一、工程概況

某水電站位于山區(qū)，項目建成后的主要任務是用來發(fā)電，以此滿足當?shù)毓まr業(yè)生產對于電力的需求，在此基礎上，工程還兼具減輕洪澇災害對下游地區(qū)的影響、發(fā)展水產養(yǎng)殖、發(fā)展旅游業(yè)等綜合效益。水電站采用混合式開發(fā)，以發(fā)電作為單一開發(fā)目標。樞紐布置包括三個部分：（1）首部樞紐：由電站進水口、擋水壩等建筑物組成；（2）引水工程：由壓力管道、調壓室、引水隧洞等建筑物組成；（3）廠區(qū)樞紐：由主副廠房、開關站、運行管理辦公室等建筑物組成。在本次工程中，調壓井總深179.8m，由圓形的上室（高9.5m，直徑22.8m，高程1,111.5~1,102.0m）、上井筒（高112.0m，直徑6.5m，高程1,102.0~990.0m）、下井筒（高52.9m、直徑4.5m、高程990.0~937.1m）共同組成，高程937.1m以下為隧洞部分。調壓井地表覆蓋層為厚度1.5~3.0m的第四系殘坡積碎石圖，下伏泥土巖、黃色全風化石英砂巖夾鈣質板巖，弱風化層厚度＞15m、強風化層厚度6~7m、全風化層厚度3~5m。調壓井豎井以Ⅲ類圍巖為主，巖性為弱風化—新鮮石英砂巖夾鈣質板巖，中硬—堅硬，巖體完整性較差，呈薄層—中厚層結構，節(jié)理裂隙發(fā)育。

二、反井鉆技術在工程中的應用

1．應用背景

在以往的工程建設中，反井鉆機主要應用于煤礦通風等領域，隨著該技術的不斷成熟和進步，近年來開始在水電工程調壓井、排水井、通風井等工程施工領域進行應用。本次研究所涉工程的調壓井為垂直豎井，深度179.8m，引水隧洞與調壓井下部垂直相交。在最初制定調壓井施工方案時，設計人員曾提出采用人工鉆爆法的建議，在之后的討論中，各方對調壓井地質、穩(wěn)定、通風、支護、交通等情況的全面分析，發(fā)現(xiàn)本次工程具備采用反井鉆技術的條件。相比較而言，反井鉆施工方案在技術要求、操作難度、資金投入等方面要高于人工鉆爆法，但該方案可大幅提高施工速度，減少工期壓力。在綜合考慮各方面因素的基礎上，最終確定采用反井鉆完成調壓井導井施工。

2．機型選擇

由于豎井工程的鉆孔角度、深度都已經確定，因此只需對導井直徑進行確認即可。由于溜渣是導井的主要作用，因此若直徑過小，不僅容易發(fā)生堵塞，還會增加擴挖施工中工人的工作量，不利于施工速度的保障；若直徑過大，則會大幅提高項目建設成本。所以，對導井直徑進行合理選擇就顯得非常重要。為此，設計人員根據(jù)相關資料進行了分析和研究，最終確定本次工程中調壓井導井的直徑為1.4m。根據(jù)導井直徑、深度、角度對反井鉆機進行分析、比較和驗算，以便從中篩選出最符合本次工程施工需要且具有較強經濟性的設備，最終確定本次工程采用BMC300型反井鉆機。

3．施工

（1）準備階段

前期準備：調壓井上室開挖施工結束后，即可進行循環(huán)水池、沉淀池與反井鉆機基坑的開挖作業(yè)。隨后，對基坑進行清理，直至完整巖石；測放混凝土基礎線，進行C25混凝土澆筑，同時預留地腳螺栓孔。反井鉆安裝：使用M25水泥砂漿埋設地腳螺栓，軌道安裝結束后即可吊裝反井鉆機。吊裝結束后，由技術人員對鉆機進行反復校正，確保鉆孔方向完全對準豎井中心線，隨后使用地腳螺栓進行固定。于調壓井上室布置反井鉆機鉆具，并根據(jù)實際情況配備充足的穩(wěn)定鉆桿。全部操作結束后，根據(jù)鉆機使用程序對各系統(tǒng)進行逐個調試，確保設備處于良好的運行狀態(tài)，避免施工因各類故障被迫停止，詳見圖1。輔助設施：施工所需輔助設施包括水箱、循環(huán)池、沉渣池等，同時，還需依據(jù)配比試驗確定的比例制作一定數(shù)量的循環(huán)液備用。

（2）施工過程

先導孔鉆進：在反井鉆機調試結束且確認無誤后，即可使用Φ241mm鉆頭按照自上而下的順序進行先導孔的鉆進。待鉆進約1m后，技術人員應對孔斜偏差進行測量，若符合設計要求可繼續(xù)鉆進，否則應停止鉆進并重新開孔。在整個鉆進過程中，工作人員應對鉆桿的轉速以及鉆進的速度進行嚴格控制，同時對返出的巖屑進行分析，以此判斷導井圍巖的實際情況。反向擴孔：先導孔鉆進施工結束后，即可進行反向擴孔。在本次工程中，選用1.4m的擴孔鉆頭，先由下部對準鉆桿中心，隨后下鉆對接，緩慢上提鉆頭，直至滾刀與巖面相接觸。此時，采用最低旋轉速度緩慢鉆進，避免鉆頭滾刀以及周圍巖體遭受過大的沖擊。在擴孔時，技術人員應隨時將鉆進情況通報給操作人員，待鉆頭全部均勻接觸巖石后再開始正常擴孔鉆進。在整個擴孔施工中，技術人員應根據(jù)地質條件的變化對鉆進速度和循環(huán)液進行調整，拆下的鉆桿應上油并帶好保護帽。當鉆頭與地面距離減少到2.5m時，應適當降低鉆速，緩慢擴孔直至全部操作結束。需要注意的一點是，在擴孔施工的同時應做好出渣工作，以免因發(fā)生堵孔問題而影響整個施工進度。拆機移除：全部施工任務完成后，即可拆移鉆機。首先，應封閉導井上部孔口，以免人員或設備落入其中；隨后，采用Φ48mm腳手架管作為支撐龍骨，并以Φ25mm鋼筋網格進行加固，最后滿鋪馬道板并綁扎牢固。在設備移動的過程中，工作人員應注意做好安全管理工作，以免發(fā)生各類安全事故�？仔笨刂疲簩τ诳仔钡挠行Э刂剖潜Ｕ香@孔質量的決定性因素，也是關系到反井鉆施工能否達到預定目標的重要內容。以往的實踐經驗表明，孔斜的發(fā)生既有裂隙、軟弱夾層等地質原因的影響，也有測量失誤、操作不當、鉆機未能穩(wěn)固安裝等人為原因的影響，因此在鉆進開孔前，工作人員務必預先校正鉆機，保證開孔孔位與孔向的準確性。在鉆進過程中，也要注意通過加裝輔助限位扶正裝置、穩(wěn)定鉆桿等設備確保鉆孔、鉆頭與鉆桿間的同心度，并對鉆進速度進行嚴格控制，真正做到合理鉆進。若在鉆進過程中遭遇不良地質條件，應通過灌漿等方式進行處理。

三、反井鉆技術的應用效果

在本次工程中，由鉆進開始至擴孔完成為止，調壓井導井反井鉆施工共歷時約3個月，每月平均施工進度約60m。反井鉆施工技術的地下水排放完全、施工精度較高，為后續(xù)施工創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件，整個調壓井開挖施工工期也因此較預定工期縮短了三個月。需要強調的一點是，在導井開挖施工正式開始前，技術人員對調壓井下部（高程970m以下）的地質條件進行了預判，并以預判結果為依據(jù)，在擴挖施工開始前針對不良地質條件可能帶來的影響制定了應對方案、布置了相應的施工安全保障措施，這些都為該段擴挖施工的安全、順利、優(yōu)質進行提供了有力保障。

四、結語

綜上所述，反井鉆施工技術具有適應性強、施工速度快等優(yōu)勢，可滿足不同巖層條件下的施工需求。雖然該技術的成本相對較高、操作專業(yè)性較強、對施工和操作人員的技術水平有著較高的要求，但在施工過程中卻可以在相當程度上減少深豎井的開挖風險，與以往普遍采用的人工爆破開挖相比，可以為施工安全提供更為有效的保障。本次工程快速、安全的完成了深豎井開挖施工任務，既保障了按期完工，又節(jié)約了項目投資，取得了良好的經濟效益，雖然所采用的具體參數(shù)并不具有廣泛的適用性，但施工中所采用的方法和思路對于同類工程仍有參考和借鑒的價值。