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(jī)在600米級(jí)深豎井中的施工技術(shù)與應(yīng)用
 作者：中國(guó)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(jìn)口的最新型RHINO 1088DC型反井鉆機(jī)進(jìn)行施工。這兩條豎井深度都達(dá)到527米，地質(zhì)情況復(fù)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(yè)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(cè)量設(shè)備的儀器精度。其規(guī)模在世界水電工程領(lǐng)域位居前列，是CCS水電站施工難度較大的一條關(guān)鍵線路，并作為中國(guó)水利水電集團(tuán)公司的科研項(xiàng)目，受到各方的密切關(guān)注。
CCS水電站1#豎井從導(dǎo)孔鉆進(jìn)到擴(kuò)孔完成，僅用76天就全部貫通（導(dǎo)孔鉆進(jìn)53天，擴(kuò)孔23天），擴(kuò)孔速度平均23米/天，最高時(shí)達(dá)到53米/天，成孔質(zhì)量較好，偏差可控。2#豎井由于導(dǎo)孔貫通后，地下水滲水量極大，達(dá)到800~1000立方米/小時(shí)，加上地質(zhì)情況惡劣，在擴(kuò)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(kuò)孔完成。
由于該豎井深度較深，地質(zhì)情況復(fù)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(zhì)段的灌漿方法等進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)測(cè)斜方法及電視攝像進(jìn)行簡(jiǎn)介。
關(guān)鍵詞： 1 反井鉆  2 不良地質(zhì)段 深孔灌漿  3 偏差控制  4 測(cè)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(jī)容量1500MW，發(fā)電量可以滿足厄瓜多爾全國(guó)75%的地區(qū)的用電需求。
目前在全球水電工程領(lǐng)域，深度超過500m的豎井已然不多。在中國(guó)國(guó)內(nèi)水電工程中，到目前為止，利用反井鉆機(jī)施工的深豎井、斜井，其深度均在400米以內(nèi)，CCS水電站兩條豎井深度都達(dá)到527米，地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石主要以頁(yè)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(cè)量設(shè)備的儀器精度。其規(guī)模在世界水電工程領(lǐng)域位居前列，是CCS水電站施工難度較大的一條關(guān)鍵線路，并作為集團(tuán)公司的科研項(xiàng)目，受到各方的密切關(guān)注。
1.2、RHINO 1088DC反井鉆機(jī)簡(jiǎn)介
 RHINO 1088DC反井鉆機(jī)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(jī)型適用于海拔 -2000 m ~ +5000 m、 溫度 0°C ~ +35°C的地區(qū)，導(dǎo)孔直徑為280mm，擴(kuò)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(kuò)孔刀盤），鉆孔角度為40~90º。
和傳統(tǒng)反井鉆機(jī)不同，該機(jī)型提升和推進(jìn)部分采用液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)部分采用兩臺(tái)130KW的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提升能力為400噸，最大扭矩達(dá)300KN。設(shè)備性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操控性強(qiáng)，鉆孔速度快，是超深豎井、斜井施工的一把利器。
二、地質(zhì)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(qiáng)風(fēng)化為主；④ 第四系地層(Q)，復(fù)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(cè)結(jié)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(yàn)結(jié)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(jí)結(jié)果，豎井段Ⅱ類圍巖長(zhǎng)度為443m，占全豎井段的82%；Ⅲ類圍巖長(zhǎng)度為61m，占全豎井段的11%；Ⅴ類圍巖長(zhǎng)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(jī)基本一致，但由于豎井的深度達(dá)到527米，所以對(duì)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(chǎng)布置
在洞內(nèi)由于受到場(chǎng)地限制，要求場(chǎng)地能滿足鉆機(jī)安裝、鉆桿吊運(yùn)及反井鉆機(jī)運(yùn)行的需要。工作場(chǎng)地范圍：13m×6m×6m（參考尺寸），為滿足吊裝、搬運(yùn)、拆卸等要求，可適當(dāng)加大尺寸。以下為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖：

反井鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置圖
    
 
 
   3.2工藝流程
施工分四個(gè)階段進(jìn)行：準(zhǔn)備階段→導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段→擴(kuò)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(zhǔn)備階段
3.3.1基礎(chǔ)施工
包括基礎(chǔ)施工、水、電等條件具備、高精度測(cè)量、調(diào)校等，其中基礎(chǔ)施工尤為關(guān)鍵。該反井鉆機(jī)主機(jī)自重達(dá)18噸，當(dāng)導(dǎo)孔貫通后，鉆桿重量達(dá)150噸，加上擴(kuò)孔拉力，基礎(chǔ)承受壓力就會(huì)達(dá)到400噸，所以基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工非常關(guān)鍵。
通過荷載計(jì)算，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見下圖：

平面圖

立面圖
 
3.3.2基礎(chǔ)施工的要求
鉆機(jī)基礎(chǔ)直接影響到反井施工的偏差，關(guān)系著反井施工的成敗，所以基礎(chǔ)施工非常關(guān)鍵。
鉆機(jī)基礎(chǔ)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(jiān)固的巖石上澆筑，澆筑前所有松動(dòng)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(jī)基礎(chǔ)配兩層鋼筋，以導(dǎo)孔為中心直徑2.5米范圍內(nèi)不得配筋，以錯(cuò)開擴(kuò)孔位置；
（4）如下部巖層松散或地質(zhì)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(jī)的錨桿采用Ф28螺紋鋼筋，長(zhǎng)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(yuǎn)端設(shè)溢流口。要求底部平整，底部及四周用砂漿抹面。
3.3.3主機(jī)的測(cè)量調(diào)校及試運(yùn)行
基礎(chǔ)澆筑完成，強(qiáng)度達(dá)到后，即可將反井鉆機(jī)的安裝就位，并利用全站儀等高精度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行調(diào)校。基礎(chǔ)的平整度和主機(jī)的調(diào)校是偏差控制最基礎(chǔ)最重要的工作，直接決定成孔的精度，基礎(chǔ)表面平整度要求不超過±3mm，垂直度不超過±1mm。此項(xiàng)工作完成，方可進(jìn)入下一階段施工?？砂匆韵虏襟E進(jìn)行：
（1）鉆機(jī)及其他附件安裝就位；
（2）鉆機(jī)測(cè)量校準(zhǔn)；
（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(diào)試；
（8）鉆機(jī)試運(yùn)行。
試運(yùn)行正常后，即可開始導(dǎo)孔鉆進(jìn)。
3.4導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段
3.4.1導(dǎo)孔鉆進(jìn)原理
導(dǎo)孔鉆進(jìn)原理：由兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)作為回轉(zhuǎn)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)變速箱帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)利用油缸的推進(jìn)，使導(dǎo)孔芽輪鉆頭對(duì)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(jìn)來的洗孔水，由鉆桿與導(dǎo)孔間的環(huán)形空間從井口排出。



導(dǎo)孔鉆進(jìn)示意圖
3.4.2導(dǎo)孔鉆進(jìn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題
導(dǎo)孔鉆進(jìn)是反井鉆施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，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(zhì)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(dǎo)致導(dǎo)孔鉆進(jìn)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(nèi)電視攝像等高科技手段，更直觀、準(zhǔn)確的掌握了地質(zhì)情況，使得導(dǎo)孔順利貫通。
因此，在導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是：① 偏差控制措施及孔偏精細(xì)量測(cè)技術(shù)；②滲水量極大的不良地質(zhì)段的深孔灌漿措施。
對(duì)此，本節(jié)只作提點(diǎn)，將另章詳述。
3.4.3導(dǎo)孔鉆進(jìn)的參數(shù)控制
導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)的扭矩、推力和轉(zhuǎn)速控制見下表：

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

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

擴(kuò)孔示意圖
 
3.5.2擴(kuò)孔參數(shù)控制
擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)的扭矩、推力和轉(zhuǎn)速控制見下表：

序號(hào)	項(xiàng)目	扭矩KN·m	拉力t	轉(zhuǎn)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(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)巖性變化和扭矩變化情況，不斷調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以取得最佳推力和鉆進(jìn)速度。
 
擴(kuò)孔參數(shù)控制說明：
（1）開孔時(shí)，通過電位器設(shè)置12~17噸的鉆進(jìn)壓力，并以2~3轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速慢速鉆進(jìn)，直到擴(kuò)孔刀盤完全進(jìn)入巖石；
（2）擴(kuò)孔刀盤完全進(jìn)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(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行擴(kuò)孔；
（3）擴(kuò)孔時(shí)，扭矩不得超過100KNm，正常巖石狀況下控制在85~100KNm，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為8~10轉(zhuǎn)/分鐘，最高不得超過10轉(zhuǎn)/分鐘；
（4）遇到破碎帶時(shí)，要及時(shí)將鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速降下來，盡量使反井鉆機(jī)振動(dòng)小，平穩(wěn)運(yùn)行。如果巖石非常破碎，除了及時(shí)降低鉆進(jìn)壓力外，要將轉(zhuǎn)速降到2~4轉(zhuǎn)/分鐘，避免產(chǎn)生較大的振動(dòng)；
3.5.3擴(kuò)孔注意事項(xiàng)
（1）擴(kuò)孔鉆進(jìn)之前，應(yīng)在上、下平洞之間建立良好的通訊（比如有線電話），以利于導(dǎo)孔鉆頭和擴(kuò)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(kuò)孔刀盤并且擴(kuò)孔刀盤安裝后可以正常上滑套。理想情況是，擴(kuò)孔刀盤的中心刀頭應(yīng)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(kuò)孔刀盤側(cè)面的過度負(fù)載。
（2）換鉆桿時(shí)，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(zhǔn)，從而避免在破碎帶時(shí)因間隙過大而發(fā)生巖體坍塌；
（3）反井鉆機(jī)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(dòng)等情況時(shí)，及時(shí)檢查調(diào)整；
（4）在擴(kuò)孔過程中，要對(duì)反井鉆機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理；
（5）活動(dòng)套是反井鉆機(jī)較容易出現(xiàn)問題的部位，稍有不慎就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重后果，所以要求操作手在每根鉆桿更換時(shí)，都要對(duì)活動(dòng)套進(jìn)行仔細(xì)檢查，如果出現(xiàn)松動(dòng)要及時(shí)緊固；
3.5.4擴(kuò)孔不良地質(zhì)段技術(shù)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(yè)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(hào)井導(dǎo)孔鉆進(jìn)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(shí)間不返水現(xiàn)象，幸未造成事故。但在2號(hào)井導(dǎo)孔鉆進(jìn)到243米時(shí)，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(yán)重，使得循環(huán)水無(wú)法返出，孔內(nèi)大量泥砂迅速沉積，導(dǎo)致卡鉆的嚴(yán)重后果。
在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，根據(jù)鉆進(jìn)參數(shù)和返出來的渣料分析，可以形成較可靠的地質(zhì)資料，在擴(kuò)孔過程中具有指導(dǎo)意義，反井鉆機(jī)操作手可根據(jù)此資料及時(shí)調(diào)整擴(kuò)孔參數(shù)，從而使設(shè)備安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
以CCS水電站2號(hào)豎井為例，根據(jù)導(dǎo)孔鉆孔記錄和巖渣樣本分析，形成了以下地質(zhì)資料，對(duì)擴(kuò)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(duì)較差，井深在150~527米范圍巖石相對(duì)較完整。在反擴(kuò)鉆進(jìn)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(jìn)；井深在150~527米范圍按完整圍巖參數(shù)鉆進(jìn)。
（2）根據(jù)導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)對(duì)巖層情況的分析判斷，出現(xiàn)多處不良地質(zhì)段，為順利通過不良地段，應(yīng)采取降低拉力和轉(zhuǎn)速來控制鉆進(jìn)速度，力求鉆機(jī)平穩(wěn)慢速鉆進(jìn)。
具體詳見下表：
 不良地質(zhì)段統(tǒng)計(jì)和對(duì)應(yīng)鉆進(jìn)措施

高程m	反擴(kuò)進(jìn)尺深度m	不良地質(zhì)段長(zhǎng)度m	不良地質(zhì)巖性	導(dǎo)孔鉆孔深度m	導(dǎo)孔時(shí)鉆進(jìn)出渣觀測(cè)及鉆進(jìn)參數(shù)	反擴(kuò)時(shí)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(shí)，力求反井鉆機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)明顯沖擊為宜，在鉆進(jìn)過程中適時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以緩慢速度通過不良地質(zhì)段。 嚴(yán)格控制鉆機(jī)參數(shù)控制。 在鉆到所列地層時(shí)，下平洞值班人員加強(qiáng)對(duì)出渣情況、水量的觀測(cè)，并進(jìn)行詳細(xì)記錄，及時(shí)把情況匯報(bào)給應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，并通報(bào)給應(yīng)井鉆操作人員。根據(jù)下平洞的觀測(cè)情況和鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)變化，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)拉力。
1102~1085	448~465	17	Misahualli（Jkm）地層	62~79	巖石強(qiáng)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(xì)、漏水、夾泥，推力偏低
819~803	166~182	16	流紋巖	345~361	出渣較細(xì)，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(cè)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(jī)振動(dòng)大，推力和扭矩跳動(dòng)不穩(wěn)定

 
在鉆進(jìn)過程中，若出現(xiàn)無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，停機(jī)分析產(chǎn)生原因，問題解決后，方能繼續(xù)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。
 

3.5.5擴(kuò)孔渣料管理
（1）取樣分析
由下平洞值班人員，在下井口對(duì)渣樣進(jìn)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(jìn)行統(tǒng)一存放和編號(hào)記錄，地質(zhì)工程師根據(jù)渣樣情況進(jìn)行分析整理。
（2）渣量統(tǒng)計(jì)
由下平洞值班人員，在鉆孔過程中，對(duì)所有導(dǎo)井出渣進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)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(dǎo)井渣料統(tǒng)一堆存在指定地點(diǎn)，用于進(jìn)一步通過分析渣料情況，了解反井鉆反擴(kuò)情況。為預(yù)防堵井，根據(jù)反擴(kuò)速度，每天30米以內(nèi)，出渣松方在160m3，即可裝車10車。出渣原則：每反擴(kuò)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(kuò)孔過程中的滲水觀測(cè)
在擴(kuò)孔期間，安排專人在下平洞觀測(cè)滲水量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄和分析，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)按應(yīng)急預(yù)案采取措施。
3.5.7擴(kuò)孔事故處置流程
由于地質(zhì)情況復(fù)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(kuò)孔期間，遇到不良地質(zhì)段產(chǎn)生塌方、涌水造成廠房施工區(qū)及反井鉆機(jī)的安全風(fēng)險(xiǎn)非常大，為在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)避免人員傷亡和鉆機(jī)損壞等情況的發(fā)生，成立了豎井?dāng)U孔施工應(yīng)急小組，擴(kuò)孔事故處置流程如下：
 
擴(kuò)孔事故處置流程圖
3.6收尾階段
擴(kuò)孔完成，經(jīng)過鉆頭吊裝、拆機(jī)、清理工作面、井口防護(hù)等工作后結(jié)束施工。
四、偏差控制措施及孔偏斜精細(xì)量測(cè)技術(shù)
   在反井鉆施工過程中，導(dǎo)孔的精度控制是關(guān)鍵，也是施工的難點(diǎn)。一般情況下，偏差控制在1% 以內(nèi)符合要求。
   在超深豎井中，偏差更加難于控制，鉆進(jìn)深度越深，越難于控制，根據(jù)CCS水電站豎井施工的經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到理想的偏差控制，除了基本條件必須滿足要求外，在鉆進(jìn)過程中，要嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，均速鉆進(jìn)，并通過降低鉆進(jìn)速度來減小偏差，但在井深達(dá)到400米以后，偏差可控性較差的，往往取決于地質(zhì)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(chǔ)達(dá)到要求
   基礎(chǔ)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(chǔ)必須滿足平整度、穩(wěn)定性、強(qiáng)度的要求，基礎(chǔ)不能滿足要求，不得進(jìn)行下一道工序施工。具體要求詳見3.3.1基礎(chǔ)施工。
  （2）測(cè)量校準(zhǔn)無(wú)誤
   精確控制測(cè)量放樣，對(duì)主機(jī)水平進(jìn)行校準(zhǔn)，確保鉆桿垂直于水平面，也是偏差控制工作的關(guān)鍵步驟，直接影響到造孔精度；
  （3）嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，使設(shè)備在最佳狀態(tài)下平穩(wěn)推進(jìn)。鉆進(jìn)參數(shù)的設(shè)置詳見導(dǎo)孔、擴(kuò)孔鉆進(jìn)階段相關(guān)內(nèi)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(jìn)過程中順開孔方向直線鉆進(jìn)，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(dǎo)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(dǎo)孔鉆進(jìn)不偏離。配置穩(wěn)定鉆桿時(shí)注意以下幾點(diǎn)：
   (1) 開孔前檢查導(dǎo)孔鉆頭和穩(wěn)定鉆桿，要求導(dǎo)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(bào)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(hào)井配置7根，1號(hào)井配置6根），根據(jù)地質(zhì)情況，CCS水電站兩條豎井地質(zhì)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(jìn)速度
  合理控制導(dǎo)孔鉆進(jìn)速度是控制偏差的另一關(guān)鍵手段，鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了鉆進(jìn)速度，而鉆進(jìn)速度取決于操作人員對(duì)鉆進(jìn)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(zhǎng)度及所施加的鉆壓成正比，鉆壓越大，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，撓度也越大，這樣鉆桿偏離軸線的機(jī)率也越大，精度越難以保證，而鉆壓較小，造孔速度就會(huì)下降，因此正確控制鉆進(jìn)速度是保證導(dǎo)孔精度的重要條件之一。同時(shí)鉆進(jìn)參數(shù)選擇還要根據(jù)地質(zhì)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(shí)調(diào)整。 
   以CCS水電站兩條豎井為例，導(dǎo)孔開孔時(shí)速度較慢，一般控制在200分鐘/米，待穩(wěn)定鉆桿全部進(jìn)入巖石后可適當(dāng)加速，但前面50~100米內(nèi)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(dá)到要求，50~100米以后正常鉆進(jìn)，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(jìn)速度來控制偏差。
   4.3偏差測(cè)量
   在反井鉆施工中，豎井的孔位偏差測(cè)量是反井鉆施工中必不可少的輔助手段之一，鉆頭進(jìn)入巖石后，對(duì)其偏斜的方位無(wú)法進(jìn)行有效監(jiān)控，只能通過測(cè)斜儀進(jìn)行孔偏差的測(cè)量，掌握其情況，從而指導(dǎo)下一步鉆進(jìn)。目前使用的測(cè)斜儀有多種，CCS水電站采用瑞典進(jìn)口的型號(hào)為REFLEXEZ-TRAC™的高精度測(cè)斜儀，REFLEXEZ-TRAC™測(cè)斜儀可以測(cè)出當(dāng)前測(cè)量位置的水平角、方位角、磁偏角、磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度等。
   4.3.1 REFLEXEZ-TRAC™測(cè)斜儀的原理
   目前使用的測(cè)斜儀有多種多樣，大多利用地磁場(chǎng)原理。REFLEXEZ-TRAC™測(cè)斜儀同樣利用地磁場(chǎng)，根據(jù)測(cè)量出的水平角、方位角、磁偏角和當(dāng)前的測(cè)量距離，而計(jì)算出偏斜方向和偏斜距離。
   4.3.2 REFLEXEZ-TRAC™測(cè)斜儀使用注意事項(xiàng)
   任何人工或者天然的磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)測(cè)斜儀造成干擾，從而影響測(cè)量精度，所以在測(cè)量時(shí)要注意：
  （1）在用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量前，必須把鉆桿全部取出孔外；
  （2）測(cè)量探頭3米范圍內(nèi)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(jī)測(cè)量按鈕時(shí)要保持懸掛探頭的繩索穩(wěn)定，不得移動(dòng)；
  （5）在測(cè)量點(diǎn)附近可能會(huì)遇到鐵礦石，會(huì)造成干擾，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，所以在對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，可以將有異常的數(shù)據(jù)過濾掉。
   4.3.2測(cè)斜方法
   主要有單點(diǎn)測(cè)量和多點(diǎn)測(cè)量?jī)煞N測(cè)斜方法，單點(diǎn)測(cè)量只能測(cè)一個(gè)點(diǎn)的偏斜，多點(diǎn)測(cè)量可以根據(jù)需要設(shè)置測(cè)量間距，從而掌握整條導(dǎo)孔的偏斜情況。在CCS水電站豎井的測(cè)斜中，我們采用多點(diǎn)測(cè)量。
  以下為2號(hào)井300米測(cè)斜示例：從圖表中可以看到測(cè)量間距為10米，從0~300米進(jìn)行了31次測(cè)量，并且準(zhǔn)確顯示每個(gè)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(shí)：往東偏86cm，往南偏116cm。（注：該孔527米打通后偏斜4.7米。）
 
   300測(cè)斜示例
五、滲水量極大的不良地質(zhì)段的深孔灌漿
   導(dǎo)孔在鉆進(jìn)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(zhì)段時(shí)，導(dǎo)孔會(huì)發(fā)生偏斜，容易導(dǎo)致導(dǎo)孔偏離原設(shè)計(jì)軸線，甚至?xí)霈F(xiàn)突然塌孔，無(wú)法返水返渣情況，致使孔內(nèi)巖渣沉淀而堵塞，鉆進(jìn)無(wú)法繼續(xù)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致卡鉆、埋鉆等嚴(yán)重后果。遇到因地質(zhì)情況而無(wú)法繼續(xù)導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)，通常要進(jìn)行灌漿處理，直到返水返渣恢復(fù)正常后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。
   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(shè)備或人工自流輸送漿液的方法進(jìn)行灌注，利用漿液填充斷層、裂隙、溶溝、溶槽，灌注漿液24小時(shí)后即可進(jìn)行鉆孔施工。這種方法適用于淺孔，并且孔內(nèi)無(wú)滲水或者滲水里極小的導(dǎo)孔。但對(duì)于CCS水電站兩條孔深達(dá)527米、孔內(nèi)滲水量極大的導(dǎo)孔，傳統(tǒng)的灌漿方法無(wú)法滿足要求。為此我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)研究，摸索出相對(duì)有效的灌漿方法，使導(dǎo)孔順利貫通。下面結(jié)合CCS水電站灌漿實(shí)例來進(jìn)行介紹。
   5.1概況
   CCS水電站豎井導(dǎo)孔鉆孔深、孔徑大、滲水量大，孔內(nèi)情況復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中，遇到斷層破碎帶、砂層等地質(zhì)不良段，出現(xiàn)塌孔、擴(kuò)徑、反水不暢等現(xiàn)象，影響正常鉆進(jìn)。根據(jù)CCS豎井施工的實(shí)際情況，要對(duì)不良地質(zhì)段進(jìn)行灌漿，目的是對(duì)導(dǎo)孔進(jìn)行鉆孔護(hù)壁，對(duì)反拉導(dǎo)井范圍內(nèi)的巖石進(jìn)行固結(jié)，力求確保反井鉆施工順利進(jìn)行，就現(xiàn)場(chǎng)灌漿作業(yè)提出以下方法。
   5.2灌漿方法比選
   導(dǎo)孔灌漿方法有以下幾種：①、下導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)管排水減壓灌漿法。
    方法①：由于孔內(nèi)情況復(fù)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(shí)；拔的過慢，孔內(nèi)的漿液很有可能把灌漿管凝住造成孔內(nèi)事故，且只能護(hù)壁，固結(jié)作用小。
    方法②：現(xiàn)場(chǎng)無(wú)匹配栓塞，灌漿次數(shù)多，起下栓塞費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且掉管卡塞、繞滲埋塞事故無(wú)法控制。
    方法③：同時(shí)存在前兩種方法的弊端，實(shí)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(nèi)地下水的頂托難于到達(dá)鉆孔下部對(duì)巖石裂隙進(jìn)行有效固結(jié)，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(dǎo)管孔底排水減壓灌漿法（見灌漿示意圖）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是孔內(nèi)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(dǎo)管排水減壓灌漿方法程序
   CCS水電站井工程，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，采用了上述第⑤種方法進(jìn)行灌漿，取得了良好的效果，下面以2號(hào)豎井打到94米時(shí)進(jìn)行的灌漿為例，對(duì)這種方法進(jìn)行介紹。
   5.3.1準(zhǔn)備工作
   ①、鉆桿從導(dǎo)孔內(nèi)取出來后，進(jìn)行孔內(nèi)電視攝像，根據(jù)孔內(nèi)電視攝像結(jié)果，結(jié)合導(dǎo)孔鉆孔記錄和從孔內(nèi)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(yù)設(shè)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(fēng)，灌漿至44米后作為灌漿管往里注漿；另兩要預(yù)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(rùn)土。
   準(zhǔn)備工作完成后，即可進(jìn)行灌漿，下面為示意圖：
 
灌漿示意圖
 
   5.3.2灌漿注意事項(xiàng)
   ①灌漿時(shí)注意：若灌漿管堵塞，可立即用兩根排氣、排水、回漿管進(jìn)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(yīng)要有保障。
   5.3.3灌漿步驟
   ①、從灌漿孔1往孔底注漿；同時(shí)從灌漿管2往孔里通風(fēng)加壓，迫使孔里的水從排水管排出；
   ②、灌漿達(dá)到44米位置時(shí)，從灌漿管2往孔里注漿（此時(shí)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(shí)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(jié)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(guó)內(nèi)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(yàn)，面對(duì)復(fù)雜多變的地質(zhì)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(wú)論是豎井長(zhǎng)度還是鉆進(jìn)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(duì)各種復(fù)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(jié)出幾點(diǎn)建議，供參考：
   1、反井鉆導(dǎo)孔鉆進(jìn)階段，因?yàn)橥ｋ娀蛘咂渌蛟斐伤h(huán)中斷，導(dǎo)孔內(nèi)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(jī)率，建議施工現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)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(xiàng)空白，尤其是導(dǎo)孔階段的渣料管理非常關(guān)鍵，建議在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，在巖渣和泥砂進(jìn)入沉砂池之前把其撈出來，取樣并計(jì)算其數(shù)量。這樣做的好處是：①可以隨時(shí)掌握地下巖石情況，便于操作手及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)；②如果出渣的數(shù)量和正常數(shù)量相關(guān)較大（減少或增加），則可判斷孔內(nèi)現(xiàn)塌孔，一般情況下，如果塌孔較大，則出渣量會(huì)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(fēng)險(xiǎn)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(jìn)行灌漿等相應(yīng)處理。
   3、擴(kuò)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?dāng)U孔時(shí)，無(wú)論擴(kuò)孔滾刀狀況如何，建議在300米左右將擴(kuò)孔刀盤往下放到下平洞進(jìn)行檢查，更換滾刀，然后再繼續(xù)擴(kuò)孔。（如果有大規(guī)模塌方，則不建議往下放）