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LM-200型反井鉆機在高橋電站工程中的應用

來源：www.vfayjgw.cn 作者：admin 日期：2014-04-28 05:06:01 熱度：1580 ℃

摘要：高橋電站位于云南省昭通地區，座落在金沙江一級支流橫江上游段的灑漁河上，為引水式水電站，其壓力

管道總長 l262．618m。該電站工程的調壓井豎井和壓力管道 3號斜井采用 IjⅥ一200型反井鉆機開挖導井，LM

一 200型反井鉆機是專門用于地下工程斜井、豎井導井開挖施工的專用設備，具有施工機械化水平高、適用性

強、工效高的特點。對反井鉆機的工作原理和施工工藝進行簡要介紹。

關鍵詞：反井鉆機；應用研究；施工；高橋水電站

中圖分類號：P634．3 l 文獻標識碼：A

近年來豎井和斜井的開挖方式越來越廣泛地采用先開挖導

井再擴大開挖成型的爬罐法和反井鉆機法，逐漸取代原來的自

上而下全斷面一次爆破成型的普通法和吊罐法。后者由于施工

作業條件差，鉆孔偏斜率大，只能用于較淺的井。前者能充分發

揮施工機械效率，占用勞動力少，適用性強，開挖速度快，特別是

反井鉆機開挖導井，具有鉆進速度快，工效高，施工安全，勞動強

度低，施工精度高等優點。用反井鉆機開挖導井在我國最先成

功用于十三陵抽水蓄能電站出線豎井和 1號高壓管道下斜井的

施工中，近年來在一些中型水利工程中得到了廣泛的推廣和使

用。本文結合高橋電站工程的調壓井豎井和壓力管道 3號斜井

采用 LM一200型反井鉆機開挖導井為例，簡述反井鉆機的工作

原理和設備性能、安裝和施工過程。

1 工程概況

高橋電站樞紐工程位于云南省昭通地區的昭通市、大關縣、

永善縣 3縣交界處金沙江一級支流橫江上游段的灑漁河上。高

橋電站屬引水式電站，由攔河壩、發電引水隧洞、調壓井、壓力管

道、發電廠房及升壓站等組成。其中調壓井為帶上室的圓筒式，

井高 56．12m，開挖斷面為直徑 7．6m的圓形斷面。壓力管道總

長 1262．618m，3號斜井段 (長 90．4m)開挖洞徑為 3．1m，鋼管

襯砌。電站設計水頭 564．75m，最大發電流量 l9．86m]／s，電站

裝機 90MW。調壓井及壓力管道剖面示意圖見圖 1。

調壓井及壓力管道圍巖為 +層中厚層塊狀生物灰巖．火

山角礫熔巖，玄武巖，巖塊強度高，巖石為微風化。巖體完整性

主要受裂隙的影響，該段裂隙發育密度小，為 0．1～0．4條／m．大

部分閉合。局部地段可能遇到溶洞形成的充填物坍塌。壓力管

道調壓井東端至 3號平洞出口段圍巖為玄武巖，火山角礫熔

巖，灰巖，白云巖，圍巖屬 Ⅱ ～Ⅲ類，成洞條件較好，洞室基本穩

定。

圖 1 高橋電站壓力管道剖面示意(單位：m)

2 LM一200型反井鉆機簡介

2．1 設備簡介

主要由鉆機車、操作車、泵車、鉆具等 4部分組成，配套輔助

設備為洗井泵一臺，斜井專用裝置一套。技術特征見表 1。

2．2 工作原理簡介

鉆機的鉆進原理：液壓馬達驅動動力水龍頭，動力水龍頭將

扭矩傳遞給鉆具系統，帶動鉆具旋轉，滾刀在鉆壓下深井底作純

滾動及微量滑移。滾動時產生沖擊擠壓和剪切能量來破碎巖

石，導孔鉆進時，破碎的巖屑沿鉆桿外壁環形空間由洗井液提升

至地面(上平面)；擴孔時，破碎下來的巖屑，靠自重落到下水平

隧洞。

鉆機的工作原理：鉆鑿 1．4m直徑的反井時，分兩步進行，

第 1步將鉆機安裝在上水平段鉆孔位置上，由上向下先鉆出一

表 l LM一200型反井鉆機技術特征

收稿日期：2005—07—28

作者簡介：湯明，男，云南省水利水電勘測設計研究院。工程師。

維普資訊 http://www.cqvip.com 56 人民長江 2005年

個直徑為 216lnln的導孔，直至鉆透到下水平段。第 2步將導孔

鉆頭在下水平段卸下，換上 1．4m的擴孔鉆頭，再由下水平段向

上水平段提拉鉆進，1次 1根地卸下鉆桿，直到上水平段為止。

3 反井鉆機施工

3．1 施工布置

3．1．1 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。在反井鉆機基礎附近設置一個 5m3水池，水池中間設一隔

墻，將水池分隔成清水池和沉淀池。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。

3．1．2 反井鉆機運輸軌道的安裝

為方便反井鉆機就位、定位，在洞內卸機部位地面安裝運輸

軌道，軌距 600lnln，軌道為 24ke~m的輕軌，枕木為 100lnlnx10

mln方木，間距為 500lnln。

3．1．3 反井鉆機的安裝基礎

反井鉆機安裝在平段與豎井 (斜井 )相交部位，主機起鉆孔

口與豎井(斜井)中心線延長線吻合。操作車、泵車依次停放在

擴挖過后的盲洞內，操作車距起鉆孔口有大于 1m的安全距離。

基礎采用 C20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。

3．2 施工程序

前期準備工作一基礎澆筑 (一期含循環水池 )一反井鉆機進

場安裝 (包括高壓洗井泵 )測量初定位聲216m／ll先導孔施工一

鉆頭在預定深度出露(若未出露擴挖找鉆頭 )一擴孔鉆頭安裝平

臺施工一擴孔鉆頭提升一擴孔鉆頭安裝一安裝平臺撤出一

聲1400lnln擴孔施工一擴孔鉆頭拆卸一反井鉆機撤除。

調壓井豎井反井鉆機施工示意圖見圖 2。

圖 2 調壓井豎井反井鉆機施工示意

3．3 前期準備工作

根據調壓井豎井及 3號斜井布置情況和施工需要，利用已

施工完成的 1、4號平洞分別作為調壓井豎井和 3號斜井的下部

施工通道，更換鉆(擴 )孔鉆頭和出渣。調壓井豎井利用架空索

道吊運反井鉆機至調壓井上室用 600n一寬軌道運進工作面安

裝，3號斜井利用上山支線公路運輸反井鉆機到 3號斜井進口

平臺處，用 600lnln寬軌道運至斜井中一tL,位置安裝。

3．4 導孔施工

反井鉆機安裝及試機正常后，從上至下鉆聲216lnln導孔。

反井鉆機施工的關鍵在于導孔鉆孔質量，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，實施不同的主、副泵工作壓力、

轉速和適時裝配穩定鉆桿進行控制。反井鉆機的鉆桿分為普通

鉆桿(1m)和穩定鉆桿 (0．5m)，穩定鉆桿比普通鉆桿外周多了

均勻分布的 4條 3cm厚的鋼肋板，其作用是導向，防止鉆桿隨

深度的增加旋轉產生過大彎曲、過大擺幅，起到穩定的作用，同

時保護鉆桿與孔壁的接觸磨損。在導井鉆進過程中采用的加設

穩定鉆桿方法如下：開始鉆進至 2m時必須加設 1根，鉆進 10m

時再加設 1根，然后每鉆進 15m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。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。在距孔底 3．0m范圍內降低鉆壓。鉆孔時要有足夠的翻

渣泥漿壓力和流量，以保證正常翻渣和護壁，從而確保正常鉆進

和防止塌孔卡鉆及井壁穩定安全。調壓井豎井導孔施工共鉆進

了 50m，最大單 Et進尺 8m，平均 2．5～3．5m／d(處理反井鉆機故

障時除外 )。3號斜井段施工共鉆進了 88m導孔，最大單 Et進尺

6m，平均 2～3m／d(處理反井鉆機故障時除外 )。

3．5 聲14OOITUTI擴孔施工

在聲216lnln導孔鉆通后，在下開挖工作面平段將導孔鉆頭

卸下更換聲1400lnln擴孔鉆頭，由下向上提拉鉆進，一根根卸下

鉆桿，直到上開挖工作面為止。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，采用副泵提供較小的、均

勻的動力，進尺較慢，控制在 10cm／h，以防鉆頭偏心受力過大而

扭斷鉆桿。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 7．8 ／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。

調壓井豎井擴孔施工共鉆進了 50m，最大單日進尺 6m，平

均 2～3m／d(處理反井鉆機故障時除外 )。3號斜井段施工共鉆

進了 88m導孔，最大單日進尺 4m，平均 2．5m／d(處理反井鉆機

故障時除外 )。

3．6 擴挖

導井形成后，采用鉆爆法自上而下擴挖，周邊采用光面爆破

以保證開挖質量。出渣由下開挖工作面平段進行，利用 ZO一26

型扒渣機裝 1t自卸汽車運輸至渣場。開挖后及時采用錨噴混

凝土等方式支護周邊圍巖。擴挖至一定安全距離后，在井口頂

拱位置設置激光指向儀 (定期校核)，用于測量放線工作，嚴格控

制超欠挖。

4 結語

通過 LM一200型反井鉆機在高橋電站工程中的應用，在施

工過程中對反井鉆機的性能和工作特點有如下幾點體會和認

識：

(1)反井鉆機不需要爆破，施工人員具有較高的安全性。

鉆進速度快、效率高、成本低。

(2)反井鉆機施工工期與鉆爆破法相比縮短很多，特別是

井身長度越深，使用反井鉆機效益越顯著。

(3)反井鉆機施工不需爆破，孔周圍巖石不破碎，巖層穩定

性高，孔壁平滑。

(編輯：反井鉆機 www.vfayjgw.cn）

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