翟海燕，趙青，關(guān)宗印

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100032）

1 引言

斜井或豎井導(dǎo)井作為抽水蓄能電站地下工程的重要組成部分，其開(kāi)挖方式與工程進(jìn)度、項(xiàng)目投資、人員安全等關(guān)系甚為緊密。目前，國(guó)內(nèi)斜（豎）井施工主要采用“先開(kāi)挖導(dǎo)井，后進(jìn)行擴(kuò)挖”的方式，導(dǎo)井開(kāi)挖方法有2 種：（1）先采用小型反井鉆機(jī)形成小直徑導(dǎo)井，然后人工鉆爆兩次擴(kuò)挖形成較大直徑溜渣導(dǎo)井，即“小直徑機(jī)+ 人工擴(kuò)挖”導(dǎo)井施工技術(shù)；（2）采用“定向鉆+大直徑機(jī)”，即采用定向鉆機(jī)形成高精度導(dǎo)孔，然后將導(dǎo)孔刷大，滿足大型反井鉆機(jī)鉆桿下放要求，最后安裝大直徑擴(kuò)孔鉆頭反拉形成溜渣導(dǎo)井。

導(dǎo)井的2 種開(kāi)挖方式各有所長(zhǎng)，在不同的深度范圍、不同的條件下表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)。李堅(jiān)等[1]對(duì)“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”導(dǎo)井施工方法和精度控制予以詳細(xì)闡述。王慧鋒等[2]對(duì)“定向鉆+反井鉆”施工工藝、定向孔鉆進(jìn)過(guò)程中關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行了深入研究。本文依托深圳抽水蓄能電站斜井開(kāi)挖和山東沂蒙抽水蓄能電站豎井開(kāi)挖2 個(gè)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)上述2種不同的導(dǎo)井施工技術(shù)進(jìn)行比較分析，為類似工程導(dǎo)井開(kāi)挖方式選擇提供參考。

2 小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖

小直徑機(jī)二次擴(kuò)挖是指，電站斜井或豎井導(dǎo)井開(kāi)挖時(shí)，先采用小型反井鉆機(jī)從上自下鉆進(jìn)形成φ216mm 導(dǎo)孔，再安裝擴(kuò)孔鉆頭反拉形成φ1.4m 導(dǎo)井，最后人工鉆孔爆破擴(kuò)挖形成φ3.5m 溜渣導(dǎo)井。深圳抽水蓄能電站斜井即采用該方式進(jìn)行施工導(dǎo)井。

2.1 項(xiàng)目概況

深圳抽水蓄能電站位于深圳市東北部的鹽田區(qū)和龍崗區(qū)內(nèi)，裝機(jī)容量1 200MW。引水隧洞斜井分上、下斜井，上斜井長(zhǎng)度380m，下斜井長(zhǎng)度163m，直線段傾角均為50°。斜井開(kāi)挖斷面為圓形斷面，開(kāi)挖半徑均為5 350mm。

2.2 施工方案

1）導(dǎo)井開(kāi)挖輔助工程。工程包括反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及配套設(shè)施和人工擴(kuò)挖輔助設(shè)施。反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及配套設(shè)施包括反井鉆機(jī)基礎(chǔ)、沉淀池、操作平臺(tái)、冷卻水箱及風(fēng)、水、電管線的布置。人工擴(kuò)挖輔助設(shè)施包括一次擴(kuò)挖絞車和擴(kuò)挖小車安裝、人工擴(kuò)挖井口圍欄、人擴(kuò)挖安全平臺(tái)及相關(guān)輔助設(shè)備。

2）反井鉆機(jī)施工。具體可分為先導(dǎo)孔施工、擴(kuò)孔鉆進(jìn)2 個(gè)步驟。（1）先導(dǎo)孔施工：井口測(cè)量定位，鉆機(jī)施工平臺(tái)基礎(chǔ)開(kāi)挖、澆筑混凝土，安裝反井鉆機(jī)底座。待鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，安裝轉(zhuǎn)盤(pán)吊和翻轉(zhuǎn)架，再調(diào)平鉆機(jī)。（2）擴(kuò)孔鉆進(jìn)：導(dǎo)孔貫通后，用裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至斜井底部，將上下提吊塊分別同鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開(kāi)地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導(dǎo)孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴(kuò)孔鉆頭。

3）導(dǎo)井人工擴(kuò)挖。人工擴(kuò)挖采用布置于平洞段緊鄰上彎段的2 臺(tái)15t 的絞車，牽引6.0m 長(zhǎng)的擴(kuò)挖小車在φ1.4m 導(dǎo)井內(nèi)運(yùn)行，對(duì)φ1.4m 的導(dǎo)井自下而上進(jìn)行擴(kuò)挖，成型斷面直徑為φ3.5m。

3 定向鉆+大直徑機(jī)

定向鉆+大直徑機(jī)的工藝原理為當(dāng)電站斜井或豎井導(dǎo)井開(kāi)挖時(shí)，首先由定向鉆自上而下進(jìn)行φ216mm 高精度先導(dǎo)孔施工，貫通后由小型反井鉆機(jī)自上而下擴(kuò)挖為φ275mm導(dǎo)孔，再采用BMC600 型反井鉆機(jī)自上而下擴(kuò)孔至φ350mm，最后安裝φ2 400mm 擴(kuò)孔鉆頭反拉形成φ2.4m 溜渣導(dǎo)井。山東沂蒙抽水蓄能電站高壓管道豎井即采用該方式施工溜渣導(dǎo)井。

3.1 項(xiàng)目概況

沂蒙抽水蓄能電站位于山東省臨沂市費(fèi)縣境內(nèi)，工程總裝機(jī)容量為1 200MW。豎井開(kāi)挖斷面為圓形，直徑為7.6m。高壓管道豎井深度均為380m。

3.2 施工方案

1）導(dǎo)井開(kāi)挖輔助工程。根據(jù)定向鉆機(jī)和反鉆機(jī)尺寸，在豎井上彎段開(kāi)挖29m×9.2m×11.5m（長(zhǎng)×寬×高）洞室空間，然后施工鉆機(jī)基礎(chǔ)、泥漿池、提吊天錨等輔助設(shè)施。

2）高精度導(dǎo)孔施工。高精度導(dǎo)孔施工采用TDX-50 型定向鉆機(jī)，施工工藝流程包括開(kāi)孔前準(zhǔn)備、導(dǎo)孔開(kāi)孔、鉆進(jìn)成孔、鉆進(jìn)泥漿的控制和糾偏技術(shù)。

3）φ275mm 導(dǎo)孔施工。φ216mm 高精度導(dǎo)孔施工完成后，拆除定向鉆機(jī)，安裝BMC200 型反井鉆機(jī)，將導(dǎo)孔擴(kuò)刷至φ275mm，滿足BMC600 型反井鉆機(jī)施工所需要的導(dǎo)孔直徑。

4）大直徑反井鉆機(jī)施工。運(yùn)輸BMC600 型反井鉆機(jī)至工作面，根據(jù)豎井設(shè)計(jì)角度，初步調(diào)整好主機(jī)的鉆孔角度，固定好主機(jī)，開(kāi)始進(jìn)行導(dǎo)孔擴(kuò)大施工，導(dǎo)孔擴(kuò)大的過(guò)程也是鉆桿下放的過(guò)程。φ350mm 擴(kuò)孔貫通后，用裝載機(jī)將φ2400mm擴(kuò)孔鉆頭運(yùn)至引水下平段導(dǎo)孔下方，利用上、下提吊塊安裝固定擴(kuò)孔鉆頭，進(jìn)行反拉擴(kuò)孔施工。

4 不同導(dǎo)井施工技術(shù)比較

以下將從施工條件、施工質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)、施工進(jìn)度、工程成本等方面對(duì)2 種導(dǎo)井施工技術(shù)進(jìn)行比較。

4.1 施工條件

“小直徑機(jī)+ 人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)擴(kuò)挖小車和牽引絞車，導(dǎo)井開(kāi)挖輔助設(shè)施較多。“定向鉆+ 大直徑機(jī)”施工技術(shù)，需要反復(fù)安拆并調(diào)試各種型號(hào)鉆機(jī)，而且BMC600 型鉆機(jī)較普通反井鉆機(jī)尺寸偏大，交通運(yùn)輸、場(chǎng)地布置較“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)要求高。

4.2 施工質(zhì)量

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，擴(kuò)挖采用人工手風(fēng)鉆鉆孔，鉆爆法具有機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)越性，地質(zhì)適應(yīng)性較好，但其對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞性較大，成洞質(zhì)量相對(duì)較差，會(huì)降低溜渣效率，甚至發(fā)生堵井事故。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)，采用滾刀機(jī)械破巖，對(duì)圍巖破壞小，井壁光滑，工程質(zhì)量好，有利于擴(kuò)挖溜渣。根據(jù)目前施工技術(shù)顯示，利用反井鉆機(jī)施工導(dǎo)井難點(diǎn)在于導(dǎo)孔偏斜率控制。定向鉆機(jī)利用隨鉆測(cè)斜系統(tǒng)和螺桿鉆具，很好地解決了斜井導(dǎo)孔施工中鉆孔偏斜的問(wèn)題，在300m 以上斜井導(dǎo)孔施工中優(yōu)勢(shì)明顯。

4.3 安全風(fēng)險(xiǎn)

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)，導(dǎo)井?dāng)U挖采用φ1.4m導(dǎo)井內(nèi)掛設(shè)載人吊籠、人工鉆孔爆破方式，作業(yè)空間狹小，一旦發(fā)生掉塊、塌方等突發(fā)事件，作業(yè)人員無(wú)法有效躲避，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。另外，鉆孔時(shí)井內(nèi)煙塵多、噪聲大，工作環(huán)境惡劣，且井內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差，一旦遇到突發(fā)情況，內(nèi)外聯(lián)絡(luò)困難，救援難度大，安全隱患突出。垂直運(yùn)輸方式單一，只能采用簡(jiǎn)易卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)提升載人吊籠，保障系數(shù)偏低。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)，省去了由人工從φ1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖至φ3.5m 溜渣井的工序，所有作業(yè)基本上采用機(jī)械化，導(dǎo)孔采用循環(huán)泥漿出渣，擴(kuò)孔時(shí)石渣自由下落。工作人員全部在平臺(tái)上部工作，工作環(huán)境好，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工安全性高。

4.4 施工效率

“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目深圳抽水蓄能電站，施工效率為15.71m3/d，具體如表1 所示。

“定向鉆+大直徑機(jī)”施工技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目山東沂蒙抽水蓄能電站，其效率則為12.01m3/d，具體如表2 所示。

由表1、表2 可知，“定向鉆+大直徑機(jī)” 和 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖” 2 種導(dǎo)井施工技術(shù)，本身施工導(dǎo)井的效率基本相當(dāng)。由于使用“定向鉆+大直徑機(jī)”技術(shù)施工溜渣導(dǎo)井，能夠早日實(shí)現(xiàn)導(dǎo)井貫通，為后續(xù)大面積擴(kuò)挖及早提供溜渣通道，從斜（豎）井整體開(kāi)挖進(jìn)度考慮，“定向鉆+大直徑機(jī)”方式更具優(yōu)勢(shì)。

表1 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”施工效率

表2 “定向鉆+大直徑機(jī)”施工效率

4.5 施工成本

根據(jù)水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院水電規(guī)造價(jià)〔2004〕0028 號(hào)《水電建筑工程預(yù)算定額》，使用反井鉆機(jī)施工φ1.4m 導(dǎo)井成本約4 434 元/m，由φ1.4m 導(dǎo)井人工擴(kuò)挖為φ3.5m 溜渣井成本約1 625 元/m，合計(jì)為6 059 元/m。經(jīng)調(diào)研分析，采用“定向鉆+BMC 600 型反井鉆機(jī)”施工φ3.5m 溜渣導(dǎo)井成本約12 000 元/m?！岸ㄏ蜚@+大直徑機(jī)”每延米施工成本比“小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖”高5 941 元。

5 結(jié)語(yǔ)

分析表明：現(xiàn)階段由于 “小直徑機(jī)+人工擴(kuò)挖” 設(shè)備和技術(shù)成熟，與 “定向鉆+ 大型反井鉆” 施工技術(shù)相比，其市場(chǎng)成本具有顯著優(yōu)勢(shì)。但隨著國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站項(xiàng)目持續(xù)建設(shè)，大型反井鉆機(jī)設(shè)備建造水平逐步提高，其價(jià)格終究會(huì)回歸到一個(gè)較為合理的水平?？紤]到 “定向鉆+大直徑機(jī)” 施工技術(shù)在作業(yè)環(huán)境、安全管理、溜渣效果、施工效率等方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在長(zhǎng)深斜（豎）井偏斜控制方面所具有的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)將具有廣闊的應(yīng)用前景，是值得推廣的一項(xiàng)新技術(shù)。