反井钻机在哈萨克斯坦玛依纳水电站的应用

李艳红，李 雷，王国辉

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 工程概况

玛依纳水电站位于哈萨克斯坦共和国东南部阿拉木图州莱姆别克区的恰伦河上游，电站距阿拉木图市约260 km，安装2台150 MW冲击式机组，总装机容量300 MW。玛依纳水电站工程组成：水电站进出口及闸门井、引水隧洞、调压井、压力管道、发电厂房以及变电站等。

受地形条件的限制，调压井位于引水系统中部（引水隧洞末端）条形山脊，为露天水室式调压井，由竖井和上室（梯形露天水池）构成。竖井深175 m，上室顶高程1790 m，底高程1780 m，竖井底板高程1605 m。上室开挖直径为24 m，开挖高程为1790～1779 m；竖井开挖内径7.3 m，安全支护厚度为5 cm，衬砌成型内径6.0 m，开挖高程为 1779～1605 m。

2 工程地质条件

调压井附近条形山梁场地相对开阔，具备布置开敞式调压井的地形地质条件，场地基岩裸露，调压井均位于石炭系下统肯特敏组层凝灰岩、斑岩、玢岩、凝灰角砾岩中。以地表井口为0+000 m，向下至0+132 m井筒处于弱风化、弱～强卸荷带内，侧向埋深较浅，岩体破碎～较破碎，围岩II～I类为主，成井条件差；0+132 m至竖井底部岩石微风化～新鲜，岩体较破碎～完整性差，局部稳定性差，围岩以I～II类为主。

3 反井钻机选型

经过多方案比较论证，采用LM200型反井钻机开挖调压井反导井，主要参数见表1。

表1 LM200型反井钻机主要技术参数

4 反井钻机作业程序

基础开挖→基础浇筑 (含循环水池)→反井钻机进场安装(包括高压洗井泵)→测量定位→φ216 mm先导孔施工→钻头在预定深度出露(若未出露扩挖找钻头)→扩孔钻头安装→扩孔钻头提升→φ1400 mm扩孔施工→扩孔钻头拆卸→反井钻机撤除。反井钻机工艺见图1。

4.1 反井钻机的安装基础

基础采用C20混凝土分二期浇筑而成，一期形成基础并预留反井钻机地脚螺栓坑，待机体安装到位并进行初校后，回填二期混凝土，以确保反井钻机与基础牢固衔接，不发生移位。

图1 反井钻机工艺

4.2 φ216 mm 先导孔施工

开导孔时，开孔钻杆与导孔钻头相接，用扶正器约束，以保证开孔垂直度。开孔一般4～8 m，开孔结束后，取下扶正器开孔结束，便拆下开孔钻杆，接上稳定钻杆和普通钻杆，转入导孔钻进。

导空钻进过程中，随着钻进逐节接长钻杆，并自钻杆中心向孔内压入冲洗液，携带破碎的岩渣通过钻杆与导向孔间的环形空间从井口排出，导孔钻透后，要等到钻机转动平稳、扭矩变化不大时才能停钻。

对冲洗液系统的要求：冲洗液池容积不小于8 m3；冲洗液泵泵压不小于3.5 MPa，流量不小于50 m3/h。

导孔阶段，钻进每根钻杆钻进时至少观测3次，根据反渣情况进行参数调整和观测频率的调整。较完整的地层钻进时速度调整为较高，一般1～1.8 m/h；较破碎的不稳定地层钻速控制为0.3～1.0 m/h。

先导孔施工实际共钻进了174 m，最大单日进尺24 m，平均12 m/d（处理反井钻机故障时除外）。

4.3 φ1400 mm 扩孔施工

在下部隧洞拆掉导孔钻头，连接好扩孔钻头，开始自下而上的扩孔钻进工序。扩大后的井筒直径为1.4 m。扩孔钻进时破碎下来的岩屑靠自重落到下水平，由装载机或其它装载设备运出。

对冷却系统的要求：水源：清洁水，水量不小于7.2 m3/h；冷却水池容积不小于2 m3；冷却水泵泵压不大于0.8 MPa，流量小于7.2 m3/h。

钻机扩孔工作时，依靠自重坠落到下水平巷道的岩渣最多为2.5 m3/h，流向下水平巷道的冷却水流量最多为15 m3/h。

扩孔阶段，钻进较完整的中硬岩及软岩地层时速度调整为较高，一般0.5～2 m/h；钻进较破碎的不稳定地层或硬度较高地层时钻速控制为0.2～0.5 m/h。

扩孔钻压的大小是根据地层的具体情况而定的，一般可用150～200 kN。

扩孔施工时，必须采用慢进尺，控制在10 cm/h，以防钻头偏心受力过大而扭断钻杆。

扩孔钻进时，应严格控制主轴输出扭矩，以主泵压力瞬时最高值不高于15 MPa为限。过高的扭矩可能造成钻具的损坏，引发事故。

扩孔施工实际共钻进了174 m，最大单日进尺8 m，平均5.5 m/d（因反井钻机故障除外）。

4.4 工程质量验收标准

导孔偏斜率不大于1.0%（即绝对偏差值：透孔中心点相对于导孔开孔中心点偏差距离不大于导孔深度的1.0%。

5 结语

使用反井法施工较深竖井导井，具有缩短工期、减少设备投入、降低工人劳动强度，经济效益得到明显改观、导井的形成使得竖井爆破效率提高、施工安全性有保障等优点。通过从反井钻机的选型、作业程序、及先导孔和扩孔施工等方面分析，阐述了反井钻机在玛依纳水电站调压井施工中的实际应用，为今后其他类似工程积累经验。