调压室反井钻施工专项措施

一、工程概况 某水电站调压井布置于水洛河左岸，该调压室为埋藏式，井筒为圆形断面，开挖内径23m，调压井井身最小水平埋深100120m，穹顶上覆岩体厚约120m。由招投标文件可知：井筒围岩风化微弱，一般属微风化新鲜，完整性较好，围岩以类为主，少量类，具备较好的成井条件。调压井穹顶高程1892.17m，井筒底部高程为1827.60m，底板厚3.0m，井高64.57m，井筒采用钢筋混凝土衬砌，衬厚1.52.0m。设计最高涌浪水位1874.571m，最低涌浪水位1834.151m，水位最大变幅40.42m。导孔开挖216mm，扩挖成型后的导井直径为1400mm。二、施工方案选择考虑到施工总进度计划安排，根据本工程自身施工特点，并综合施工安全和质量等因素，决定采用反井法施工。具体方案是：先用反井钻机械施工1.4m的导井，然后再用钻爆法由上到下扩挖至设计直径。三、设备介绍及选型3.1、反井钻机介绍反井钻机上世纪六十年代在国际上出现，用于地下工程竖井施工，它主要是将竖井钻机和巷道掘进机技术相结合形成的新设备和新工艺。在上世纪九十年代我公司（黑龙江恒久建设工程有限责任公司反井钻机分公司），利用我们在竖井钻机方面的技术优势，借鉴国外经验开始反井钻机的研制，经过多年的努力，至今已研制出LM和BMC系列多种类型的反井钻机，施工深度最大可达到400m，直径最大至2.0m，受到煤炭部、原能源部、电力部和一些省市多项奖励，在煤炭、水电、有色等地下工程建设领域得到广泛应用。反井钻机是连续钻进导井的机械化设备，其施工工艺是将反井钻机安装在上部浇筑好的砼基础上，由上向下钻进小直径导向孔，导孔和下部隧洞贯通后，拆掉导孔头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔。导孔钻进时破碎下来的岩屑由循环液带出地面，扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落到下水平，由装载机或其他装载设备运出。3.2、钻机选型反井钻机选择主要根据是本次钻孔深度59m，钻孔直径1.4m和岩石以及有关水文地质条件，国内现有设备和以往的施工经验，选择LM-200型反井钻机。该机主要技术参数为：1、导孔直径：216； 2、扩孔直径：1400；3、钻孔深度：250m；4、总功率： 约180kw；5、输出转速：032r.p.m；6、输出最大扭矩：40kN.m；7、推力：350kN； 8、拉力：850kN；该机主要部件尺寸如下表：表1 钻机主要部件的尺寸及重量部件名称外形尺寸（）重量（）钻机车3230177034488277操作车228210401460 2122.68油箱车2917119017152497扩孔钻头14001100 2825.6钻杆1821107155四、施工前期准备4.1、施工现场施工地点在隧洞内，要求穹顶高度不小于6m，半径不小于6m，用钢索起吊，钢索要能提吊80kN以上的重量，洞室范围应进行喷锚支护，破碎部位应挂网。4.2、设备的场内装卸运输因施工现场位于山体半身坡处，自用而山下到山到已修建好的临时施工道路，用XG-951装载机配合15吨汽车运到调交洞。4.3、钻机基础钻机基础现浇C20砼，浇筑时有以下几点需要注意：1、首先必须确定导井的中心方位；2、根据导井的中心确定基座，然后下挖1200，再用混凝土（标号不底于C20）浇筑，基础表面应尽量光滑平整；3、砼等强期后，在基础表面钻孔点标注十字记号线，以备钻机安装使用。4.4、泥浆池在距钻机附近约5-10m不影响施工的地方，开挖一容积约5m3的泥浆池，用于导孔钻循环排渣，形状尺寸可视现场情况定。4.5、供电反井钻机总功率约180kw（水泵90kw，主油泵75kw，副油泵15kw以及照明用电和潜水泵等）。施工用电除采用调压井交通洞开挖期间供电线路布置外，另增设一趟120mm2三相四线制铝芯线至工作面附近设置两台二级配电箱，供反井钻机施工作业期间用电。4.6、供水施工用水采用原调交洞开挖期间供水管线路，另分别利用两台4kw与1.2kw潜水泵形成中间接力供水。反井施工中水是至关重要的，其作用最主要有三点：第一用来冷却液压系统油温；第二在导孔钻进中用于循环排渣；第三在扩孔钻进中冷却扩孔头，所以施工用水必须保证连续不断的充足供应，每小时大约需要10m3左右。五、钻机的安装调试5.1、安装竖井装置底板和钻机的吊装就位先按照钻孔中心点的十字记号线方向放置底板，然后将主机运进，通过吊装钢索将主机吊起，对好为拧上连接螺栓，使主机和底板成为一体，然后在用后支撑拉杆稳定钻机，这样钻机就基本就位了。5.2、钻机的定位及角度调节这一环节直接关系着导孔的偏斜度，进而决定工程的成败，所以必须高度重视。过程分为两步：第一步：调整钻机方位和垂直度；具体操作为：先用后支撑拉杆将钻机顶起，目测前后方向与地面大致垂直即可；然后调整钻机左右方向与地面精确垂直，一般采用线垂测量法，在钻架的左右边，各悬挂一长两米的线垂，通过在底板下方垫置水平铁板办法调整垂直度，允许偏差0.5。完毕后再用专用的测量设备钻机方位的测量，确定无误后即可装上地脚螺栓进行二次浇筑，将底板固定在基础上。第二步：调整钻机垂直角度待二次浇筑达到强度后，取可通过后支撑拉杆的伸缩调节钻机的垂直角，通过计算调整好钻机角度，锁紧螺母，这样钻机就定位了。在以后的导孔施工中要定期测量钻机的垂直角，若有变化，可继续调节拉杆校正。除此外不允许再动钻机，直到施工完毕拆卸钻机。5.3、操作车、油箱车及水泵的就位钻机定位完毕后，可根据施工现场的环境合理布置操作车、油箱车和水泵。需要注意以下几点：（1）操作车的位置应先在在操作手视线较好的地方，便于操作钻机；（2）油箱车不能距离主机和操作车太远，以免油管长度不够；（3）水泵要靠近泥浆池；（4）以上设备摆放不得影响钻杆的放置。5.4钻机的调试上述步骤都完成后，再将水、电及油管连接好就可以进行钻机的调试了。首先全面检查各部件安装连接是否正确，然后再合上电闸启动电机。启动后先观察电机和油泵的运转是否正常，再观察主、副泵压力表；其空载压力为：主泵0.8-1.2MPa；副泵0.1-0.2Mpa；若不正常应检查处理，正常后再启动液压马达和推力油缸空载运行。一切无误后方可进行开孔钻进。六、施工工艺及过程6.1、导孔钻进导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，反井钻机虽然不是取芯钻进，但根据对钻进过程观测以及反出岩屑的情况，根据以往的经验，可以地地层有初步定性分析和了解，为扩孔钻进、孔壁维护以及最后扩挖到设计直径提供参考。导孔钻进也是反井钻井施工中最为关键的一个环节，导孔偏斜率关系到钻孔的成败，导孔成功就意味着反井施工成功了80%，剩下的扩孔钻进只是时间问题，所以必须高度重视。6.1.1开孔开孔钻进时，应首先将基础面凿出一个平面，使导孔钻头能垂直平面开孔，调整动力头出轴转速为低转速，开孔钻杆应选用直径与214mm的导孔钻头同等大小并且加工精细的稳定钻杆，再配合扶正器慢速开孔，第1根钻杆完全进入岩石后，再接上一根同样的钻杆继续钻进，第3根钻杆换用普通钻杆，这样继续钻进，始终保持稳定钻杆紧紧贴住孔壁，直至无法继续钻进时，提出所有钻杆，卸下第1和第2根特殊稳定钻杆，换上正常的稳定钻杆，配合正常的钻具组合，放入孔内，继续钻进，这样就结束了开孔，开始正常的导孔钻进了。6.1.2钻具布置钻具布置如下：导孔钻头+异型接头+普通钻杆（1）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（1）+稳定钻杆（1）+普通钻杆（1）+普通钻杆（1）+普通钻杆（1）+普通钻杆（1）+6.1.3导孔钻进一般情况下,导孔钻进钻速高于开孔钻速,并且应将动力头出轴转速调整为高速,钻进过程中还需要注意以下几点:1、根据岩石地质条件调整合理的钻压和转速;钻进速度必须均匀,切忌勿快勿慢;2、密切观察也内的返水量,发现问题要及时采取措施;3、导孔钻进返出的岩渣应及时清理,防止岩渣流入泥浆池;4、一根钻杆完成后，须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆；5、导孔钻透后，停止水循环，但钻机不能停转，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大、钻具上下自如时才能停钻。6.1.4故障排查1、过程中若遇机械设备故障只需更换零部件维修即可；2、若孔内返水量极少甚至不返水，则说明遇到了断层、裂隙或溶洞等地质构造，应进行灌浆处理，操作方法为：将钻杆提出，将水泥浆沿孔壁倒入，直到灌满钻孔，等强2天后方可重新开钻；3、还有一种情况，孔内不漏水，但钻具旋转困难不进尺，有可能遇到了破碎带或岩层塌落，也需要进行港口浆处理，具体操作方法为；将钻杆提出抽干孔内存水，再将水泥浆倒入孔内，直到将钻孔灌满为止，等强2天后方可重新开钻。6.2接扩孔钻头此机反井工程接扩孔钻头难度较小，因为压力管道上平段已开挖完成，并与引水隧洞贯通，扩孔钻头运输难度较小，初步确定了如下步骤：1、预先定下指令信号，通过铁锤敲点建立上下联系，接扩孔钻头。2、由调压井穹顶部人员放下钻杆，到达据压力管道下平段3米处。3、人员将导孔钻头与异性接头取下。4、用装载机装运扩孔钻头，对准钻杆缓慢抬起，人工固定。5、通知调压井人员正向转动钻杆，使钻杆与扩孔钻头连接。6、向上提升钻杆，开始扩孔。6.3扩孔钻进扩孔开始前，应先将动力头出轴转速调整为低速。开始扩孔时，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（5-12rpm）旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。钻进过程中还需注意以下几点：1、扩孔钻压和扭矩的大小是根据地层的具体情况及钻井深度而定的，从钻机的保养和滚刀的使用寿命考虑，拉力一般不超过20MPa，扭矩在15MPa以下；若遇到特殊情况，可灵活掌握；2、钻进过程中，若发现钻头剧烈晃动，扭矩起伏过大，进尺困难时，可能是有大块矸石落在刀具上挤压刀具所致，此进应将钻头放下一定距离，多次高速旋转，将矸石甩掉，若还无效果，把钻头下放到底进行处理；3、掉落到孔底的岩渣应及时清理运出，以防堵塞下孔口；4、时刻观察冷却水的供给情况，禁止打干孔，以防损伤刀具。6.4拆机将扩孔钻头用铁轨吊在钻孔里，先将各种油管从主机上拆下，拆掉翻转架和小吊车，再拆掉钻机的后支撑拉杆，将主机放倒，再把钻头提出孔外，全部钻孔工作结束。七、质量保证措施7.1垂直控制反井钻导井垂直就是反井施工的技术关键,为此,采取以下措施:7.1.1施工设备选用经检修完好的反井钻机和水泵,保证其性能良好。7.1.2钻机安装定位钻机安装牢固，定位准确，混凝土浇筑密实。7.1.3合理布置钻具选用螺旋、直条等多种镶齿稳定钻杆和硬岩导孔钻头，并根据地质条件合理布置。7.1.4正确选择钻进参数钻进参数主要是根据地质条件和不同的钻进位置选择不同的钻压、转数和确定相应的钻进速度，并根据实际钻进过程进行相应的调整。7.1.5精心操作挑选有多年工作经验的操作人员，按照施工组织设计和反井钻机操作规程进行操作，及时发现和处理钻进中的问题和事故。72孔径的保证由于选用的扩孔钻头为标准1.4米钻头,机械破岩没有欠挖。八、施工技术指标根据本工程地质条件及现场实际情况，技术参数控制指标为：钻孔直径为1.2米，钻孔偏斜率尽量控制在1.0%以内，但不大于1.5%。九、 劳动组织项目部人员及机械配置如下表：表1劳动力配备计划表工种支护作业队汽车驾驶员重机驾驶员操作手辅助人员电工技术人员管理人员合计数量6112213420作业方式为：“两班十二小时制”。现场交接班，每班工作人员包括钻机操作手1名，辅助工1名。表2主要施工机械设备表序号机 械 名 称机械型号单位数量备 注1反井钻机LM-200台12装载机XG-951台13自卸汽车15t台14混凝土喷射机台15混凝土搅拌机JDY-350台16电焊机BBX-500台27电动插入式振捣器2台28潜水泵4kw台2接力供水9潜水泵1.2kw台2接力供水十、工期安排本工程工期自开钻之日起共13天，安排如下：导孔钻进： 4 天接扩孔钻头： 1 天扩孔钻进： 8 天十一、安全文明施工规程111 钻机施工安全措施1凡参加反井钻机施工人员均应熟悉反井钻机的构造、性能，并认真执行本规程和本工种的操作规程等有关规程规定，严禁违章作业，确保人身与设备的安全。2反井钻机在拆装、吊运、运转以及改装悬吊设施等施工过程中，应设专人负责各段工序施工的指挥及安全措施与任务的落实。3对反井钻机施工所需安排，改装的悬吊保护设施、供水、供电、压风、通风系统，应满足规程规定。4、钻机现场通风良好。5、主机基础等应按图纸设计要求施工，并经有关技术人员检查验收。6、所有的钻机设备，配件进行必要的检修和拆装时，卸下的零部件必须妥善保管，防止弄脏或丢失。7、在拆装油管等液压系统零部件时，必须保证该部件的绝对清洁，发现异物，即时用压风或氧气及油冲洗干净，即时堵装。8、钻机架竖立前，应检查各连接部位、轨道夹板、每根道木的道钉、钻机卡轨器等，是否紧固、齐全、可靠。9、主机竖起调平找正应清洗地脚螺栓的基坑无矸石、杂物，找正后进行基础的二次浇筑，捣固注实，养护三天后可以开钻。10、安装机械手、转盘吊等钻机附件过程中，必须互叫互应，防止碰手伤人。11、钻机放倒时，应将动力头放置在翻转架位置并与机架底盘垫实固定，确保吊装和运输平稳。12、钻机司机必须现场交接班，对钻井方位、直径深度，设备运转状况、实际地质与地质柱状图对比岩石状况等，做到交清接明：双方司机共同试运转正常后，方为交接完毕，并做好运转钻进及交接班记录。13、钻进前施工人员对钻机进行全面检查；各部螺栓、滑道、活塞杆、油管及接头、U型卡等部件是否齐全、完整、准确牢固；转动灵活可靠，操纵手把放置正确（启动前闭锁状态），供水水源，油箱油量，以及设备的完好等是否达到设计与规程要求。14、钻进前应进行全面空载试运转，包括动力头上下运行和旋转、机械手和转盘吊工作状况、有无漏油和卡阻现象，仪表指示，通信设备等是否正常，发现问题及时处理。15、钻进时，要根据地质资料和井深确定合理的钻进参数。操作手精神要集中，特别注意压力表的变化和孔内返水返渣情况，并做出合理的调整。16、辅助工要经常清理钻机及周围的杂物，并注意机器的运转情况，发现电机、动力头，马达等及其他部件有异响，工作不正常时，应及时通知操作手，停机检查处理。17、钻机扫孔接钻杆前，推进油缸停止推进，把钻具提起50，继续冲水2min左右；如下班无人接班，停运一班以上时，停机前应把动力头提到一定高度。18、油箱温度超过50应停机冷却，或增加冷却水流量，保持不超温。19、正常钻进时，要定期检查钻架导向轨，扶正器，辅助卸揖油缸等部的润滑状况与有无异物，及时清除异物和注油等，并检查个部联接部件有无松动，油管是否漏油等，发现问题及时处理。20、接钻杆时，动力头应提至最高位置，以免机械手输送钻杆时，发生钻杆与协力头碰撞，每次所接钻杆，必须将钻杆丝扣清洗干净并抹丝扣油。21、用转盘吊，机械手运送钻杆时，如需扶正，只能从钻杆两端挪动，严禁用手抱住钻杆体，以防伤人事故发生。22、卸钻杆时，先将卡瓦装入卡套后，卸松钻杆和接头体丝扣，然后，装上卡瓦。卸掉钻杆下部丝扣，上提动力头，用机械手抱住钻杆，取下上卡瓦，卸下钻杆和接头体丝扣。卸扣时，人员必须撤离至主机一侧指挥，慢速卸扣，丝扣较紧时，可用辅助卸扣装置。23、卸下的钻杆应套上保护帽，防止在运输过程中使钻杆丝扣受到损伤。24、在扩孔开始前，应观察孔距中心1.5m范围内扩孔工作面的情况，若有锚杆等坚硬物件，必须取掉。将副泵压力调底慢速钻进，当钻进3m 无问题时，即可正常扩孔钻进。25、在反井钻机扫导孔与扩孔时，通风竖井下口处，距钻孔中心5m以外，打好棚栏和设专人警戒，不经与钻机操作手联系允许时，任何人不准进入警戒区内。当撤出警戒区后，及时通知操作手。26、凡反井施工人员，应正确使用、维护设备进行日常保养，确保设备完好。安全运转，当设备发生故障时，及时查明原因，进行处理，并及时向主管领导汇报。27、机械手工作时，注意油管不要挤坏。卸装、检修时所用的零部件，必须轻拿轻放，并妥善保管防止损坏和丢失。28、扫刷钻进导向孔时，如发现钻具旋转困难时，可能遇到裂隙或岩层塌落，此时应把钻具边旋转边提高一定高度，再慢速向下扫孔，若经反复扫孔，乃无效果时，提钻等查明原因进行处理。29、扩孔钻进时，发现排矸不畅，钻头激烈晃动，压力不稳，钻进困难时，可能大块矸石落在刀盘上磨挤刀具所致，此时将刀具下放一定距离，多次高速旋转，将矸石甩掉，若无效果时，把钻头下放到底进行处理。30、液压油采用68号耐磨液压油，油箱油面不低于600，钻机运转1000h应进行更换；更换或添加的耐磨液压油型号、厂家必须相同，往油箱注油时，必须用带过滤网的手动油泵，严禁将油直接倒入油箱和将杂物带进油箱内。31、电机接线时及开动油泵送电时应检查油泵旋转方向，严禁油泵反转。32、在钻机正常施工中，若必须停水停电，应提前通知，以防造成事故。33、正常扩孔时，应及时将岩渣清除运走，下孔口不能堵塞。扩孔时工作人员不允许到下口处5m范围内，防止落物砸伤；若有事处理时，应用电话通知上水平停止扩孔，完成后，再通知上水平扩孔。34、未尽事宜，按有关规程规定执行。11.2、文明施工文明施工不仅是圆满完成工程重要的组成部分，还要体现出施工队伍的管理水平和文化素质，为此本公司从以下方面搞好文明施工。1、坚决执行国家、地方和业主制订有关文明施工的规定，对全体职工进行文明施工重要性及意义的教育，使之成为自觉行为。2、施工人员需持证上岗，服装统一、整洁。3、搞好和业主、设计、监理、各施工队伍及地方的关系，文明施工，减少矛盾发生。4、施工场地保持清洁，钻机设备应根据现场情况合理摆放，业务做到齐整有序。5、电缆路线架设要整齐，各种用电设施（配电柜、配电箱、开关柜、电机等）应做好防火、防水保护，并且设置警示牌标示清楚。6、施工洞室内要设置逃生路线标牌，以备危急时使用。7、管理好宿舍、食堂等场所，保证职工有良好的生产生活条件。8、制定各岗位各工种的文明生产条例，力争精神文明和物质文明双丰收。11.3、环境保护环境保护是工程施工重要的方面，保护环境是每个施工人员应尽的职责和义务，此次施工应做到以下几点：1、学习贯彻执行国家地方和业主有关环保规定。2、维修维护好设备减少泄漏和废气排放，防止对大气和水源造成污染。3、严格控制施工和生活用火，防止山火发生，保护好林木资源。4、搞好生活环境治理，减少疾病发生。中国水利水电第十工程局有限公司 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