施工方案比較及確定

本工程兩條發電引水隧洞斜井段分四個施工段進行開挖，施工時包括上下彎段與斜井段銜接部分，每個施工段長度近200m，施工難度較大。

對斜井段施工考慮了正井鉆爆法、反井鉆機施工形成導井再鉆爆擴挖法、爬罐施工形成導井再正井鉆爆擴挖法三種施工方案，通過方案對比選擇切實可行的方案。

（1）正井鉆爆法

正井鉆爆法施工優點：

A．不受下平段施工約束，上部施工面具備條件，即可施工。

B．可全斷面直接由上至下貫通，不需導井施工。

正井鉆爆法施工缺點：

A．由于豎井施工高度過大，沒有形成施工通風的回路，施工通風困難。

B．出渣施工由上部吊運，井內無法布置效率高的機械設備，且斜井斷面面積大，因此出渣工序的效率非常低，不能保證豎井施工進度。

C．出渣需由上部吊裝，及井口二次倒運，且運距較遠，施工費用高。

D．長時間井下作業，施工安全難以保障。

（2）反井鉆機成導井再鉆爆擴挖法

反井鉆機施工形成導井再正井鉆爆擴挖法施工優點：

A．導井貫通后形成自然通風回路，通風條件好。

B．出渣渣料由導井溜下，從下部通道運出，較為方便且施工效率高，施工進度能夠得到保障。

反井鉆機施工形成導井再正井鉆爆擴挖法施工缺點：

A．對于小于60°的斜井采用反井鉆機開挖導井，偏斜率比較難控制。

B．對巖石普氏堅固系數大于12以上的硬巖采用反井鉆機開挖導井，對設備的要求很嚴格，高于14級的硬巖很少有合適國產反井鉆機進行導井開挖，國外反井鉆機成本又高。

C．受下部施工通道開挖及支護施工制約，在其未貫通之前無法開挖導井。

D．導井溜渣可能發生堵井，堵井處理較困難。

E．施工成本高。

（3）爬罐鉆爆法

爬罐施工形成導井再正井鉆爆擴挖法施工優點：

A．導井從下往上掘進，石碴從下部運出，出渣容易。

B．爬罐沿軌道上下，使工作人員能很快抵達工作面。

C．爬罐可固定在工作面前的軌道上，給工作人員提供了施工用臨時作業平臺。

D．特制軌道中的管路，不但把壓縮空氣和水送給鉆機工作，而且在爆破后還起通風換氣和除塵的作用。

爬罐施工形成導井再正井鉆爆擴挖法施工缺點：

A．用風鉆鉆孔，勞動強度大。

B．本工程下部通風由6#施工支洞及廠房交通洞、4#施工支洞、2#施工支洞、引水隧洞下平段延伸接入，通風管路長，隨施工高度增加，通風困難，施工效率降低。

C．風鉆排出的油氣對人體有害。

方案比較與分析：

（1）正井鉆爆法雖有可取之處，但由于斜井施工長200m，斷面面積達70.88m²，其出渣將成為其致命問題，施工進度無法保證，且通風困難。

（2）反井鉆機施工形成導井再正井鉆爆擴挖法，施工效率高，反井鉆機施工技術較為成熟，經驗較豐富，經過我局多年反井鉆機施工經驗和設備調研，并聘用設備廠家技術人員作現場指導，其缺點也較易解決。

（3）爬罐施工形成導井再正井鉆爆擴挖法，導井施工地下通道較長，隨著導井施工高度的增加，施工效率降低，風水電、軌道等設施的延伸工作占用時間較長，通風也將極為困難。

經上述方案綜合比較與分析，施工考慮采用北京中煤礦山工程有限公司專門為硬巖深井開挖設計制造的ZFY2.0/400（又名LM-400）型反井鉆機，同時為減小硬巖施工難度和施工成本，采取反井鉆機開挖Φ1.4m直徑的導井，再反井法擴挖導井為Φ2.6m，最后再正井擴挖成形的施工方案，導井開挖完成后施工區形成自然通風回路，為正井擴挖施工提供了良好的施工環境。

7.5.3.3 反井鉆機性能指標及配套設施

（1）反井鉆機性能指標

ZFY2.0/400型反井鉆機技術性能 表7.7

ZFY2.0/400型反井鉆機主要部件尺寸及重量 表7.8

（2）主要輔助設備

TBW850/50型泥漿泵：90kW

冷卻水泵：3kW

（3）供電

鉆機電壓380/660伏，總功率不小于230kW，施工時使用接至工作面的電源。

（4）供水

使用開挖施工敷設的供水管路供水，水量不小于15～20m³/h。

7.5.3.4 反井鉆機施工準備

（1）反井鉆機安裝基礎澆筑

反井鉆機基礎要求平整，砼基礎澆筑在完整基巖上�；�礎采用C25混凝土分二期澆筑而成，一期形成基礎并預留反井鉆機地腳螺栓坑，待機體到位并進行初校后，回填二期混凝土，以確保反井鉆機與基礎牢固銜接，不發生移位。

（2）反井鉆機安裝

斜井上段反井鉆機施工時，將反井鉆機安裝在上平段與斜井相交的▽334m高程左右部位，主機起鉆孔口與斜井中心線延長線吻合，該高程洞寬可滿足設備布設要求。斜井下段反井鉆機施工時，將反井鉆機安裝在6#施工支洞與斜井中心線相交的0+334.82位置。

反井鉆機的主機由載重能力15t的載重汽車運至現場，并且上平段洞徑可滿足使用25t汽車吊卸車要求。在經測量放好線的位置安放反井鉆機后，采用手拉葫蘆輔助人工校正安裝位置。操作臺、泵站停放在反井鉆機附近的通道內兩側，操作臺距起鉆孔口有大于1m的安全距離。

（3）反井鉆機的冷卻循環系統

反井鉆機的冷卻循環系統由：洗井泵(泥漿泵)、水池、水溝組成。距反井鉆機基礎約15m處設置一個5m³水池，水池中間設一隔墻,將水池分隔成清水池和沉淀池。反井鉆機混凝土基礎和水池之間由一水溝連接，導孔施工出現的回水、細沙沿此溝回流至沉淀池。洗井泵設置在鉆機車與水池之間，盡量循環使用沉淀池內的水。

7.5.3.5 反井鉆機斜導井施工

（1）導孔施工

反井鉆機施工的關鍵在于導孔鉆孔質量，本型號反井鉆機導孔直徑為Φ270mm。最終導孔能否鉆通，鉆通后的偏離誤差大小在開鉆后無法進行中間檢測和控制，只能依靠經驗，針對不同的圍巖類別，實施不同的工作壓力、轉速和適時裝配穩定鉆桿進行控制。

反井鉆機的鉆桿分為開孔鉆桿、普通鉆桿和穩定鉆桿，開孔鉆桿與導孔鉆頭相接，用扶正器約束，穩定鉆桿比普通鉆桿外周多了均勻分布的鋼肋板，其作用是承受徑向負荷，防止鉆桿隨深度的增加旋轉產生過大彎曲、過大擺幅，保證鉆孔垂直度，同時保護鉆桿與孔壁的接觸磨損。因此穩定鉆桿的布置合理與否將影響鉆孔偏斜率。

根據施工經驗，穩定鉆桿加設方法如下：鉆進2m時必須加設1根，鉆進8～10m時再加設1根,然后每鉆進20m加設1根。鉆桿加設時一般采用副泵提供的較小動力運行，鉆桿絲扣之間力度適中，過緊容易損傷絲扣，過松鉆桿容易脫落。為了便于拆卸鉆桿，可在鉆桿套接前于絲扣處加設少量10號鉛絲。先導孔開始施工時一般采用副泵提供較小的、均勻的動力，以免孔口周壁因振動過大開裂而難以成型。

（2）反井鉆機導井開挖（擴孔施工）

導孔施工完畢后，在對應底部施工通道安裝Φ1.4m擴孔鉆頭。

A.擴孔開孔：擴孔開始施工時一般圍巖破壞嚴重，鉆頭周圈難以均勻受力，因此，一般采用副泵提供較小的、均勻的動力。當Φ1.4m擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具，直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用最低轉速(5～9rpm)旋轉，并慢慢給進，進尺控制在10cm/h，保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞，防止鉆頭偏心受力過大而扭斷鉆桿。給進一些停下，等刀齒把凸出的巖石破碎掉，再繼續給進。

B.開始擴孔時：下邊要有人觀察，將情況及時通知操作人員，等鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴孔鉆進。在擴孔過程中，當巖石硬度較大，可適當增加鉆壓，反之可以減少鉆壓。擴孔時，要及時出渣，防止堵孔。擴孔過程，也是拆鉆桿的過程，拆下的鉆桿進行必要的清理，上油帶好保護帽。

鉆進施工中要求有較為穩定供水量，以使刀具能得到水冷卻，供水量要求不小于7.8m³/h。擴孔施工時，鉆桿的拆卸要特別注意鉆桿卡瓦正確擺放及自身的完好程度，以免出現卡瓦突然斷裂，造成擴孔鉆頭、鉆桿脫落。

C.完孔：當鉆頭距基礎2.5m時，要降低鉆壓慢速鉆進，并且要認真觀察基礎周圍是否有異�，F象，如果有，要及時采取措施處理。慢慢的擴孔，直至鉆頭露出地面。

D.出渣：導井開挖施工中，適時利用3m³側卸式CAT966F裝載機在導井下部通道裝20t自卸汽車進行出渣。

（3）反井鉆機拆除

完孔后，將擴孔鉆頭牢固懸掛，將鉆架主機和一些輔助設備拆下。然后將鉆頭提出孔外，運到井上；再將泵車、油箱等拆裝整理、運輸。清理現場后，全部鉆孔工作結束。

（4）反井鉆機偏斜率控制

反井鉆井偏斜就是反井施工的技術關鍵，為此，采取以下措施：

（1）進行精確的測量控制，發現偏斜較大時反復掃孔糾正偏斜度。

（2）施工設備：選用經檢修完好的反井鉆機和泥漿泵，保證其性能良好。

（3）鉆機安裝定位：鉆機安裝牢固，定位準確，混凝土澆筑密實。

（4）合理布置鉆具：選用螺旋、直條等多種鑲齒穩定鉆桿和硬巖導孔鉆頭，并根據地質條件合理布置。

（5）正確選擇鉆進參數:鉆進參數主要是根據地質條件和不同的鉆進位置選擇不同的鉆壓、轉速和確定相應的鉆進速度，并根據實際鉆進過程進行相應的調整。

（6）精心操作：挑選有多年實踐經驗的操作人員，按照施工組織設計和反井鉆機操作規程進行操作，及時發現和處理鉆進中的問題和事故。