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摘要 小断面竖井开挖，作业空间狭小，石渣运输困难，施工难度较大。以前采用传统的人工正井法和反导井法开挖，施工进展缓慢，费用高，而且施工安全也得不到保证。本文介绍了LM-300型反井钻机钻凿溪洛渡电站水垫塘左右岸通风竖井的施工方法。
关键词 溪洛渡水电站；反井钻机；竖井施工
中图分类号： P634.3+1 文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
溪洛渡水电站位于金沙江下游云南省永善县与四川省雷波县接壤的溪洛渡峡谷中，电站设计总装机容量1260万千瓦，是一座以发电为主，兼具防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益的特大型水电工程。水垫塘通风竖井在左右岸抗立体各布置一条，竖井井口与463通风平洞连通，竖井底部与355通风平洞连通，两条竖井深度均为102米，断面为圆形，直径1.4米。
2施工设备简介
现场选用LM-300型反井钻机进行竖井钻凿施工。LM-300型反井钻机主要技术参数见表1。
表1LM-300型反井钻机主要技术参数
反井钻机工作原理为:用液压马达驱动动力水龙头，后者将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转;破岩采用镰齿盘形滚刀，滚刀在钻压的作用下沿井底滾动，对岩石产生冲击，挤压和剪切作用，使其破碎。钻凿Φ1.4 m钻孔时先钻Φ250mm的导孔，直至导孔钻透下层洞室，将导孔钻头在此卸下，接上Φ1.4 m的扩孔钻头，再由下向上扩孔。
3竖井施工
3.1施工准备
3.1.1施工场地
溪洛渡水垫塘左右岸通风平洞洞高为6.5m，洞宽为6m，长度17m，满足LM-300型反井钻施工要求。
3.2导孔施工
3.2.1开孔
反井钻机施工的关键在于导孔钻孔质量。在开孔时,为了保证开孔位置及孔向的精确,使用较小的钻进力和相对较高的回转速度，并适时装配稳定钻杆进行控制（稳定钻杆主要是为防止钻杆随深度的增加旋转产生过大弯曲、过大摆幅，保证钻孔垂直度，同时保护钻杆与孔壁的接触磨损）。稳定钻杆加设方法如下：钻进2m时必须加设1根，钻进8～10m时再加设1根，然后每钻进20m加设1根。加设钻杆时一般采用副泵提供的较小动力运行，钻杆丝扣之间力度应适中。
3.2.2导孔钻进
当有两根稳定钻杆进入岩石后,可增大钻进力,相对减小回转速度,以提高钻进速度,从而提高刀具的使用寿命。LM-300型反井钻机在溪洛渡水垫塘左右岸两条通风竖井的钻进过程比较平稳，钻进速度为每钻进一根钻杆（100cm长）耗时40min～50min。
3.3扩孔施工
导孔钻透后,与钻机操作手上下配合拆下导孔钻头换上扩孔钻头,即可向上扩孔。当扩孔钻头接好后,慢速上提钻具,直到滚刀开始接触岩石,然后停止上提,用最低转速旋转,并慢慢给进,保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏。在扩孔过程中,当岩石硬度较大,可适当增加钻压,反之可以减少钻压。扩孔产生的石碴经过冷却水的冲刷和自重坠落到下平洞。当扩挖钻头距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，直至钻头露出地面。
4施工过程中出现的问题及预防措施
4.1卡钻原因及预防措施
4.1.1卡钻原因
1、洗井液循环水量小，钻进产生的岩渣不能全部清离孔底排出孔外，越积越多，岩渣重复破碎，浸水后具有粘结性，最终粘结钻杆，造成卡钻；
2、洗井液突然中断，钻进产生的岩渣无法排出孔外，逐渐沉积孔底，造成卡钻。
4.1.2预防卡钻的措施
1、选择合适的泥浆泵。根据施工围岩情况及钻孔深度，选择合适的泥浆泵，确保供水压力能够将岩渣洗出孔外。一般选择洗井排渣水压力不低于0.6MPa，水流量应达到5～10m3/h，扩孔钻进需水15m³/h；
2、增加冲洗排渣时间。随着钻孔深度的增加，排渣渐显困难，因此，当钻孔深度超过20m后，每钻完一根钻杆，要连续冲孔1~3分钟方可钻进。
4.2钻孔偏斜原因及预防措施
4.2.1钻孔偏斜原因
1、钻杆弯曲变形导致钻孔偏斜。随着钻孔深度的增加,钻杆柔度也会增加,当钻孔深度达到一定程度,而钻进力较大时,由于钻杆与孔壁间有13 mm的空隙,钻杆将会产生弯曲变形,从而使钻头受力方向发生改变,进而产生钻孔孔向偏斜。
2、岩层对钻头的反作用造成的钻孔偏斜。钻头在坚硬而均质的岩层钻进时，因岩层反作用造成的钻孔偏斜较少发生，即使发生，其偏移量也是极小的。而岩石硬度的变化则会引起导孔偏斜，钻头钻进的方向在很大程度上取决于钻头与硬度变化的岩石表面相遇时的角度。如果角度小，钻孔的偏斜将会向与硬度变化的岩石平面平行的方向发展；如果角度大，钻孔的偏斜将会向与硬度变化的岩石平面垂直的方向发展。
5.2.2钻孔偏斜的预防措施
1、导孔钻进过程中，要注意观察操作台油泵压力表的变化，尽量在钻进过程中均匀加压，加压过猛易造成钻杆弯曲变形。为了防止导孔钻进一定深度后,受重力和钻进力影响使钻杆施加给钻头的作用力发生改变进而使孔向发生偏移,施工中配置了6～8根稳定钻杆强行控制钻进方向。稳定钻杆的外径和钻孔直径基本相同，它保持钻具居于井中心，减少由于钻压增加引起钻具弯曲所造成的钻孔偏斜。将稳定钻杆配置在靠近钻头的前端,由于钻杆与钻头直径一致,利用钻孔孔壁的束缚将钻杆前端的10 m范围强制摆正,使此10m范围内钻杆轴线方向与设计孔向一致,以此达到纠正孔向偏差的目的。
2、反井钻施工中，岩层特性属不可控制的因素，导孔钻进时，要注意观察随洗井液排出孔口的钻渣，分析钻头遇到的不同岩层情况。如发现钻渣前后反应的岩性发生了变化，则应将钻杆拔起一定的高度，在岩性出现变化的部位保持低轴压，慢转速，缓慢推进，旋转研磨，如此反复2～3次，直至进入下一层均质岩层。
5施工成效
溪洛渡水垫塘左岸通风竖井长102m，直径1.4m，从反井钻机进场到施工完毕退场历时13天，右岸竖井施工历时14天，除去钻机及辅助设备装卸时间，实际钻井平均速率达到了14.6m/d。 竖井完成后经测量轴线偏斜率均不大于1%。其中右岸竖井形成后还进行过全段井内摄像，摄像反应出竖井岩层完整，井壁平整度极高，各项施工质量均达到设计要求。
6 结束语
反井钻机是一种机械化程度高、安全高效的反井施工设备，它已广泛应用于煤炭、水电、冶金等大量地下工程。对比其它竖井施工方法，反井钻机在小断面竖井开挖施工中的优势极为明显，它可大大提高成井速度，还具有减轻工人劳动强度、作业安全、成井质量好、施工成本低等优点。本文结合反井钻机在通风竖井中的施工实践，详细介绍了施工工艺及施工效果，分析了施工过程中出现的问题及处理措施，总结了一些施工经验，为今后类似工程施工提供参考。
关键词 溪洛渡水电站；反井钻机；竖井施工
中图分类号： P634.3+1 文献标识码： A 文章编号：
1工程概况
溪洛渡水电站位于金沙江下游云南省永善县与四川省雷波县接壤的溪洛渡峡谷中，电站设计总装机容量1260万千瓦，是一座以发电为主，兼具防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益的特大型水电工程。水垫塘通风竖井在左右岸抗立体各布置一条，竖井井口与463通风平洞连通，竖井底部与355通风平洞连通，两条竖井深度均为102米，断面为圆形，直径1.4米。
2施工设备简介
现场选用LM-300型反井钻机进行竖井钻凿施工。LM-300型反井钻机主要技术参数见表1。
表1LM-300型反井钻机主要技术参数
反井钻机工作原理为:用液压马达驱动动力水龙头，后者将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转;破岩采用镰齿盘形滚刀，滚刀在钻压的作用下沿井底滾动，对岩石产生冲击，挤压和剪切作用，使其破碎。钻凿Φ1.4 m钻孔时先钻Φ250mm的导孔，直至导孔钻透下层洞室，将导孔钻头在此卸下，接上Φ1.4 m的扩孔钻头，再由下向上扩孔。
3竖井施工
3.1施工准备
3.1.1施工场地
溪洛渡水垫塘左右岸通风平洞洞高为6.5m，洞宽为6m，长度17m，满足LM-300型反井钻施工要求。
3.2导孔施工
3.2.1开孔
反井钻机施工的关键在于导孔钻孔质量。在开孔时,为了保证开孔位置及孔向的精确,使用较小的钻进力和相对较高的回转速度，并适时装配稳定钻杆进行控制（稳定钻杆主要是为防止钻杆随深度的增加旋转产生过大弯曲、过大摆幅，保证钻孔垂直度，同时保护钻杆与孔壁的接触磨损）。稳定钻杆加设方法如下：钻进2m时必须加设1根，钻进8～10m时再加设1根，然后每钻进20m加设1根。加设钻杆时一般采用副泵提供的较小动力运行，钻杆丝扣之间力度应适中。
3.2.2导孔钻进
当有两根稳定钻杆进入岩石后,可增大钻进力,相对减小回转速度,以提高钻进速度,从而提高刀具的使用寿命。LM-300型反井钻机在溪洛渡水垫塘左右岸两条通风竖井的钻进过程比较平稳，钻进速度为每钻进一根钻杆（100cm长）耗时40min～50min。
3.3扩孔施工
导孔钻透后,与钻机操作手上下配合拆下导孔钻头换上扩孔钻头,即可向上扩孔。当扩孔钻头接好后,慢速上提钻具,直到滚刀开始接触岩石,然后停止上提,用最低转速旋转,并慢慢给进,保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏。在扩孔过程中,当岩石硬度较大,可适当增加钻压,反之可以减少钻压。扩孔产生的石碴经过冷却水的冲刷和自重坠落到下平洞。当扩挖钻头距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，直至钻头露出地面。
4施工过程中出现的问题及预防措施
4.1卡钻原因及预防措施
4.1.1卡钻原因
1、洗井液循环水量小，钻进产生的岩渣不能全部清离孔底排出孔外，越积越多，岩渣重复破碎，浸水后具有粘结性，最终粘结钻杆，造成卡钻；
2、洗井液突然中断，钻进产生的岩渣无法排出孔外，逐渐沉积孔底，造成卡钻。
4.1.2预防卡钻的措施
1、选择合适的泥浆泵。根据施工围岩情况及钻孔深度，选择合适的泥浆泵，确保供水压力能够将岩渣洗出孔外。一般选择洗井排渣水压力不低于0.6MPa，水流量应达到5～10m3/h，扩孔钻进需水15m³/h；
2、增加冲洗排渣时间。随着钻孔深度的增加，排渣渐显困难，因此，当钻孔深度超过20m后，每钻完一根钻杆，要连续冲孔1~3分钟方可钻进。
4.2钻孔偏斜原因及预防措施
4.2.1钻孔偏斜原因
1、钻杆弯曲变形导致钻孔偏斜。随着钻孔深度的增加,钻杆柔度也会增加,当钻孔深度达到一定程度,而钻进力较大时,由于钻杆与孔壁间有13 mm的空隙,钻杆将会产生弯曲变形,从而使钻头受力方向发生改变,进而产生钻孔孔向偏斜。
2、岩层对钻头的反作用造成的钻孔偏斜。钻头在坚硬而均质的岩层钻进时，因岩层反作用造成的钻孔偏斜较少发生，即使发生，其偏移量也是极小的。而岩石硬度的变化则会引起导孔偏斜，钻头钻进的方向在很大程度上取决于钻头与硬度变化的岩石表面相遇时的角度。如果角度小，钻孔的偏斜将会向与硬度变化的岩石平面平行的方向发展；如果角度大，钻孔的偏斜将会向与硬度变化的岩石平面垂直的方向发展。
5.2.2钻孔偏斜的预防措施
1、导孔钻进过程中，要注意观察操作台油泵压力表的变化，尽量在钻进过程中均匀加压，加压过猛易造成钻杆弯曲变形。为了防止导孔钻进一定深度后,受重力和钻进力影响使钻杆施加给钻头的作用力发生改变进而使孔向发生偏移,施工中配置了6～8根稳定钻杆强行控制钻进方向。稳定钻杆的外径和钻孔直径基本相同，它保持钻具居于井中心，减少由于钻压增加引起钻具弯曲所造成的钻孔偏斜。将稳定钻杆配置在靠近钻头的前端,由于钻杆与钻头直径一致,利用钻孔孔壁的束缚将钻杆前端的10 m范围强制摆正,使此10m范围内钻杆轴线方向与设计孔向一致,以此达到纠正孔向偏差的目的。
2、反井钻施工中，岩层特性属不可控制的因素，导孔钻进时，要注意观察随洗井液排出孔口的钻渣，分析钻头遇到的不同岩层情况。如发现钻渣前后反应的岩性发生了变化，则应将钻杆拔起一定的高度，在岩性出现变化的部位保持低轴压，慢转速，缓慢推进，旋转研磨，如此反复2～3次，直至进入下一层均质岩层。
5施工成效
溪洛渡水垫塘左岸通风竖井长102m，直径1.4m，从反井钻机进场到施工完毕退场历时13天，右岸竖井施工历时14天，除去钻机及辅助设备装卸时间，实际钻井平均速率达到了14.6m/d。 竖井完成后经测量轴线偏斜率均不大于1%。其中右岸竖井形成后还进行过全段井内摄像，摄像反应出竖井岩层完整，井壁平整度极高，各项施工质量均达到设计要求。
6 结束语
反井钻机是一种机械化程度高、安全高效的反井施工设备，它已广泛应用于煤炭、水电、冶金等大量地下工程。对比其它竖井施工方法，反井钻机在小断面竖井开挖施工中的优势极为明显，它可大大提高成井速度，还具有减轻工人劳动强度、作业安全、成井质量好、施工成本低等优点。本文结合反井钻机在通风竖井中的施工实践，详细介绍了施工工艺及施工效果，分析了施工过程中出现的问题及处理措施，总结了一些施工经验，为今后类似工程施工提供参考。