反井钻机在Ⅳ、Ⅴ类围岩中的成井技术

夏维学，杨晓东，师建军

(1.中国水利水电第七工程局有限公司一分局，四川彭山 620860;2.四川华电木里河水电开发有限公司，四川成都 610021;3.中国水利水电建设工程咨询西北公司，陕西西安 710075)

1 工程概述

立洲水电站厂房位于四川省凉山彝族自治洲木里藏族自治县后所乡呷咕村龚家沟上游侧，电站采用混合式开发，枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄洪系统、右岸地下长引水隧洞及右岸龚家沟地面厂房组成。厂房主机间安装3台水轮发电机组，单机容量为115MW，坝后安装有1台生态机组，单机容量为10MW，电站总装机容量为355MW。工程等别为二等，工程规模为大(2)型工程，主要建筑物为2级建筑物。

调压井深145.95m，锁口段开挖直径为26.8 m，锁口完后直径24.4m，锁口段深度为35m。井身开挖直径24.4m。

2 调压井地质情况

调压井地质条件具有复杂性和岩性极差的特点，岩层陡倾，层间结合力差，裂隙极发育，透水率大，主要以Ⅴ类和Ⅳ类围岩为主。井口30m范围为土夹石，井深100m以上为Ⅴ类碳质板岩，井深100m以下以Ⅳ类碳质板岩为主。

3 导井竖向预固结灌浆

针对调压井出露的地质情况，制定了在导井35m范围内首先进行竖向预固结灌浆的施工方案。预固结灌浆范围以调压井中心为圆心、1.4m为直径。考虑到压力灌浆的浆液扩散，采用以中心为灌浆孔，在1.4m直径圆周上布置了两个回浆孔，灌浆分段进行，根据现场施工情况，将灌浆分段为5～10m，以钻机每段成孔深度为准，灌浆孔深度与回浆孔深度保持基本一致，灌浆压力为0.3～0.5MPa，每段灌浆结束标准为两回浆孔返浆浓度与进浆浓度一致为准。由于造孔工程量小，故采用现场潜孔钻造孔，边坡锚索注浆系统进行注浆。由于受潜孔钻机竖向造孔能力的限制，竖向预固结灌浆完成了30m。

4 反井钻机施工

4.1 反井钻机施工工艺

反井钻机是连续钻进导井的施工设备，其施工工艺是将反井钻机安装在上部已浇筑好的混凝土基础上，由上向下钻进小直径导向孔，待导孔和下部隧洞贯通后，拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔。导孔钻进时破碎下来的岩屑由循环液带出地面，扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落到下部隧洞，由装载机或其它装载设备运出。

4.2 反井钻机的选择

反井钻机的选择主要根据本次钻孔深度、钻孔直径(φ1.4m)和岩石以及有关水文地质条件、国内现有设备和以往的施工经验进行。根据本工程实际情况最终选择了LM－200型反井钻机。

4.3 导孔施工

开孔钻进、钻机调平后，将水龙头的转速调为预定值，并将动力水龙头升到最高位置，把事先与异型相接的导孔钻头移入钻架底孔并用卡瓦卡住异型钻杆的下方，然后将卡瓦放入卡座。用钻机辅助设备连接钻杆，接好钻杆后，开启泥浆泵供洗井液和冷却用水，开始钻孔钻进。

稳定钻杆的布置，稳定的作用主要是控制导孔的偏斜率。开始钻进时放置一根稳定钻杆，一般情况下稳定钻杆的布置采取在钻头后连续放置6～8根稳定钻杆，以后间隔一定距离放置一根，后续稳定钻杆放置需根据地质和钻孔角度确定。

导孔钻进产生的排渣用泥浆泵抽取沉淀池内的水从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽，最后排入沉渣池。动力水压的掌控是特殊地质条件下成孔的关键技术之一，动力水压控制过小，将导致钻孔石渣排不到孔口，导致石渣抱死钻杆，造成卡钻;动力水压控制过大，将导致正向导孔孔壁在动力水压状态下塌孔，造成钻孔偏斜或塌孔石渣抱死钻杆，造成卡钻。因此，钻孔过程中动力水压必须根据现场实际施工情况动态调整。

4.4 特殊地质段的导孔施工

根据调压井地质条件，除井口土夹石段采用预固结灌浆处理成功成孔外，进入基岩后，出现了多段碳质板岩裂隙发育段，采用泥浆不能达到固壁返浆，钻进无法进行。通过试验，最终采用孔内循环固结灌浆。

4.5 反向扩井施工

φ216导孔贯通后，拆除导孔φ216钻头并替换成φ1.4m扩孔钻头，用自卸汽车或装载机将钻头运至引水隧洞，将上下吊块分别同钻头、导孔钻杆固定，上下吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，连接扩孔钻头。

调节动力水龙头转速，将快速挡调为慢速挡。将油泵冷却系统的循环水出口接至导孔口，以冷却φ1.4m扩孔钻头、消尘。在扩孔钻头未全部进入岩层级时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，使用低压、低钻速，待钻头全部钻进后加压钻进。扩孔钻压的大小根据地层的具体情况确定，软岩低压、硬岩高压，但是主泵油压不得超过24MPa;副油泵油压不得超过18.5MPa。

5 结语

立洲水电站项目在调压井复杂地质情况下反井钻机成井运用预固结灌浆及反复固壁固结灌浆技术，历时81d成功成井，施工过程中成功克服了正向钻井中遇到的塌孔、卡钻、不返渣等技术难题，成井偏差不到1m，φ1400导井成井后井壁基本稳定，未出现坍塌。在我国水电工程中此类复杂地质情况的调压井施工很多，希望该成井技术的成功运用能为以后类似工程提供一定参考。