□于景波（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司）

1 工程概況

瀑布溝水電站放空洞工程事故閘門豎井設(shè)計(jì)開挖斷面為橢圓形，長(zhǎng)軸15m，短軸9m；豎井上口高程EL864m、下口高程EL728m，豎井高136m。

豎井位于強(qiáng)風(fēng)化淺變質(zhì)玄武巖中，圍巖以Ⅲ～Ⅳ類為主。

根據(jù)上下工作面出露的巖石情況，豎井下部為Ⅳ類圍巖，F(xiàn)2斷層順洞軸線方向延伸，斷層的上下盤面均為陡傾角的結(jié)構(gòu)面，頂部有一組緩傾角的結(jié)構(gòu)面與之相互切割，對(duì)豎井開挖穩(wěn)定非常不利；豎井上部為Ⅳ類圍巖，巖石非常破碎。

2 開挖方案選擇

豎井開挖常用的方法是先開挖中導(dǎo)井、后擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)斷面的方法。主要的導(dǎo)井開挖方法有反井鉆機(jī)法、爬罐法、吊罐法、普通法等。各種方法的綜合比較見表1。

表1 反井法綜合比較表

由于圍巖較差，采用其它施工方法安全隱患較大，決定采用反井鉆機(jī)法施工導(dǎo)井，選用LM-200型反井鉆機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

3 反井鉆機(jī)施工

3.1 施工程序

反井鉆機(jī)施工程序：施工準(zhǔn)備→安裝鉆機(jī)并調(diào)試→自上而下進(jìn)行φ216mm導(dǎo)孔施工→導(dǎo)孔貫通→更換φ1200mm滾刀→自下而上進(jìn)行擴(kuò)孔施工→擴(kuò)孔結(jié)束→拆除鉆機(jī)。

3.2 施工準(zhǔn)備

清理井口的松動(dòng)巖石后，澆筑厚1.20m的混凝土基礎(chǔ)，在固定螺栓位置預(yù)留二期混凝土。豎井中心線處預(yù)留排水溝，在基礎(chǔ)的一側(cè)用磚砌筑3個(gè)1.20m長(zhǎng)的正方形水池。

基礎(chǔ)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，按設(shè)計(jì)位置鋪設(shè)軌道，軌距為60cm。

3.3 反井鉆機(jī)安裝調(diào)整

反井鉆機(jī)使用8t汽車吊吊裝。主機(jī)必須按豎井中心找正位置，并擺放平穩(wěn)。

3.4 反井鉆機(jī)導(dǎo)孔鉆進(jìn)

鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆桿角度至鉛垂角度，啟動(dòng)液壓馬達(dá)、主推油缸及其余液壓缸，開始導(dǎo)孔鉆進(jìn)，在施工過程中，要根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。

導(dǎo)孔鉆孔共進(jìn)行17d，鉆進(jìn)長(zhǎng)度128m，平均7.52m/d。

3.5 反井鉆機(jī)擴(kuò)孔

導(dǎo)孔鉆透后，換好擴(kuò)孔鉆頭，把冷卻器出水接到井口，供給擴(kuò)孔鉆頭，開始擴(kuò)孔施工。在將要擴(kuò)透時(shí)，必須降低鉆壓和扭矩，直到擴(kuò)孔鉆頭露出。擴(kuò)孔共進(jìn)行20d，平均6.40m/d。

4 不良地質(zhì)條件下的施工

4.1 不良地質(zhì)對(duì)反井鉆機(jī)施工的影響

當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)到裂隙比較發(fā)育的破碎帶時(shí)，循環(huán)水流失嚴(yán)重，無法將鉆渣排出，致使鉆進(jìn)無法繼續(xù)，或者會(huì)造成孔壁坍塌，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致卡鉆、埋鉆等嚴(yán)重后果。

當(dāng)鉆頭鉆到斷層的上下盤時(shí)，由于鉆頭兩側(cè)的巖石軟硬不同，容易造成鉆孔發(fā)生偏斜。

4.2 不良地質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)資料和成孔后揭露的地質(zhì)情況，本工程豎井穿過5條斷層破碎帶，不良地質(zhì)段情況見表3。

表3 不良地質(zhì)段情況統(tǒng)計(jì)表

4.3 調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)

從表3可以看出，本工程35m長(zhǎng)的不良地質(zhì)段導(dǎo)孔鉆進(jìn)共耗時(shí)12.50d，占導(dǎo)孔總用時(shí)的74%，因此如何順利通過不良地質(zhì)段是反井鉆機(jī)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

不良地質(zhì)段導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)主要采用降低推進(jìn)壓力來控制鉆進(jìn)速度。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。

出渣量變化情況是判斷地質(zhì)條件的重要依據(jù)，必須詳細(xì)記錄每根鉆桿實(shí)際出渣量，并與理論出渣量進(jìn)行對(duì)比。如果出渣量變大，需采用泥漿護(hù)壁后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。如實(shí)際出渣量比理論量小，此時(shí)需增大扭矩，若出渣量仍然小，說明可能巖體破碎，應(yīng)將鉆具提升一定高度,再慢慢向下旋轉(zhuǎn)掃孔,一次掃孔不行,可多進(jìn)行幾次,掃孔仍不能解決問題,需提鉆進(jìn)行固結(jié)灌漿，待凝后采用泥漿護(hù)壁方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.4 循環(huán)洗井介質(zhì)的選擇

正常鉆進(jìn)時(shí)，一般選用水作為循環(huán)洗井介質(zhì)，當(dāng)遇到斷層、破碎帶等不良地質(zhì)情況時(shí)，由于循環(huán)水流失嚴(yán)重，導(dǎo)致返渣量減少，此時(shí)需采用泥漿作為固壁和循環(huán)洗井介質(zhì)。

本工程鉆到29～37m范圍時(shí)，固結(jié)灌漿后采用泥漿作為循環(huán)洗井介質(zhì)，但出現(xiàn)鉆機(jī)扭矩變大，返渣量偏少等現(xiàn)象，決定選用高壓風(fēng)作為循環(huán)洗井介質(zhì)，采用水+高壓風(fēng)進(jìn)行返渣。高壓風(fēng)壓力以能返渣為控制目標(biāo)，本工程采用0.80Mpa；應(yīng)注意控制水的流量，以剛好滿足冷卻鉆頭為好。

4.5 固結(jié)灌漿

根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)情況，豎井上下孔口位置巖石破碎，為Ⅳ類圍巖。在反井鉆機(jī)施工準(zhǔn)備階段對(duì)該部分巖體進(jìn)行了無蓋重固結(jié)灌漿，上部孔口處理范圍4.50m×4.50m，下部孔口處理范圍為長(zhǎng)度6m的放空洞頂拱部位。灌漿孔深度8m，孔口接觸段長(zhǎng)為3m，I序孔灌漿壓力采用0.30Mpa,II序孔采用0.50MPa，其它5m段采用1.00MPa。

豎井鉆進(jìn)到29～37m、88～96m范圍時(shí)，出現(xiàn)不返水、返渣現(xiàn)象，采用泥漿固壁措施后，返水、返漿量明顯偏少，同時(shí)鉆機(jī)出現(xiàn)抖動(dòng)等現(xiàn)象，為避免出現(xiàn)塌孔、卡鉆現(xiàn)象，決定采用水泥、水玻璃漿液進(jìn)行固結(jié)灌漿。

灌漿采用在不良地質(zhì)段上部2m處下止?jié){塞封閉灌漿，漿液水灰比0.80：l，水玻璃摻量為10%，室內(nèi)終凝時(shí)間18h，待凝30h后進(jìn)行二次鉆孔。

4.6 防止鉆孔偏斜的措施

在鉆進(jìn)中，如遇軟硬巖層過渡，應(yīng)使用穩(wěn)定鉆桿鉆進(jìn)，并降低鉆壓、調(diào)整轉(zhuǎn)速，使鉆頭以直線的方式鉆進(jìn)，避免出現(xiàn)偏斜轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)穩(wěn)定鉆桿進(jìn)入新巖層后，再恢復(fù)原來的鉆壓和轉(zhuǎn)速。

操作中，保持鉆機(jī)加壓穩(wěn)定，緩慢加壓，消除人為的壓力過大或追求進(jìn)度的高速鉆進(jìn)。

5 堵井的處理

5.1 堵井長(zhǎng)度和位置的確定

本工程豎井?dāng)U挖分2次進(jìn)行，先自上而下擴(kuò)挖成4m直徑的溜渣豎井，再全斷面擴(kuò)挖。但第1次爆破溜渣后即發(fā)現(xiàn)堵井，使用氫氣球（充氦氣）和細(xì)繩進(jìn)行量測(cè)，堵井長(zhǎng)度約25m，距豎井上口10m、距離豎井底部約101m。

第2次堵井發(fā)生在第1次堵井處理完成后的第3天，堵井長(zhǎng)度約29m，距豎井上口6m、距離豎井底部約101m。

5.2 堵井處理方法

經(jīng)網(wǎng)上查閱資料，決定采用氫氣球攜帶藥包爆松石渣，但氫氣球攜帶藥量小，也無法保證炸藥朝上，試驗(yàn)了3次沒有成功，決定試用水沖法，寄希望于較大流量的水流能松動(dòng)石渣，水沖進(jìn)行了約4h，沒有效果。于是決定采用潛孔鉆在離開導(dǎo)井壁2m遠(yuǎn)的地方開始鉆孔，角度按4.40°控制，同時(shí)進(jìn)行3個(gè)鉆孔的施工。成孔后，采用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)計(jì)算，只有一個(gè)鉆孔滿足要求，進(jìn)行裝藥爆破，在底部裝了2kg炸藥，爆破后，豎井貫通。第一次堵井處理共用時(shí)近3d。

此次堵井沒有引起足夠重視，以至于第3次爆破翻渣時(shí)，又發(fā)生了第2次堵井事故。

按照第一次方法又在外部又打了4個(gè)孔，進(jìn)行了2次爆破處理，均沒有成功。經(jīng)商議，決定采用潛孔鉆在堵井石渣上進(jìn)行鉆爆。

首先使用土料將堵井部位上填3m，再利用上部鋼絎架將鉆機(jī)固定牢固。鉆進(jìn)過程中使用泥漿進(jìn)行固壁，約20h就完成了鉆孔，裝藥爆破后導(dǎo)井貫通。

導(dǎo)井貫通后，人員下到堵井位置進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)該處巖石破碎，井壁出現(xiàn)大面積坍塌，石塊因松動(dòng)而突出，使本來就只有1.20m直徑的溜渣豎井更加狹窄，安排人員對(duì)該部位進(jìn)行了撬挖和噴混凝土處理。第二次堵井處理耗時(shí)6d。

6 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

瀑布溝水電站放空洞豎井高136m，采用反井鉆機(jī)進(jìn)行施工，及時(shí)、安全地完成豎井開挖，為其它工程提供了不良地質(zhì)情況下的施工經(jīng)驗(yàn)和堵井處理的經(jīng)驗(yàn)。本工程的教訓(xùn)也是深刻的，主要是對(duì)不良地質(zhì)段導(dǎo)井可能出現(xiàn)井壁坍塌認(rèn)識(shí)不足，沒有在擴(kuò)挖前對(duì)導(dǎo)井進(jìn)行檢查處理。

[1]王立成.豎井開挖堵井預(yù)防及處理技術(shù)[J].水電施工技術(shù),2008(53):3,11～16.

[2]王新反.井鉆機(jī)鉆進(jìn)孔內(nèi)事故預(yù)防及處理[J].煤炭工程,2008(5):33～34.