從厄瓜多爾科卡科多-辛克雷水電站豎井工程
淺談反井鉆機在600米級深豎井中的施工技術與應用
 作者：中國水利水電第十四工程局有限公司大理分公司  溫永亮
摘要
厄瓜多爾科卡科多-辛克雷水電站（下稱CCS水電站）共有兩條豎井，采用芬蘭進口的最新型RHINO 1088DC型反井鉆機進行施工。這兩條豎井深度都達到527米，地質情況復雜，有大量破碎帶、夾泥層和流沙層，且地下水滲水量極大，巖石主要以頁巖、砂巖、凝灰?guī)r、流文巖和火山角礫巖為主。鉆孔的偏斜角度必須控制在0.1°左右，精度要求非常高，超出了大部分孔斜測量設備的儀器精度。其規(guī)模在世界水電工程領域位居前列，是CCS水電站施工難度較大的一條關鍵線路，并作為中國水利水電集團公司的科研項目，受到各方的密切關注。
CCS水電站1#豎井從導孔鉆進到擴孔完成，僅用76天就全部貫通（導孔鉆進53天，擴孔23天），擴孔速度平均23米/天，最高時達到53米/天，成孔質量較好，偏差可控。2#豎井由于導孔貫通后，地下水滲水量極大，達到800~1000立方米/小時，加上地質情況惡劣，在擴孔過程中發(fā)現(xiàn)大面積塌方，造成下孔口3次堵塞并最終被迫廢棄，不得不將豎井中心前移重新開孔，并于2013年12月擴孔完成。
由于該豎井深度較深，地質情況復雜，常規(guī)方法難于滿足要求，在反井鉆施工過程中，經(jīng)過不斷探索研究，采取了行之有效的施工工藝和手段，從而順利完成施工，本文主要就超深豎井的施工工藝、偏差控制措施、地下水滲水量極大的不良地質段的灌漿方法等進行詳細介紹，并對測斜方法及電視攝像進行簡介。
關鍵詞： 1 反井鉆  2 不良地質段 深孔灌漿  3 偏差控制  4 測斜 電視攝像
 

一、概述
    1.1、工程概況
厄瓜多爾科卡科多-辛克雷水電站（CCS水電站）為引水式電站，位于Ñapo省和Sucumbíos省之間的Chaco和Lumbaqui地區(qū)的coca河流域，電站位于Salado鎮(zhèn)，距首都基多約130km。電站裝機容量1500MW，發(fā)電量可以滿足厄瓜多爾全國75%的地區(qū)的用電需求。
目前在全球水電工程領域，深度超過500m的豎井已然不多。在中國國內水電工程中，到目前為止，利用反井鉆機施工的深豎井、斜井，其深度均在400米以內，CCS水電站兩條豎井深度都達到527米，地質情況復雜，巖石主要以頁巖、砂巖、凝灰?guī)r、流紋巖和火山角礫巖為主。鉆孔的偏斜角度必須控制在0.1°左右，精度要求非常高，超出了大部分孔斜測量設備的儀器精度。其規(guī)模在世界水電工程領域位居前列，是CCS水電站施工難度較大的一條關鍵線路，并作為集團公司的科研項目，受到各方的密切關注。
1.2、RHINO 1088DC反井鉆機簡介
 RHINO 1088DC反井鉆機產(chǎn)自芬蘭SANDVIK（山特維克）公司，主要用于礦山和水利水電工程豎井和斜井施工。該機型適用于海拔 -2000 m ~ +5000 m、 溫度 0°C ~ +35°C的地區(qū)，導孔直徑為280mm，擴孔直徑從660mm~5876mm共32種尺寸可供選擇（CCS水電站工程選用2134mm的擴孔刀盤），鉆孔角度為40~90º。
和傳統(tǒng)反井鉆機不同，該機型提升和推進部分采用液壓驅動，回轉部分采用兩臺130KW的直流電機驅動，提升能力為400噸，最大扭矩達300KN。設備性能穩(wěn)定，運行可靠，操控性強，鉆孔速度快，是超深豎井、斜井施工的一把利器。
二、地質情況
CCS水電站壓力管道所在部位地層從老至新依次為：① Misahualli火山巖(J-Km)，以火山凝灰?guī)r和火山角礫巖為主，頂部高程1100-1140m；② Hollin沉積巖(Kh)，泥巖和砂巖互層，頂部高程1180-1220m；③ Napo沉積巖(Kn)，泥巖、砂巖、灰?guī)r和泥灰?guī)r，以強風化為主；④ 第四系地層(Q)，復雜成因松散沉積，厚度一般5m~30m。上述地層中，泥巖一般為較軟巖，砂巖為較硬巖，火山凝灰?guī)r和火山角礫巖為硬巖。
前期勘測結果表明，壓力管道沿線出露4條斷層，其中2條為NE-SW走向，另外2條為NW-SE走向，均為陡傾角斷層。另外出露至少5條擠壓破碎帶，擠壓破碎帶也以陡傾角為主，破碎帶厚度從幾米到50m不等。鉆孔壓水試驗結果表明，除斷層或擠壓破碎帶外，一般巖體滲透性為弱-中等程度透水。依照RMR分級結果，豎井段Ⅱ類圍巖長度為443m，占全豎井段的82%；Ⅲ類圍巖長度為61m，占全豎井段的11%；Ⅴ類圍巖長度為40m，占全豎井段的7%。
三、施工工藝
施工工藝和傳統(tǒng)反井鉆機基本一致，但由于豎井的深度達到527米，所以對不同工施工階段的施工工藝提出了更高的要求。
3.1現(xiàn)場布置
在洞內由于受到場地限制，要求場地能滿足鉆機安裝、鉆桿吊運及反井鉆機運行的需要。工作場地范圍：13m×6m×6m（參考尺寸），為滿足吊裝、搬運、拆卸等要求，可適當加大尺寸。以下為現(xiàn)場設備布置圖：

反井鉆機現(xiàn)場布置圖
    
 
 
   3.2工藝流程
施工分四個階段進行：準備階段→導孔鉆進階段→擴孔階段→收尾階段，具體流程見工藝流程圖：

反井鉆工藝流程圖
 3.3準備階段
3.3.1基礎施工
包括基礎施工、水、電等條件具備、高精度測量、調校等，其中基礎施工尤為關鍵。該反井鉆機主機自重達18噸，當導孔貫通后，鉆桿重量達150噸，加上擴孔拉力，基礎承受壓力就會達到400噸，所以基礎的設計和施工非常關鍵。
通過荷載計算，形成鋼筋混凝土結構的基礎，基礎結構見下圖：

平面圖

立面圖
 
3.3.2基礎施工的要求
鉆機基礎直接影響到反井施工的偏差，關系著反井施工的成敗，所以基礎施工非常關鍵。
鉆機基礎及水池按以下要求施工：
（1）要求表面平整度為±3mm；
（2）混凝土必須在堅固的巖石上澆筑，澆筑前所有松動的巖石和碎屑必須清除干凈，澆筑的混凝土厚度不得小于2米；
（3）主機基礎配兩層鋼筋，以導孔為中心直徑2.5米范圍內不得配筋，以錯開擴孔位置；
（4）如下部巖層松散或地質情況不佳，必須將松散的部分全部清除干凈，并確保澆筑的混凝土厚度不得小于2000mm；
（5）固定主機的錨桿采用Ф28螺紋鋼筋，長2.5米（一頭套250mm的絲）；
（6）抽水池和沉砂池挖深1.5米，中間砌隔離墻，遠端設溢流口。要求底部平整，底部及四周用砂漿抹面。
3.3.3主機的測量調校及試運行
基礎澆筑完成，強度達到后，即可將反井鉆機的安裝就位，并利用全站儀等高精度測量儀器進行調校。基礎的平整度和主機的調校是偏差控制最基礎最重要的工作，直接決定成孔的精度，基礎表面平整度要求不超過±3mm，垂直度不超過±1mm。此項工作完成，方可進入下一階段施工。可按以下步驟進行：
（1）鉆機及其他附件安裝就位；
（2）鉆機測量校準；
（3）液壓系統(tǒng)管道聯(lián)接；
（4）電氣控制系統(tǒng)安裝；
（5）供水管道安裝；
（6）電控柜通電除濕；
（7）以上工作就緒后通電調試；
（8）鉆機試運行。
試運行正常后，即可開始導孔鉆進。
3.4導孔鉆進階段
3.4.1導孔鉆進原理
導孔鉆進原理：由兩臺直流電動機作為回轉動力，驅動變速箱帶動鉆桿旋轉，同時利用油缸的推進，使導孔芽輪鉆頭對巖體形成擠壓破碎，經(jīng)擠壓破碎后的巖渣，隨著鉆桿中心進來的洗孔水，由鉆桿與導孔間的環(huán)形空間從井口排出。



導孔鉆進示意圖
3.4.2導孔鉆進中的關鍵技術問題
導孔鉆進是反井鉆施工中的重點和難點，是反井施工中的重要環(huán)節(jié)，也較容易發(fā)生卡鉆等事故，往往決定反井工程的成敗。在以往反井鉆施工中，由于精度失控、不良地質段影響造成塌孔和洗孔水流失等原因而發(fā)生卡鉆事故，導致導孔鉆進失敗。在CCS水電站豎井工程中，我們制定采取了行之有效的偏差控制措施，并在施工中經(jīng)過不斷的摸索研究，使用了在其他反井施工中沒有用過的灌漿方法，并通過孔內電視攝像等高科技手段，更直觀、準確的掌握了地質情況，使得導孔順利貫通。
因此，在導孔鉆進階段，需要解決的關鍵技術問題是：① 偏差控制措施及孔偏精細量測技術；②滲水量極大的不良地質段的深孔灌漿措施。
對此，本節(jié)只作提點，將另章詳述。
3.4.3導孔鉆進的參數(shù)控制
導孔鉆進時的扭矩、推力和轉速控制見下表：

序號	項目	扭矩KN·m	推力t	轉速(r/min)	備注
1	開孔	＜10	6～9	5～8	鉆進速度控制在200分鐘/米
2	完整圍巖地層	＜10	＜26	17～19	鉆進速度控制在80分鐘/米
3	斷層、破碎帶	＜10	6～9	15～17	鉆進速度控制在100分鐘/米

上表數(shù)據(jù)僅為控制參考，在實施過程中，應根據(jù)巖性變化和扭矩變化情況，不斷調整鉆進參數(shù)，以取得最佳推力和鉆進速度。
導孔鉆進參數(shù)控制說明：
（1）開孔時，通過電位器設置6~9噸的鉆進壓力，并以5~8轉/分鐘的轉速慢速鉆進，直到先導鉆頭完全進入巖石；
（2）以9~12噸的鉆進壓力、8~10轉/分鐘的轉速慢速鉆進，鉆進速度控制在200分鐘/米，直到所有的穩(wěn)定鉆桿全部進入巖石；
（3）穩(wěn)定鉆桿全部進入巖石后，可以加大鉆進力，轉速可慢慢加至17~19轉/分鐘，鉆進速度控制在80分鐘/米，保持勻速，避免忽快忽慢，平穩(wěn)鉆進；
（4）一般情況下，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，對于硬巖和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓。
3.4.4導孔鉆進的注意事項
導孔鉆進時各方面密切配合，操作時注意以下幾點：
（1）離鉆透下水平通道3米左右，應逐漸降低鉆壓；
（2）對于導孔鉆進產(chǎn)生的巖渣，通過洗孔水沖到沉砂池，要及時清理，避免大量泥砂進入清水池；
（3）一根鉆桿鉆進完成后，必須等孔內的巖屑全部排出，循環(huán)水變清后，才能停泵接卸鉆桿；
（4）導孔鉆透后，停止泥漿（水）循環(huán)，但鉆機不能停轉，開始向孔內加清水，直到孔內的巖渣全部排出后才能停鉆；
（5）導孔鉆進過程中，如出現(xiàn)漏水現(xiàn)象或返水減小、返渣異常等情況，要及時停止鉆進，進行灌漿等相關處理；
（6）在整個導孔鉆進過程中，不得中途出現(xiàn)停電、停水等情況，否則會導致卡鉆等嚴重事故發(fā)生。
3.5擴孔階段
3.5.1擴孔原理
在下部隧洞拆掉導孔鉆頭，連接好擴孔刀盤，開始自下而上的提拉擴孔。擴大后的井筒直徑為2134mm，擴孔鉆進時破碎下來的巖屑靠自重落到下平洞，由裝載機或其它裝載設備運出。見擴孔示意圖：

擴孔示意圖
 
3.5.2擴孔參數(shù)控制
擴孔鉆進時的扭矩、推力和轉速控制見下表：

序號	項目	扭矩KN·m	拉力t	轉速(r/min)	備注
1	開孔	≤50	12～17	2～3
2	完整圍巖地層	≤100	＜200	8～10
3	斷層、破碎帶	≤80	＜100	2～4

上表數(shù)據(jù)僅為控制參考，在實施過程中，應根據(jù)巖性變化和扭矩變化情況，不斷調整鉆進參數(shù)，以取得最佳推力和鉆進速度。
 
擴孔參數(shù)控制說明：
（1）開孔時，通過電位器設置12~17噸的鉆進壓力，并以2~3轉/分鐘的轉速慢速鉆進，直到擴孔刀盤完全進入巖石；
（2）擴孔刀盤完全進入巖石后，確保全部滾刀均勻受力，可以加大提升拉力，以6~10轉/分鐘的轉速進行擴孔；
（3）擴孔時，扭矩不得超過100KNm，正常巖石狀況下控制在85~100KNm，轉速調節(jié)范圍為8~10轉/分鐘，最高不得超過10轉/分鐘；
（4）遇到破碎帶時，要及時將鉆進壓力、轉速降下來，盡量使反井鉆機振動小，平穩(wěn)運行。如果巖石非常破碎，除了及時降低鉆進壓力外，要將轉速降到2~4轉/分鐘，避免產(chǎn)生較大的振動；
3.5.3擴孔注意事項
（1）擴孔鉆進之前，應在上、下平洞之間建立良好的通訊（比如有線電話），以利于導孔鉆頭和擴孔鉆頭的拆卸和安裝工作。在下平洞確保有足夠的空間安裝擴孔刀盤并且擴孔刀盤安裝后可以正常上滑套。理想情況是，擴孔刀盤的中心刀頭應首先與巖石接觸，盡可能的避免只接觸到其中一邊而造成擴孔刀盤側面的過度負載。
（2）換鉆桿時，注意控制好刀盤與掌子面的距離，做到間隙盡量小又不影響校準，從而避免在破碎帶時因間隙過大而發(fā)生巖體坍塌；
（3）反井鉆機操作手要注意力集中，精心操作，聽到異常聲音或有異常振動等情況時，及時檢查調整；
（4）在擴孔過程中，要對反井鉆機進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；
（5）活動套是反井鉆機較容易出現(xiàn)問題的部位，稍有不慎就會發(fā)生嚴重后果，所以要求操作手在每根鉆桿更換時，都要對活動套進行仔細檢查，如果出現(xiàn)松動要及時緊固；
3.5.4擴孔不良地質段技術措施
在CCS水電站豎井反井鉆施工過程中，經(jīng)常遇到巖石破碎地段，并有夾泥層和流沙層，頁巖、砂巖、凝灰?guī)r、流紋巖和火山角礫巖等多種巖石交替穿插布置，使得巖石軟硬變化較大，且地下水滲水量極大。在一些地段，甚至出現(xiàn)循環(huán)水漏水、不返水情況，就容易造成卡鉆事故。在CCS水電站豎井1號井導孔鉆進過程中，就在孔口往下168米位置，出現(xiàn)返水突然急劇減少和短時間不返水現(xiàn)象，幸未造成事故。但在2號井導孔鉆進到243米時，由于上方（根據(jù)后來電視攝像資料顯示在125米）出現(xiàn)大面積塌孔，加上漏水嚴重，使得循環(huán)水無法返出，孔內大量泥砂迅速沉積，導致卡鉆的嚴重后果。
在導孔鉆進過程中，根據(jù)鉆進參數(shù)和返出來的渣料分析，可以形成較可靠的地質資料，在擴孔過程中具有指導意義，反井鉆機操作手可根據(jù)此資料及時調整擴孔參數(shù)，從而使設備安全、平穩(wěn)運行。
以CCS水電站2號豎井為例，根據(jù)導孔鉆孔記錄和巖渣樣本分析，形成了以下地質資料，對擴孔起到了重要作用：
（1）從巖層分布分析，井深在0~150米范圍，巖石相對較差，井深在150~527米范圍巖石相對較完整。在反擴鉆進過程中，根據(jù)巖層情況，井深在0~150米范圍按斷層破碎帶參數(shù)鉆進；井深在150~527米范圍按完整圍巖參數(shù)鉆進。
（2）根據(jù)導孔鉆進時對巖層情況的分析判斷，出現(xiàn)多處不良地質段，為順利通過不良地段，應采取降低拉力和轉速來控制鉆進速度，力求鉆機平穩(wěn)慢速鉆進。
具體詳見下表：
 不良地質段統(tǒng)計和對應鉆進措施

高程m	反擴進尺深度m	不良地質段長度m	不良地質巖性	導孔鉆孔深度m	導孔時鉆進出渣觀測及鉆進參數(shù)	反擴時措施	備注
1120~1113	476~483	7	深度44~47m夾泥，Hollin（Kh)地層與Misahualli（Jkm）地層過渡影響帶	44~51	巖石破碎，含泥量大，力減小	在遇到斷層和破碎帶時，力求反井鉆機運行平穩(wěn)，無明顯沖擊為宜，在鉆進過程中適時調整鉆進參數(shù)，以緩慢速度通過不良地質段。 嚴格控制鉆機參數(shù)控制。 在鉆到所列地層時，下平洞值班人員加強對出渣情況、水量的觀測，并進行詳細記錄，及時把情況匯報給應急領導小組，并通報給應井鉆操作人員。根據(jù)下平洞的觀測情況和鉆機鉆進參數(shù)變化，及時調整鉆進拉力。
1102~1085	448~465	17	Misahualli（Jkm）地層	62~79	巖石強度低，推力減小
1080~1054	417~443	26	深度84~85m夾泥，Misahualli（Jkm）地層	84~110	出渣較細、漏水、夾泥，推力偏低
819~803	166~182	16	流紋巖	345~361	出渣較細，漏水，疑似破碎帶
782~778	141~145	4	角礫巖夾流紋巖	382~386	扭矩變化大，巖石不均勻、破碎
767~755	118~130	12	凝灰?guī)r夾少量角礫巖、安山巖	397~409	扭矩異常，偶爾大于6KN·m，推測巖層破碎
721~687	50~84	34	凝灰?guī)r夾少量角礫巖、安山巖	443~477	鉆機振動大，推力和扭矩跳動不穩(wěn)定

 
在鉆進過程中，若出現(xiàn)無法繼續(xù)鉆進時，應及時匯報應急領導小組，停機分析產(chǎn)生原因，問題解決后，方能繼續(xù)擴孔鉆進。
 

3.5.5擴孔渣料管理
（1）取樣分析
由下平洞值班人員，在下井口對渣樣進行取樣分析，確定巖性變化，判斷是否存在塌方等異常情況。
渣料取樣后，進行統(tǒng)一存放和編號記錄，地質工程師根據(jù)渣樣情況進行分析整理。
（2）渣量統(tǒng)計
由下平洞值班人員，在鉆孔過程中，對所有導井出渣進行數(shù)量統(tǒng)計并記錄，通過分析出渣量確定是否存在塌方或堵井現(xiàn)象。
（3）出渣
所有導井渣料統(tǒng)一堆存在指定地點，用于進一步通過分析渣料情況，了解反井鉆反擴情況。為預防堵井，根據(jù)反擴速度，每天30米以內，出渣松方在160m3，即可裝車10車。出渣原則：每反擴不超過50米出一次渣，渣料離下井口3米高必須出渣。
3.5.6擴孔過程中的滲水觀測
在擴孔期間，安排專人在下平洞觀測滲水量并進行統(tǒng)計記錄和分析，發(fā)現(xiàn)異常，應按應急預案采取措施。
3.5.7擴孔事故處置流程
由于地質情況復雜，有大量破碎帶、夾泥層和流沙層，且地下水滲水量極大，豎井在擴孔期間，遇到不良地質段產(chǎn)生塌方、涌水造成廠房施工區(qū)及反井鉆機的安全風險非常大，為在風險發(fā)生時避免人員傷亡和鉆機損壞等情況的發(fā)生，成立了豎井擴孔施工應急小組，擴孔事故處置流程如下：
 
擴孔事故處置流程圖
3.6收尾階段
擴孔完成，經(jīng)過鉆頭吊裝、拆機、清理工作面、井口防護等工作后結束施工。
四、偏差控制措施及孔偏斜精細量測技術
   在反井鉆施工過程中，導孔的精度控制是關鍵，也是施工的難點。一般情況下，偏差控制在1% 以內符合要求。
   在超深豎井中，偏差更加難于控制，鉆進深度越深，越難于控制，根據(jù)CCS水電站豎井施工的經(jīng)驗，要達到理想的偏差控制，除了基本條件必須滿足要求外，在鉆進過程中，要嚴格控制鉆進參數(shù)，均速鉆進，并通過降低鉆進速度來減小偏差，但在井深達到400米以后，偏差可控性較差的，往往取決于地質情況好壞、巖石的走向等因素，所以必須在400米以前，使偏差得到最佳的控制。
   4.1偏差控制的基本要求
  （1）基礎達到要求
   基礎施工是偏差控制工作的第一步，是偏差控制的先決條件之一，基礎必須滿足平整度、穩(wěn)定性、強度的要求，基礎不能滿足要求，不得進行下一道工序施工。具體要求詳見3.3.1基礎施工。
  （2）測量校準無誤
   精確控制測量放樣，對主機水平進行校準，確保鉆桿垂直于水平面，也是偏差控制工作的關鍵步驟，直接影響到造孔精度；
  （3）嚴格控制鉆進參數(shù)，使設備在最佳狀態(tài)下平穩(wěn)推進。鉆進參數(shù)的設置詳見導孔、擴孔鉆進階段相關內容。
   4.2鉆孔過程中的偏差控制措施
   4.2.1合理配置穩(wěn)定鉆桿
穩(wěn)定鉆桿的作用主要是控制鉆頭在鉆進過程中順開孔方向直線鉆進，所以穩(wěn)定鉆桿和鉆頭直徑的合理配置是保證鉆孔精度的重要條件之一。穩(wěn)定鉆桿外徑為Φ280mm ，與導孔鉆頭鉆孔直徑相同，確保了穩(wěn)定鉆桿緊貼巖石面，使得導孔鉆進不偏離。配置穩(wěn)定鉆桿時注意以下幾點：
   (1) 開孔前檢查導孔鉆頭和穩(wěn)定鉆桿，要求導孔鉆頭直徑和穩(wěn)定鉆桿外徑相同，以保證鉆頭與鉆桿同心，確保鉆孔的精度；
   (2) 穩(wěn)定鉆桿的磨損如超過 3 mm，其穩(wěn)定作用減小，就不得再繼續(xù)使用，只能作報廢處理；
   (3) 穩(wěn)定鉆桿的配置采取鉆頭后連續(xù)裝6～7根穩(wěn)定鉆桿（CCS水電站1號井配置7根，1號井配置6根），根據(jù)地質情況，CCS水電站兩條豎井地質情況都較差，所以后面不配置穩(wěn)定鉆桿。
  4.2.2合理控制鉆進速度
  合理控制導孔鉆進速度是控制偏差的另一關鍵手段，鉆進壓力、轉速決定了鉆進速度，而鉆進速度取決于操作人員對鉆進參數(shù)的合理控制。鉆桿是鋼性體，具有一定的撓度，在造孔過程中其撓度與長度及所施加的鉆壓成正比，鉆壓越大，長度越長，撓度也越大，這樣鉆桿偏離軸線的機率也越大，精度越難以保證，而鉆壓較小，造孔速度就會下降，因此正確控制鉆進速度是保證導孔精度的重要條件之一。同時鉆進參數(shù)選擇還要根據(jù)地質情況等多方面因素確定，由操作員在施工過程中根據(jù)不同情況及時調整。 
   以CCS水電站兩條豎井為例，導孔開孔時速度較慢，一般控制在200分鐘/米，待穩(wěn)定鉆桿全部進入巖石后可適當加速，但前面50~100米內速度不宜過快，盡量做到0偏差，否則后面的偏差控制難于達到要求，50~100米以后正常鉆進，速度一般控制在80分鐘/米，和斜井施工有所不同，豎井的反井施工可以通過合理控制鉆進速度來控制偏差。
   4.3偏差測量
   在反井鉆施工中，豎井的孔位偏差測量是反井鉆施工中必不可少的輔助手段之一，鉆頭進入巖石后，對其偏斜的方位無法進行有效監(jiān)控，只能通過測斜儀進行孔偏差的測量，掌握其情況，從而指導下一步鉆進。目前使用的測斜儀有多種，CCS水電站采用瑞典進口的型號為REFLEXEZ-TRAC™的高精度測斜儀，REFLEXEZ-TRAC™測斜儀可以測出當前測量位置的水平角、方位角、磁偏角、磁場強度、溫度等。
   4.3.1 REFLEXEZ-TRAC™測斜儀的原理
   目前使用的測斜儀有多種多樣，大多利用地磁場原理。REFLEXEZ-TRAC™測斜儀同樣利用地磁場，根據(jù)測量出的水平角、方位角、磁偏角和當前的測量距離，而計算出偏斜方向和偏斜距離。
   4.3.2 REFLEXEZ-TRAC™測斜儀使用注意事項
   任何人工或者天然的磁場都會對測斜儀造成干擾，從而影響測量精度，所以在測量時要注意：
  （1）在用測斜儀進行測量前，必須把鉆桿全部取出孔外；
  （2）測量探頭3米范圍內不得有錨桿等鐵件；
  （3）可以采用麻繩或者尼龍繩來懸掛探頭；
  （4）按下手持機測量按鈕時要保持懸掛探頭的繩索穩(wěn)定，不得移動；
  （5）在測量點附近可能會遇到鐵礦石，會造成干擾，使測量結果不準確，所以在對測量結果進行分析時，可以將有異常的數(shù)據(jù)過濾掉。
   4.3.2測斜方法
   主要有單點測量和多點測量兩種測斜方法，單點測量只能測一個點的偏斜，多點測量可以根據(jù)需要設置測量間距，從而掌握整條導孔的偏斜情況。在CCS水電站豎井的測斜中，我們采用多點測量。
  以下為2號井300米測斜示例：從圖表中可以看到測量間距為10米，從0~300米進行了31次測量，并且準確顯示每個部位的偏斜方向、偏斜距離、水平角、磁偏角等信息，例如300米時：往東偏86cm，往南偏116cm。（注：該孔527米打通后偏斜4.7米。）
 
   300測斜示例
五、滲水量極大的不良地質段的深孔灌漿
   導孔在鉆進過程中，鉆桿遇到斷層、裂隙、溶溝、溶槽或軟弱夾層等不良地質段時，導孔會發(fā)生偏斜，容易導致導孔偏離原設計軸線，甚至會出現(xiàn)突然塌孔，無法返水返渣情況，致使孔內巖渣沉淀而堵塞，鉆進無法繼續(xù)，嚴重時會導致卡鉆、埋鉆等嚴重后果。遇到因地質情況而無法繼續(xù)導孔鉆進時，通常要進行灌漿處理，直到返水返渣恢復正常后方可繼續(xù)鉆進。
   傳統(tǒng)的灌漿方法是:拌制0.4~0.55水灰比的水泥漿或水泥砂漿，通過灌漿設備或人工自流輸送漿液的方法進行灌注，利用漿液填充斷層、裂隙、溶溝、溶槽，灌注漿液24小時后即可進行鉆孔施工。這種方法適用于淺孔，并且孔內無滲水或者滲水里極小的導孔。但對于CCS水電站兩條孔深達527米、孔內滲水量極大的導孔，傳統(tǒng)的灌漿方法無法滿足要求。為此我們經(jīng)過反復試驗研究，摸索出相對有效的灌漿方法，使導孔順利貫通。下面結合CCS水電站灌漿實例來進行介紹。
   5.1概況
   CCS水電站豎井導孔鉆孔深、孔徑大、滲水量大，孔內情況復雜，鉆進過程中，遇到斷層破碎帶、砂層等地質不良段，出現(xiàn)塌孔、擴徑、反水不暢等現(xiàn)象，影響正常鉆進。根據(jù)CCS豎井施工的實際情況，要對不良地質段進行灌漿，目的是對導孔進行鉆孔護壁，對反拉導井范圍內的巖石進行固結，力求確保反井鉆施工順利進行，就現(xiàn)場灌漿作業(yè)提出以下方法。
   5.2灌漿方法比選
   導孔灌漿方法有以下幾種：①、下導管注漿靠自重灌漿法；②、下純壓灌漿塞自上而下分段卡塞灌漿法；③、孔口封閉孔內循環(huán)式灌漿法；④、孔口封閉純壓式灌注法；⑤、孔口封閉、下小導管排水減壓灌漿法。
    方法①：由于孔內情況復雜且不可見，拔管的速度難于控制。拔的過快，將造成部分孔段注漿不密實；拔的過慢，孔內的漿液很有可能把灌漿管凝住造成孔內事故，且只能護壁，固結作用小。
    方法②：現(xiàn)場無匹配栓塞，灌漿次數(shù)多，起下栓塞費工費時，且掉管卡塞、繞滲埋塞事故無法控制。
    方法③：同時存在前兩種方法的弊端，實際形成循環(huán)的可能性小。
    方法④：鉆孔深度大、地下水位高，灌漿漿液受孔內地下水的頂托難于到達鉆孔下部對巖石裂隙進行有效固結，灌漿效果差。
方法⑤：基于以上比選提出第五種灌漿方法，即孔口封閉、小導管孔底排水減壓灌漿法（見灌漿示意圖）。這種方法的優(yōu)點是孔內只下入小直徑排水管，重量小、安全易操作，通過排水減壓能改善純壓灌注孔底段灌漿效果不好的情況。不足之處是因排水管直徑小排水減壓有限。
   5.3孔口封閉、導管排水減壓灌漿方法程序
   CCS水電站井工程，經(jīng)反復試驗，采用了上述第⑤種方法進行灌漿，取得了良好的效果，下面以2號豎井打到94米時進行的灌漿為例，對這種方法進行介紹。
   5.3.1準備工作
   ①、鉆桿從導孔內取出來后，進行孔內電視攝像，根據(jù)孔內電視攝像結果，結合導孔鉆孔記錄和從孔內返出來的巖渣樣本情況，知道從孔口以下40米~80米巖石都有不同程度的破碎，其中44米附近巖石較為破碎并有較大塌孔，是造成返渣困難的主要原因，因此確定主要需要灌注的是44米附近巖石。
   ②、預設4根塑料管（直徑為25mm），1根作為灌漿管下放至孔底；1根下至44米，前期壓力供風，灌漿至44米后作為灌漿管往里注漿；另兩要預埋到封口混凝土下方，作為排氣、排水管,最終用作回漿管。
   ③、下管完成后，用混凝土將孔口封閉，封閉深度為1.2米。
   ④水灰比：漿液采用水灰比為0.9：1或1：1的水泥漿，并添加0.5%的緩凝劑和0.5%的膨潤土。
   準備工作完成后，即可進行灌漿，下面為示意圖：
 
灌漿示意圖
 
   5.3.2灌漿注意事項
   ①灌漿時注意：若灌漿管堵塞，可立即用兩根排氣、排水、回漿管進行灌漿。
   ②從開始注漿到注漿完成，中間不得有中斷，這就要求漿液的供應要有保障。
   5.3.3灌漿步驟
   ①、從灌漿孔1往孔底注漿；同時從灌漿管2往孔里通風加壓，迫使孔里的水從排水管排出；
   ②、灌漿達到44米位置時，從灌漿管2往孔里注漿（此時灌漿管1的注漿不停止）；
   ③、持續(xù)注漿，直到看到排水管有濃漿排出，然后將排氣、排不管封閉，并保持2~2.5mpa的注漿壓力繼續(xù)注漿，直到吃漿量小于10L/分鐘時停止灌漿。
   ④、封閉所有管口，至此，灌漿完成。

灌漿工藝流程圖

六、總結及建議   
   厄瓜多爾科卡科多·辛克雷水電站（CCS水電站）兩條深豎井的反井鉆施工，經(jīng)受了巨大的挑戰(zhàn)，由于在國內水利水電行業(yè)，還沒有深度超過400米的豎井，沒有類似的施工經(jīng)驗，面對復雜多變的地質情況，經(jīng)過各方不懈的探索研究，終于找到了適合本工程的施工方案。
   這兩條527米豎井的順利貫通，無論是豎井長度還是鉆進速度、精度，在水電工程中都是極為罕見的，為水利水電反井鉆施工工程又增添了濃墨重彩的一筆，通過本工程的施工，證明了我們采取的針對各種復雜情況的施工方法，是卓有成效的，希望給在類似工程起到借鑒作用。
   下面就深豎井反井鉆施工，總結出幾點建議，供參考：
   1、反井鉆導孔鉆進階段，因為停電或者其他原因造成水循環(huán)中斷，導孔內泥砂迅速沉積而造成埋鉆的事故很多，這種事故給工程造成的打擊是致命的。因此，為避免或減小出事機率，建議施工現(xiàn)場要有可靠的備用電源和水循環(huán)系統(tǒng)，并且確保能夠在2分鐘內使水循環(huán)起來，從而避免泥砂沉積造成埋鉆；
   2、渣料管理是反井鉆施工中的一項空白，尤其是導孔階段的渣料管理非常關鍵，建議在導孔鉆進過程中，在巖渣和泥砂進入沉砂池之前把其撈出來，取樣并計算其數(shù)量。這樣做的好處是：①可以隨時掌握地下巖石情況，便于操作手及時調整鉆進參數(shù)；②如果出渣的數(shù)量和正常數(shù)量相關較大（減少或增加），則可判斷孔內現(xiàn)塌孔，一般情況下，如果塌孔較大，則出渣量會很少，且出渣狀態(tài)是先少后多，出渣不均勻，這種情況下，埋鉆的風險非常高，最好的辦法就是立即提鉆，把鉆桿全部取出孔外，然后進行灌漿等相應處理。
   3、擴孔滾刀的壽命有限，一般難以超過300米，因此，深度超過300米的豎井、斜井擴孔時，無論擴孔滾刀狀況如何，建議在300米左右將擴孔刀盤往下放到下平洞進行檢查，更換滾刀，然后再繼續(xù)擴孔。（如果有大規(guī)模塌方，則不建議往下放）