工樁號(hào)D194+168～D197+360，為有壓隧洞，圓型斷面，設(shè)計(jì)洞徑5.4 m，縱向坡比6.574 7‰，進(jìn)口底板高程96.77 m，出口底板高程118.0 m。其中隧洞進(jìn)口位于常河營鄉(xiāng)姜家店村南，與4-10管線連接，在4-8隧洞進(jìn)口D194+198位置處設(shè)有溢流豎井一座，與4-8隧洞進(jìn)口洞段連通為一體；豎井深度H=27.58 m，高程范圍EL99.67～127.25 m，開挖口徑D1=6.6 m，成型口徑D2=5.4 m。

2 地質(zhì)情況

隧洞進(jìn)口段地形為山體與河谷交界的前緣，山體多陡直，基巖直接裸露，坡腳為長皋河河床。平水期水深約0.5～1.0 m，河面寬5～8 m。進(jìn)口邊坡存在傾向河道方向的似層面。邊坡巖石由強(qiáng)風(fēng)化熔角礫凝灰?guī)r組成，坡面與似層面同向，坡角下陡上部略緩。另外，根據(jù)4-8隧洞進(jìn)口洞段開挖情況，D194+198處揭露巖性主要為弱風(fēng)化的熔角礫凝灰?guī)r，圍巖完整性差，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度較高，為中硬巖。

3 方案選擇

當(dāng)前4-8隧洞進(jìn)口洞段已襯砌完成，常規(guī)鉆爆法容易對臨近襯砌造成影響，需要使用反井鉆機(jī)進(jìn)行豎井鉆挖。反井鉆機(jī)成孔對臨近隧洞襯砌影響最小，可最大程度保證已澆筑成型質(zhì)量不受豎井施工影響。按照設(shè)計(jì)圖紙所示溢流豎井中心，采用反井鉆機(jī)通過導(dǎo)孔并一次反向擴(kuò)孔形成直徑3.5 m的溢流孔，采取內(nèi)徑φ=3 300 mm、壁厚δ= 26 mm的鋼管內(nèi)襯施工，以滿足工程運(yùn)行期間的非常溢流要求。

4 施工布置

溢流豎井施工道路采用沿4-10管線征地邊線上游側(cè)穿越長皋河（管涵橋）轉(zhuǎn)彎順?biāo)鞣较蛳掠雾樕絼菖榔轮烈缌髫Q井施工平臺(tái)EL 125.0 m。

反井鉆基礎(chǔ)采用C20混凝土澆筑，澆筑尺寸L×H×δ=10 m×2.4 m×0.8 m，基礎(chǔ)澆筑需滿足反井鉆機(jī)的安裝平整度要求。

溢流豎井石方明挖需采用爆破施工，為保證道路及平臺(tái)開口線開挖爆破作業(yè)安全及開挖邊坡的穩(wěn)定性，減少超欠挖，采用預(yù)裂光面爆破。主要爆破參數(shù)：預(yù)裂孔深3.5 m；孔距0.5 m；孔徑42 mm；鉆孔傾角53.1°～63.4°；藥卷直徑32 mm；不偶合系數(shù)1.3；單孔裝藥量0.7 kg。

5 反井鉆機(jī)施工工法

采用BMC 400型液壓反井鉆機(jī)從上而下形成φ270 mm的導(dǎo)孔，導(dǎo)孔施工過程中的排渣采用泥漿泵將高壓洗井液注入鉆桿內(nèi)，再從鉆頭的排水孔中壓出，將石渣從鉆桿與孔壁間的環(huán)形空間排至排渣槽。導(dǎo)孔貫通后在溢流豎井下方4-8隧洞將導(dǎo)孔鉆頭卸下并安裝φ3.5 m擴(kuò)孔鉆頭，由下向上反向擴(kuò)孔至直徑3.5 m的溢流孔，擴(kuò)孔時(shí)的石渣經(jīng)過冷卻水的沖刷和自重墜落至豎井下方4-8隧洞內(nèi)。采用高流態(tài)自密實(shí)將壁厚δ=26 mm、內(nèi)徑φ=3 300 mm的鋼管內(nèi)襯施工完成，溢流豎井內(nèi)徑D=3.3 m。反井鉆機(jī)施工流程見圖1。

圖1 反井鉆機(jī)施工流程圖

5.1.1 鉆進(jìn)準(zhǔn)備

1）鉆機(jī)基礎(chǔ)清理及澆筑，以鉆孔中心為中心，直徑在基礎(chǔ)上澆筑厚度為80 cm、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C20的基礎(chǔ)，在澆筑時(shí)預(yù)留機(jī)架固定的地腳螺栓，基礎(chǔ)在距離鉆頭中心70 cm內(nèi)嚴(yán)禁放置含金屬物體，以防止金屬物體損壞鉆頭滾刀。

2）在鉆機(jī)基礎(chǔ)砌筑一座長約3 m，寬2 m，深度1 m的沉渣池。

5.1.2 導(dǎo)孔鉆進(jìn)

鉆機(jī)基礎(chǔ)澆筑2～3 d后，將主機(jī)軌道鋪設(shè)在平臺(tái)上，軌距64 cm。然后將鉆機(jī)吊裝至軌道上，調(diào)整好鉆機(jī)位置，豎立鉆架，安裝后拉桿，調(diào)平鉆機(jī)。鉆機(jī)調(diào)平后，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設(shè)預(yù)埋螺栓，再次調(diào)平鉆機(jī)并澆筑二期。二期達(dá)到一定強(qiáng)度后，調(diào)平主機(jī)。接好鉆桿后，開啟泥漿泵供洗井液和冷卻水，開始鉆進(jìn)。導(dǎo)孔開始鉆進(jìn)時(shí)采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速，鉆壓為2～5 MPa。

導(dǎo)孔鉆進(jìn)排渣采用泥漿泵抽取沉渣池內(nèi)的水從動(dòng)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，最好排入沉淀池中。石渣水經(jīng)過沉淀后，再用泥漿泵抽入導(dǎo)孔內(nèi)，循環(huán)使用。

草兒是被羊兒的叫聲和牧兒的歌聲吸引，便去割豬草，觀察羊兒和牧兒。很快，草兒就被潔白的羊兒的叫聲，牧兒的歌聲和他那種已融入家鄉(xiāng)山水的悠然的生活所吸引了。她陶醉于這種生活了，她感到自己如一朵美麗的花兒，如果開在這潔白的羊群中間，開在這悠然生活的青山綠草間，那么這花兒將更加絢麗。想著，草兒醉了，草兒的臉也被羞紅了。

背壓根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，背壓過大動(dòng)力水龍頭不能向下推進(jìn)，背壓過小時(shí)動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)過快容易卡鉆，背壓的調(diào)整原則是既能使水龍頭向下推進(jìn)同時(shí)不能卡鉆。

動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時(shí)，停止向下推進(jìn)，檢查棘輪套的插銷是否向上頂出，如果插銷被頂出，說明孔內(nèi)石渣沒有沖洗干凈，繼續(xù)沖洗至插銷回到原位。

導(dǎo)孔石渣沖洗干凈后，關(guān)閉泥漿泵，連接鉆桿，鉆桿連接完成后開啟泥漿泵，繼續(xù)向下鉆進(jìn)。

穩(wěn)定鉆桿布置，其作用主要是控制導(dǎo)孔的偏斜，開始鉆進(jìn)時(shí)放置一根，一般情況下穩(wěn)定鉆桿的配置采取鉆頭后連續(xù)裝6～8根穩(wěn)定鉆桿，以后間隔一定距離放置一根。后面的穩(wěn)定鉆桿放置需根據(jù)地層情況和鉆孔角度確定。

導(dǎo)孔在鉆進(jìn)3～5 m時(shí)，在鉆孔周邊布設(shè)圍欄，禁止人員進(jìn)入，防止石塊墜落傷人。

導(dǎo)孔施工是整個(gè)豎井施工的關(guān)鍵，孔斜的大小直接影響著后續(xù)施工的難度及施工質(zhì)量，因此施工中必須嚴(yán)格控制孔斜，每鉆10 m做孔斜檢測，及時(shí)進(jìn)行糾偏，以利于后續(xù)施工。

5.1.3 反向擴(kuò)孔

導(dǎo)孔自上而下貫通后，在下方平洞拆除導(dǎo)孔鉆頭并替換成φ3.5 m擴(kuò)孔鉆頭。采用裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至溢流豎井下方，將上下提吊塊分別同鉆頭、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，使鉆頭離開地面約20 cm，然后固定鉆頭，下方導(dǎo)孔鉆桿，拆掉上下提升塊，連接擴(kuò)孔鉆頭。

調(diào)節(jié)動(dòng)力水龍頭出軸轉(zhuǎn)速，快速擋調(diào)至慢速檔。將油泵冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水出口接至導(dǎo)孔口，以冷卻擴(kuò)孔鉆頭并消塵。在擴(kuò)孔鉆頭未全部進(jìn)入巖層時(shí)，為防止鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞刀具，使用低鉆壓、低鉆速，待鉆頭全部鉆進(jìn)后再加壓鉆進(jìn)。

擴(kuò)孔鉆壓的大小根據(jù)地層巖石的具體情況而定，軟巖低壓、硬巖高壓，但是主泵油壓不得超過24 MPa；副泵油壓不得超過18.5 MPa。

拆卸鉆桿時(shí)，第二根鉆桿上方卡位升至卡座上方約20 cm，將下卡瓦卡住第二根鉆桿的上卡位，下降動(dòng)力水龍頭使下卡進(jìn)入卡座內(nèi)，反轉(zhuǎn)動(dòng)力水龍頭一圈，升起翻轉(zhuǎn)架并將機(jī)械手抱住鉆桿，動(dòng)力水龍頭反轉(zhuǎn)并提升約10 cm，取出上卡瓦，再將動(dòng)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(shí)下降動(dòng)力水龍頭連接鉆桿，取出下卡瓦，繼續(xù)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。在卸鉆桿的過程中，鉆桿接頭無法松動(dòng)時(shí)，使用輔助卸扣輔助動(dòng)力水龍頭反轉(zhuǎn)。

擴(kuò)孔過程中，由于采用水冷卻擴(kuò)孔鉆頭及消塵、沖渣，每小時(shí)耗水量約9～12 m3，施工廢棄水進(jìn)入下部4～8隧洞內(nèi)，在反向擴(kuò)挖時(shí)將施工廢棄水通過系統(tǒng)引排至洞外。

5.2 洞內(nèi)出渣

考慮目前4～8隧洞進(jìn)口除D194+193～D194+ 205段（溢流豎井施工預(yù)留洞段）及D194+264～D194+276段（進(jìn)口臨時(shí)支洞與主洞交叉口）暫未襯砌外，其余段落均已襯砌完成，受洞內(nèi)空間及交通限制，自卸汽車洞內(nèi)行駛困難，反井鉆機(jī)開挖渣料需采用裝載機(jī)逐鏟倒退出渣至支洞口附近場地，再采用自卸汽車二次集中倒運(yùn)至棄渣場。

5.3 特殊情況處理

導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中無循環(huán)水返回時(shí)可停鉆注水，如注入一定水量后循環(huán)正常，說明溶洞或裂隙與外界無水力聯(lián)系或聯(lián)系不大，此時(shí)可繼續(xù)鉆進(jìn)。如果循環(huán)水流失過多，而鉆進(jìn)扭矩又大，說明巖渣向孔底堆積，立即停止鉆進(jìn)，拆除鉆桿進(jìn)行導(dǎo)孔內(nèi)灌漿：灌漿砂漿配比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶1.4（重量比），人工現(xiàn)場拌制，人工鏟送至導(dǎo)孔內(nèi)，砂漿灌注高度高于溶洞或裂隙位置3～5 m。在砂漿灌注24 h即可繼續(xù)鉆進(jìn)。

6 結(jié)語

根據(jù)工程4～8有壓隧洞溢流豎井的實(shí)際情況，結(jié)合反井鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)選取了反井鉆施工工法，這次施工充分體現(xiàn)出了反井鉆機(jī)適應(yīng)性高、功效快等優(yōu)點(diǎn)，既保證了施工安全，又大幅提高施工功效。

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2016-06-01