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【摘 要】 齐热哈塔尔水电站引水斜井长319.333m，倾角为60°，开挖平均洞径为6m，调压室竖井长140m，开挖平均洞径为13.4m，压力管道及调压室有不同程度断层经过，受埋深及强风化覆盖厚度影响，井挖地质比较复杂，围岩呈Ⅴ类，层间有错动带穿过，并附带有泥沙现象，常规的人工开挖已不能确保施工安全，施工中采用反井钻施工导井、分次扩挖的施工方法，安全顺利完成斜井开挖及竖井导井施工，为其它类似工程提供参考。
【关键词】 反井钻;调压室竖井;引水斜井;施工应用
1 工程概述
1.1工程概况
齐热哈塔尔水电站工程是一座低闸坝、长隧洞、高水头引水式水电站，工程主要任务是发电。发电引水建筑物包括隧洞进水口、有压隧洞、调压室、压力管道等。调压井工程作为齐热哈塔尔水电站的重要构筑物之一，其地表高程为▽2795.00m，井底井挖高程为▽2655.60m，总长度139.4m，开挖井径13m，上游与本工程Ⅱ标引水洞相接，下游与本标段引水管道斜井相接。
引水管道斜井井挖总长度为319.333m，倾角为60°，开挖平均洞径为6m，内衬直径φ4.5m压力钢管，为方便施工在斜井顶部、中部、底部分别布置有6#、7#、8#施工支洞。
针对调压井、斜井井深较长、开挖施工难度较大、地质状况较差等特点，结合反井钻机在竖井、斜井施工中工效高、速度快、安全便捷等特点，我部将采用反井钻机进行本工程调压井、斜井溜渣孔的开挖钻进施工。特制定本施工方案。
1.2地质概况
1.2.1调压井工程地质概况
调压井围岩为O-S1角闪斜长板岩、片岩夹大理岩，薄层状夹中厚层状。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内。发育f18断层，产状NW350°/NE∠83°，宽0.5～2m，由碎裂岩、糜棱岩组成。
井深0～70m为强～弱风化岩体，风化卸荷强烈，有断层f18在此通过，岩体破碎，位于地下水位之上。井壁下游侧边墙为顺向坡，块体稳定主要受层面控制，围岩稳定性差。井壁上游侧边墙为逆向坡，块体稳定主要受构造面控制。围岩以IV类为主，局部为Ⅴ类围岩。
井深70m至底部，为微～新鲜风化岩体，裂隙发育，岩体破碎，位于地下水位之上。井壁下游侧边墙为顺向坡，块体稳定主要受层面控制，围岩稳定性差。井壁上游侧边墙为逆向坡，块体稳定主要受构造面控制。围岩以I、II类为主，局部为IV类。
因岩体破碎，施工过程中减少震动、用水等对洞室的不利影响，开挖后及时采取喷锚、支护措施。
1.2.2斜井工程地质概况
斜井中上部围岩为O-S1大理岩、板岩夹片岩，中厚层状夹薄层状，上覆岩体厚120～200m。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内，与洞线大角度相交，围岩完整性较差。位于地下水位之上。围岩以III类为主，局部为IV类。
斜井段下部围岩主要为O-S1角闪斜长板岩、片岩夹大理岩，薄层状夹中厚层状，上覆基岩厚约200～250m。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内，f17断层产状为NE10°/NW∠51°，片理及f17断层、裂隙均与洞线大角度相交，结构面发育，岩体较破碎。下游段约80m位于地下水位之下。围岩以Ⅳ类为主，局部为Ⅲ类。
2 施工布置
2.1施工道路
调压井反井钻机施工道路利用已形成施工连接道路可进行设备、材料的运输，斜井反井钻机施工道路利用连接道路以及已开挖完成的6#、7#、8#施工支洞作为设备、材料的运输道路。
2.2施工用电
施工用电主要供给反井钻机运转用电、施工照明用电。调压井及斜井上段施工时，用电电源从已布置在调压井区域内的630kVA施工变压器上接引，斜井下段施工时，用电电源从布置在厂房右侧的800kVA施工变压器上接引，同时准备一台250KW柴油发电机作为备用电源。
2.3施工供水
调压井反井钻机施工时，在反井钻机基础周围挖掘容积约为6m3蓄水池可满足反井钻机施工用水需要，水池顶面要低于反井钻机基础平台。在进行斜井段反井钻机施工时，自制容积为6m3的铁皮水箱放置在施工支洞内可满足反井钻机施工用水需要。施工用水上水系统由泵站随时按需要向水池（箱）内泵给。
2.4施工照明
調压井施工时在调压井边坡合适位置安装1个1.5KW镝灯作为夜间施工照明，斜井段施工时在施工支洞内安装36V安全照明灯作为施工照明。
3 施工工期
3.1调压井反井钻机施工工期
3.1.1工期安排
2012年4月22日～4月30日施工准备;
2012年5月1日～6月19日进行φ250mm导孔钻进施工;
2012年6月20日导孔施工完成;
2012年6月22日开始φ2m扩孔;
2012年7月18日扩孔完成。
3.1.2工期安排说明
厂房调压井边坡计划在2012年4月20日完成施工，对反井钻机施工作业面进行清理后随即开始反井钻机施工作业台的浇筑施工以及其他辅助设施的施工，2012年5月1日正式开始反井钻导孔施工，根据调压井实际地质情况及反井钻机机械效率估算，计划50天完成调压井139.4m导孔的钻进施工，于2012年6月20日打通导孔，次日进行反钻滚刀的安装，于6月22日正式开始扩孔施工，扩孔施工完成需要25天时间，计划于2012年7月18日完成扩孔作业。整个调压井反井钻机施工工期为72天。
3.2斜井反井钻机施工工期
3.2.1工期安排
（1）斜井上段（6#施工支洞底部～7#施工支洞顶部）： 2012年7月25日开始施工;
2012年9月25日导孔施工完成;
2012年9月27日开始扩孔;
2012年10月25日扩孔完成。
（2）斜井下段（7—1#施工支洞底部～斜井底部）：
2012年8月1日开始施工;
2012年9月15日导孔施工完成;
2012年9月17日开始扩孔;
2012年10月17日扩孔完成。
3.2.2工期安排说明
按照计划及相关6#施工支洞目前施工进度，6#施工支洞计划于2012年7月19日开挖完成，在完成反井钻机施工准备工作后，于7月25日可以开始斜井上段的反井钻机钻进施工，斜井上段井挖长度144m，根据反井钻机在斜井段施工时的机械效率估算，完成该段斜井导孔贯通需要60天，计划于2012年9月25日完成斜井上段导孔施工，9月27日开始扩孔，扩孔需要28天，计划在2012年10月25日完成扩孔。斜井上段反井钻施工共需93天。
根据需要增加7—1#施工支洞计划于2012年7月20日完成洞挖施工，在完成反井钻机施工准备工作后，于8月1日可以开始斜井下段的反井钻机钻进施工，斜井下段井挖长度125.5m，根据反井钻机在斜井段施工时的机械效率估算，完成该段斜井导孔贯通大约需要46天，计划于2012年9月15日完成斜井下段导孔施工，9月17日开始扩孔，扩孔需要30天，计划在2012年10月17日完成扩孔，斜井下段反井钻施工共需76天。
4 反井钻机选型及各项参数
4.1反井钻机选型
用于本工程调压井及斜井施工的反井钻机选用LM——250型反井钻机，数量为2台。
4.2反井钻机参数
动力形式：电动机
驱动方式：液压驱动
电机功率：129.6kw
导孔直径：Φ250mm
扩孔直径：Φ1400mm
钻孔深度：250～350m
钻孔倾角：50°～90°
额定扭矩：25KN.m
最大扭矩：40KN.m
导孔最大推力：700KN
扩孔最大拉力：1250KN
钻杆直径及有效长度：Φ200×1000mm
钻孔偏斜率：≤1%
适用岩性：≤f14
5 反井钻机施工原理
反井钻机是依靠电动机带动液压马达，液压马达将动力传递给钻具系统，带动钻具系统旋转作周向及竖直轴向运动，从而实现钻头对岩体产生冲击、挤压、剪切作用，达到破岩钻进的目的。在导孔钻进过程中，钻具系统对岩体作用推力，在扩孔钻进过程中，钻具系统对岩体作用拉力。
反井钻机施工原理示意图见图5—1。
6 反井钻施工方法
6.1反井钻施工流程（见图6-1）
图6-1 反井钻施工流程图
6.2反井钻施工流程说明及施工方法
6.2.1施工准备
（1）施工准备
清理反井钻机施工基础面，由测量队施放井轴线中心点，在清理好的基础面上采用C20混凝土浇筑反井钻机基础平台，基础平台长5m，宽3m，高0.8m。在基础平台混凝土浇筑时预留反井钻机机架固定锚杆及固定螺栓预留槽。基础平台浇筑体型及细部几何尺寸见附图二。
在基础平台附近挖掘长3m，宽2m，深1m蓄水池（或埋设水箱），水池顶面高度要低于钻机基础平台高度。
在洞顶垂直投影于斜井轴线中心点位置环向安装4根长4.5m的天锚锚杆，锚杆外露长度为0.7m，锚杆与中心点的间距为40cm。锚杆的具体安装方法及安装位置见附图二。
（2）钻机安装
在基础平台达到3天龄期强度后，将钻机轨道按要求铺设到基础平台上，然后将钻机吊装到轨道上，调整好钻机位置，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机。在确认钻机调平后用螺栓将调整钢垫板固定在钻架上。最后安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机并回填二期混凝土。
在调压井施工时，采用16t汽车吊进行反井钻机的安装;在斜井施工时，利用已安装好的天锚锚杆进行反井钻机的安装。安装完后利用测量仪器对钻机进行调平、调正处理，在确认钻机完全满足施工要求后，對钻机机架进行固定。
反井钻机在各作业面施工时的具体布置形式见附图一《反井钻机施工平面布置图》。
6.2.2Φ250mm导孔施工
（1）导孔钻进方法
在二期混凝土达到7天龄期强度后，对钻杆轴线对位及机身平整度进行复测，确认钻杆轴线与井轴线相对接重合，机身水平后，开始进行导孔的钻进施工。
钻机调平，开孔钻进后，调整动力水龙头的转速为预定值，并将动力水龙头升到最高位置，把导孔钻头移入钻架底孔并用下卡瓦卡住钻杆的下方卡位，然后将卡瓦放入卡座，用钻机辅助设备连接钻杆。接好钻杆后，开启冷却用水开始开孔钻进。
导孔钻进排渣用泥浆泵抽取沉渣池内的水从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽内，自流进沉渣池内。石渣沉淀后人工捞至堆放位置，石渣水经沉淀处理后，再用泥浆泵抽入导孔内循环利用。
导孔开始钻进时采用高转速、低钻压，动力水龙头的转速调至高速档，钻压为2～5MPa。背压根据实际情况调整，背压过大动力水龙头不能向下推进，背压过小时动力水龙头向下推进速度过快容易产生卡钻。
导孔钻进过程中的参数见表6—1。
表6-1 导孔钻进参数选择
钻进位置或岩石情况 钻压（MP） 转速（rpm） 预计钻速（m/h） 导孔开孔 3.0 10-20 0.3-0.6
導孔钻进中至钻透到下水平前 5.0～7.0 20 0.5
导孔钻透前5米内 2～4 10 1～2
石灰岩 3.5～6.5 20 2～3
砂岩 2.0～3.0 20 2～3
泥岩 1.5～2.0 20 3～4
因本工程施工部位岩体较为破碎，岩石强度较低低，故在导孔钻进中采用低钻压、高转速的钻进方法。离钻透下水平通道5米左右时，采用低钻压、低转速。
钻进过程中及时清理返出的岩渣，防止岩渣堆积，每钻进一根钻杆进度后冲水（泥浆）5～10分钟，等孔内的岩屑全部排出后，停泵接卸钻杆。导孔钻透后，停止泥浆（水）循环，但钻机不能停转，开始向孔内加清水将导孔内岩渣冲洗干净，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时停钻。
（2）导孔施工难点处理措施
①钻头偏移控制
导孔钻进过程中，由于钻杆直径为Φ200mm，而钻头直径为Φ250mm，钻头钻进后钻杆周围有50mm的空隙，因此在开孔后及钻进过程中要合理配备稳定钻杆（装有4根稳定耐磨条，直径与导孔钻头一致的钻杆）强制控制导孔钻进方向，利用导孔孔壁对稳定钻杆的约束作用将前端一定范围内的钻杆强制摆正，使这段范围内的钻杆钻进方向与设计钻孔轴线一致，从而控制导孔钻进方向。钻入深度较短时，由于钻杆抗弯强度较高，钻头钻进方向不会发生偏移;当钻入深度达到一定值后，随着钻孔深度的增加，钻杆稳定性将会随之减弱，当钻孔深度达到一定程度，受重力作用，钻杆弯曲，钻杆中间段将受挤压紧贴在钻孔下部，钻杆施加给钻头的作用力将不再与设计洞轴线方向一致，在改变的作用力下，钻头钻进方向将发生偏移。为了及时掌握钻头钻进位置，对导孔钻进方向进行有效控制，利用测量手段对钻进方向和钻头位置进行测量，根据测量数据分析钻孔偏移情况，采取纠编措施，以保证钻孔偏差控制在允许范围之内。当钻孔深度达到50m、100m时各测定一次。根据导孔偏移情况适当合理调整前端稳定钻杆的数量和位置，并在钻杆中部适当位置设置稳定钻杆，逐步对导孔方向进行调整和控制。最终完成满足设计要求的高质量导孔。
②塌孔、卡钻现象的预防处理措施
由于本工程调压井、斜井地处斜坡位置，岩体较为破碎，风化卸荷强烈，裂隙发育，围岩主要由碎裂岩、糜棱岩组成，在导孔钻进施工过程中极有可能发生塌孔、卡钻等现象，造成导孔报废，为解决这一施工难点，导孔钻进时采用固结灌浆的方法予以预防、处理。具体方法如下：
在现场制备水灰比为0.4～0.55的水泥浆或水泥砂浆通过灌浆设备或人工自流输送浆液的方法进行灌注，利用浆液填充断层、裂隙。灌注浆液48小时后即可进行钻孔、扫孔施工。当导孔达到一定深度后（至少要达到50米以上），采用灌浆设备灌注较稀的水泥浆液，对导孔周围岩体进行固结。具体水灰比需在现场试验确定。（一般是采用2：1、1：1、0.5～0.8：1等几个比级），但由于要反复取钻、灌浆、扫孔，对施工进度影响较大。
6.2.3Φ1400mm滚刀扩孔施工
（1）扩孔钻头安装
导孔贯通后，用装载机将Φ1400mm扩孔滚刀钻头运至下水平洞导孔下方，将上、下提吊块分别同扩孔钻头、导孔钻杆固定，上、下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面20cm，然后固定钻头，下落钻杆，拆去上、下提吊块，连接扩孔钻头。在扩孔钻头安装过程中钻机操作人员与钻头安装人员利用报话机上下联系、紧密配合。
（2）扩孔施工
在扩孔施工时，钻机低转速、低钻压缓慢将扩孔钻头提升至与岩面接触，然后从导孔内通入冷却水，以冷却扩孔钻头并消尘。
待扩孔钻头全部钻进岩体后开始对钻头加压，加压压力根据岩性具体而定，遇到软岩或岩石较为破碎时采用低压，遇到硬岩时采用高压。
随着扩孔钻头的逐步提升，钻杆随之跟进拆卸，拆卸钻杆时，第二根钻杆上方卡位升至卡座上方约20cm，将下卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头一圈，升起翻转架并将机械手抱住钻杆，动力水龙头反转并提升约10cm，取出上卡瓦，再将动力水龙头升至最高位置，下降翻转架并松开机械手，同时下降动力水龙头连接钻杆，取出下卡瓦，继续扩孔钻进。
（3）反井钻机拆除
扩孔施工完成后，将扩孔钻头担放在钻机基础平台上，然后利用起重设备进行钻架、机身的拆除，最后拆除扩孔钻头。
（4）扩孔施工中的抽排水措施
扩孔施工中用于冷却钻头及消尘的用水量较大，约为9～12m3/h，在下层水平洞内合适位置挖掘长1m，宽0.5m，深1m的集水坑，利用二级3″污水泵分段接力抽排出施工支洞外。
7 质量保证措施
7.1利用测量手段控制开孔精度
施工时精确控制测量放样数据，严格按照设计施工图纸及施工规范进行钻机安装控制点、开口中心点的放样。
采用全站仪对井轴线中心点进行精确放样并校核检测，采用水准仪、水平尺、垂球等测量工具对钻机机身安装水平度进行精确控制，必须确保钻杆与水平面的夹角符合设计要求。
7.2通过配置稳定钻杆控制造孔精度
稳定钻杆与普通钻杆长度相等，圆周直径与导孔直径相差不多，材质坚硬，具有良好的硬度、刚度及稳定性，且具有良好耐磨性能。充分利用稳定钻杆的优点可以保证导孔钻进不会产生较大偏离，保证造孔精度。
（1）开孔前对稳定钻杆进行检测，主要检测稳定钻杆直线度、圆周直径是否满足施工需要，若稳定钻杆已发生挠曲变形或出现失圆、磨损等现象，绝不得用于本工程施工。
（2）稳定钻杆配置采用钻头后装4根，以后间隔一定距离配置一根，确保在整个导孔钻进过程中，导孔钻杆不会发生较大的挤压变形而导致导孔偏斜。 7.3通过合理控制钻压、造孔速度等手段确保造孔精度
导孔钻杆为刚性体，在受压状态下会产生一定的挠度，在造孔过程中钻杆所产生的挠度与钻杆钻进长度及所施加的钻压成正比，钻压越大、长度越长所产生的挠曲变形也会越大，故钻杆偏离轴线的几率也越大，造孔精度及很难保证。若钻压较小，则钻孔速度就会下降，工效就难以保障。因此合理使用钻压是保证造孔精度的重要条件之一。同时钻进参数选择还要依据地层地质条件、钻进部位等多方面因素确定。
开孔钻进时采用低转速、低钻压的方式进行施工，造孔深度达到10m～15m后，即可采用正常钻压、正常转速进行钻进。导孔钻进时遇到软弱地层、破碎地层时，采用低钻压、低钻速钻进。
7.4适时采用固结灌浆等加固处理措施确保造孔精度
由于在导孔钻进过程中，钻杆遇软岩会发生偏斜，容易导致造孔轴线偏离原设计轴线，对于造孔过程中遭遇不良地质段时，可根据设计提供的地勘资料、钻机转速的变化、造孔返渣、返水等异常情况的出现进行判断，及时采用灌注水泥浆等措施对不良地质段进行孔壁加固处理。
7.5精心组织、精心操作
施工前对所有作业人员、管理人员进行详细的技术交底，技术交底内容涵盖施工部位的地质构造、作业程序、施工组织细节、施工中的重点难点问题等内容，让每个人都做到心中有数。
操作人员挑选有多年生产实践经验的操作手参与施工，每个操作员都必须严格按照施工组织设计和反井钻机操作规程进行操作，同时都具备能够及时发现和处理钻进施工中异常问题的能力。
8 安全保证措施
（1）钻机操作人员、起重安装人员均经过上岗培训，并持有有效操作证和执业合格证。
（2）钻机操作人员熟悉反井钻机的构造和技术性能、安全操作规程，并熟练掌握钻机保养、维护、维修的基本知识。
（3）施工前对所有参建人员进行详细的安全技术交底。
（4）钻机安装前对吊具、索具，起重设备性能等进行仔细检查，在确定满足安全施工要求后方可进行吊装施工。
（5）钻机吊装时由专职的司索指挥人员统一指挥，指挥信号必须明确、清晰。
（6）开钻前仔细检查钻机制动系统、钢丝绳连接接头、各紧固件及机体安装情况是否符合安全操作规程要求，在确认合格后方可进行开机作业。
（7）在施工现场所有存在危险源的部位悬挂醒目标识，严格禁止无关人员进入施工现场。
（8）在钻机运转时，严禁进行检修、维护、保养等操作，严令禁止操作人员酒后作业。
（9）在导孔贯通前及扩孔作业过程中，在下平洞内设置安全警戒区，警戒区内禁止人员进入，以防块石坠落伤人。
（10）扩孔钻头安装过程中，钻机操作人员和下平洞安装人员必须确保通讯畅通，配合紧密，操作人员在没有得到指令时严禁擅自运转钻机，以免误操作造成伤害事故。
9 文明施工及环保保证措施
（1）施工区域的施工道路、场地及水、电管线路和临時建筑物等做到统筹布置规划，做到平、直、顺、井然有序，保证安全、畅通。
（2）现场材料、设备、工器具等码放整齐，并做统一标识
（3）施工人员进入施工现场后统一佩戴安全防护用品。
（4）施工过程中的烟尘、污水经处理达到国标允许排放标准后方可进行排放。
（5）施工沉渣池（泥浆池）做好防护措施，避免施工现场出现污水横流现象。
10 资源配置
10.1机械设备配置
调压井、斜井反井钻机施工主要机械设备配置见表10-1。
表1-1 主要机械设备配置表
序号 名称 型号 单位 数量 备注
1 反井钻机 LM—250 台 2
2 导孔钻头 Φ250mm 个 3 备用一个
3 扩孔钻头 Φ1400mm 个 3 备用一个
4 汽车吊 QY16 台 1
5 反铲 PC220 台 1
6 装载机 ZL50 台 1
7 污水泵 3″ 台 6 备用2台
10.2人力资源配置
调压井、斜井反井钻机施工人力资源配置见表10—2。
表10-2 人力资源配置表
序号 名称 人数 备注
1 管理人员 8
2 技术人员 5
3 钻机操作人员 16
4 重机司机 3
5 起重司索人员 2
6 泵工 4
合计 38人
【关键词】 反井钻;调压室竖井;引水斜井;施工应用
1 工程概述
1.1工程概况
齐热哈塔尔水电站工程是一座低闸坝、长隧洞、高水头引水式水电站，工程主要任务是发电。发电引水建筑物包括隧洞进水口、有压隧洞、调压室、压力管道等。调压井工程作为齐热哈塔尔水电站的重要构筑物之一，其地表高程为▽2795.00m，井底井挖高程为▽2655.60m，总长度139.4m，开挖井径13m，上游与本工程Ⅱ标引水洞相接，下游与本标段引水管道斜井相接。
引水管道斜井井挖总长度为319.333m，倾角为60°，开挖平均洞径为6m，内衬直径φ4.5m压力钢管，为方便施工在斜井顶部、中部、底部分别布置有6#、7#、8#施工支洞。
针对调压井、斜井井深较长、开挖施工难度较大、地质状况较差等特点，结合反井钻机在竖井、斜井施工中工效高、速度快、安全便捷等特点，我部将采用反井钻机进行本工程调压井、斜井溜渣孔的开挖钻进施工。特制定本施工方案。
1.2地质概况
1.2.1调压井工程地质概况
调压井围岩为O-S1角闪斜长板岩、片岩夹大理岩，薄层状夹中厚层状。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内。发育f18断层，产状NW350°/NE∠83°，宽0.5～2m，由碎裂岩、糜棱岩组成。
井深0～70m为强～弱风化岩体，风化卸荷强烈，有断层f18在此通过，岩体破碎，位于地下水位之上。井壁下游侧边墙为顺向坡，块体稳定主要受层面控制，围岩稳定性差。井壁上游侧边墙为逆向坡，块体稳定主要受构造面控制。围岩以IV类为主，局部为Ⅴ类围岩。
井深70m至底部，为微～新鲜风化岩体，裂隙发育，岩体破碎，位于地下水位之上。井壁下游侧边墙为顺向坡，块体稳定主要受层面控制，围岩稳定性差。井壁上游侧边墙为逆向坡，块体稳定主要受构造面控制。围岩以I、II类为主，局部为IV类。
因岩体破碎，施工过程中减少震动、用水等对洞室的不利影响，开挖后及时采取喷锚、支护措施。
1.2.2斜井工程地质概况
斜井中上部围岩为O-S1大理岩、板岩夹片岩，中厚层状夹薄层状，上覆岩体厚120～200m。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内，与洞线大角度相交，围岩完整性较差。位于地下水位之上。围岩以III类为主，局部为IV类。
斜井段下部围岩主要为O-S1角闪斜长板岩、片岩夹大理岩，薄层状夹中厚层状，上覆基岩厚约200～250m。岩层产状为NW315～330°SW∠20°～40°，倾向坡内，f17断层产状为NE10°/NW∠51°，片理及f17断层、裂隙均与洞线大角度相交，结构面发育，岩体较破碎。下游段约80m位于地下水位之下。围岩以Ⅳ类为主，局部为Ⅲ类。
2 施工布置
2.1施工道路
调压井反井钻机施工道路利用已形成施工连接道路可进行设备、材料的运输，斜井反井钻机施工道路利用连接道路以及已开挖完成的6#、7#、8#施工支洞作为设备、材料的运输道路。
2.2施工用电
施工用电主要供给反井钻机运转用电、施工照明用电。调压井及斜井上段施工时，用电电源从已布置在调压井区域内的630kVA施工变压器上接引，斜井下段施工时，用电电源从布置在厂房右侧的800kVA施工变压器上接引，同时准备一台250KW柴油发电机作为备用电源。
2.3施工供水
调压井反井钻机施工时，在反井钻机基础周围挖掘容积约为6m3蓄水池可满足反井钻机施工用水需要，水池顶面要低于反井钻机基础平台。在进行斜井段反井钻机施工时，自制容积为6m3的铁皮水箱放置在施工支洞内可满足反井钻机施工用水需要。施工用水上水系统由泵站随时按需要向水池（箱）内泵给。
2.4施工照明
調压井施工时在调压井边坡合适位置安装1个1.5KW镝灯作为夜间施工照明，斜井段施工时在施工支洞内安装36V安全照明灯作为施工照明。
3 施工工期
3.1调压井反井钻机施工工期
3.1.1工期安排
2012年4月22日～4月30日施工准备;
2012年5月1日～6月19日进行φ250mm导孔钻进施工;
2012年6月20日导孔施工完成;
2012年6月22日开始φ2m扩孔;
2012年7月18日扩孔完成。
3.1.2工期安排说明
厂房调压井边坡计划在2012年4月20日完成施工，对反井钻机施工作业面进行清理后随即开始反井钻机施工作业台的浇筑施工以及其他辅助设施的施工，2012年5月1日正式开始反井钻导孔施工，根据调压井实际地质情况及反井钻机机械效率估算，计划50天完成调压井139.4m导孔的钻进施工，于2012年6月20日打通导孔，次日进行反钻滚刀的安装，于6月22日正式开始扩孔施工，扩孔施工完成需要25天时间，计划于2012年7月18日完成扩孔作业。整个调压井反井钻机施工工期为72天。
3.2斜井反井钻机施工工期
3.2.1工期安排
（1）斜井上段（6#施工支洞底部～7#施工支洞顶部）： 2012年7月25日开始施工;
2012年9月25日导孔施工完成;
2012年9月27日开始扩孔;
2012年10月25日扩孔完成。
（2）斜井下段（7—1#施工支洞底部～斜井底部）：
2012年8月1日开始施工;
2012年9月15日导孔施工完成;
2012年9月17日开始扩孔;
2012年10月17日扩孔完成。
3.2.2工期安排说明
按照计划及相关6#施工支洞目前施工进度，6#施工支洞计划于2012年7月19日开挖完成，在完成反井钻机施工准备工作后，于7月25日可以开始斜井上段的反井钻机钻进施工，斜井上段井挖长度144m，根据反井钻机在斜井段施工时的机械效率估算，完成该段斜井导孔贯通需要60天，计划于2012年9月25日完成斜井上段导孔施工，9月27日开始扩孔，扩孔需要28天，计划在2012年10月25日完成扩孔。斜井上段反井钻施工共需93天。
根据需要增加7—1#施工支洞计划于2012年7月20日完成洞挖施工，在完成反井钻机施工准备工作后，于8月1日可以开始斜井下段的反井钻机钻进施工，斜井下段井挖长度125.5m，根据反井钻机在斜井段施工时的机械效率估算，完成该段斜井导孔贯通大约需要46天，计划于2012年9月15日完成斜井下段导孔施工，9月17日开始扩孔，扩孔需要30天，计划在2012年10月17日完成扩孔，斜井下段反井钻施工共需76天。
4 反井钻机选型及各项参数
4.1反井钻机选型
用于本工程调压井及斜井施工的反井钻机选用LM——250型反井钻机，数量为2台。
4.2反井钻机参数
动力形式：电动机
驱动方式：液压驱动
电机功率：129.6kw
导孔直径：Φ250mm
扩孔直径：Φ1400mm
钻孔深度：250～350m
钻孔倾角：50°～90°
额定扭矩：25KN.m
最大扭矩：40KN.m
导孔最大推力：700KN
扩孔最大拉力：1250KN
钻杆直径及有效长度：Φ200×1000mm
钻孔偏斜率：≤1%
适用岩性：≤f14
5 反井钻机施工原理
反井钻机是依靠电动机带动液压马达，液压马达将动力传递给钻具系统，带动钻具系统旋转作周向及竖直轴向运动，从而实现钻头对岩体产生冲击、挤压、剪切作用，达到破岩钻进的目的。在导孔钻进过程中，钻具系统对岩体作用推力，在扩孔钻进过程中，钻具系统对岩体作用拉力。
反井钻机施工原理示意图见图5—1。
6 反井钻施工方法
6.1反井钻施工流程（见图6-1）
图6-1 反井钻施工流程图
6.2反井钻施工流程说明及施工方法
6.2.1施工准备
（1）施工准备
清理反井钻机施工基础面，由测量队施放井轴线中心点，在清理好的基础面上采用C20混凝土浇筑反井钻机基础平台，基础平台长5m，宽3m，高0.8m。在基础平台混凝土浇筑时预留反井钻机机架固定锚杆及固定螺栓预留槽。基础平台浇筑体型及细部几何尺寸见附图二。
在基础平台附近挖掘长3m，宽2m，深1m蓄水池（或埋设水箱），水池顶面高度要低于钻机基础平台高度。
在洞顶垂直投影于斜井轴线中心点位置环向安装4根长4.5m的天锚锚杆，锚杆外露长度为0.7m，锚杆与中心点的间距为40cm。锚杆的具体安装方法及安装位置见附图二。
（2）钻机安装
在基础平台达到3天龄期强度后，将钻机轨道按要求铺设到基础平台上，然后将钻机吊装到轨道上，调整好钻机位置，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机。在确认钻机调平后用螺栓将调整钢垫板固定在钻架上。最后安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机并回填二期混凝土。
在调压井施工时，采用16t汽车吊进行反井钻机的安装;在斜井施工时，利用已安装好的天锚锚杆进行反井钻机的安装。安装完后利用测量仪器对钻机进行调平、调正处理，在确认钻机完全满足施工要求后，對钻机机架进行固定。
反井钻机在各作业面施工时的具体布置形式见附图一《反井钻机施工平面布置图》。
6.2.2Φ250mm导孔施工
（1）导孔钻进方法
在二期混凝土达到7天龄期强度后，对钻杆轴线对位及机身平整度进行复测，确认钻杆轴线与井轴线相对接重合，机身水平后，开始进行导孔的钻进施工。
钻机调平，开孔钻进后，调整动力水龙头的转速为预定值，并将动力水龙头升到最高位置，把导孔钻头移入钻架底孔并用下卡瓦卡住钻杆的下方卡位，然后将卡瓦放入卡座，用钻机辅助设备连接钻杆。接好钻杆后，开启冷却用水开始开孔钻进。
导孔钻进排渣用泥浆泵抽取沉渣池内的水从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽内，自流进沉渣池内。石渣沉淀后人工捞至堆放位置，石渣水经沉淀处理后，再用泥浆泵抽入导孔内循环利用。
导孔开始钻进时采用高转速、低钻压，动力水龙头的转速调至高速档，钻压为2～5MPa。背压根据实际情况调整，背压过大动力水龙头不能向下推进，背压过小时动力水龙头向下推进速度过快容易产生卡钻。
导孔钻进过程中的参数见表6—1。
表6-1 导孔钻进参数选择
钻进位置或岩石情况 钻压（MP） 转速（rpm） 预计钻速（m/h） 导孔开孔 3.0 10-20 0.3-0.6
導孔钻进中至钻透到下水平前 5.0～7.0 20 0.5
导孔钻透前5米内 2～4 10 1～2
石灰岩 3.5～6.5 20 2～3
砂岩 2.0～3.0 20 2～3
泥岩 1.5～2.0 20 3～4
因本工程施工部位岩体较为破碎，岩石强度较低低，故在导孔钻进中采用低钻压、高转速的钻进方法。离钻透下水平通道5米左右时，采用低钻压、低转速。
钻进过程中及时清理返出的岩渣，防止岩渣堆积，每钻进一根钻杆进度后冲水（泥浆）5～10分钟，等孔内的岩屑全部排出后，停泵接卸钻杆。导孔钻透后，停止泥浆（水）循环，但钻机不能停转，开始向孔内加清水将导孔内岩渣冲洗干净，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时停钻。
（2）导孔施工难点处理措施
①钻头偏移控制
导孔钻进过程中，由于钻杆直径为Φ200mm，而钻头直径为Φ250mm，钻头钻进后钻杆周围有50mm的空隙，因此在开孔后及钻进过程中要合理配备稳定钻杆（装有4根稳定耐磨条，直径与导孔钻头一致的钻杆）强制控制导孔钻进方向，利用导孔孔壁对稳定钻杆的约束作用将前端一定范围内的钻杆强制摆正，使这段范围内的钻杆钻进方向与设计钻孔轴线一致，从而控制导孔钻进方向。钻入深度较短时，由于钻杆抗弯强度较高，钻头钻进方向不会发生偏移;当钻入深度达到一定值后，随着钻孔深度的增加，钻杆稳定性将会随之减弱，当钻孔深度达到一定程度，受重力作用，钻杆弯曲，钻杆中间段将受挤压紧贴在钻孔下部，钻杆施加给钻头的作用力将不再与设计洞轴线方向一致，在改变的作用力下，钻头钻进方向将发生偏移。为了及时掌握钻头钻进位置，对导孔钻进方向进行有效控制，利用测量手段对钻进方向和钻头位置进行测量，根据测量数据分析钻孔偏移情况，采取纠编措施，以保证钻孔偏差控制在允许范围之内。当钻孔深度达到50m、100m时各测定一次。根据导孔偏移情况适当合理调整前端稳定钻杆的数量和位置，并在钻杆中部适当位置设置稳定钻杆，逐步对导孔方向进行调整和控制。最终完成满足设计要求的高质量导孔。
②塌孔、卡钻现象的预防处理措施
由于本工程调压井、斜井地处斜坡位置，岩体较为破碎，风化卸荷强烈，裂隙发育，围岩主要由碎裂岩、糜棱岩组成，在导孔钻进施工过程中极有可能发生塌孔、卡钻等现象，造成导孔报废，为解决这一施工难点，导孔钻进时采用固结灌浆的方法予以预防、处理。具体方法如下：
在现场制备水灰比为0.4～0.55的水泥浆或水泥砂浆通过灌浆设备或人工自流输送浆液的方法进行灌注，利用浆液填充断层、裂隙。灌注浆液48小时后即可进行钻孔、扫孔施工。当导孔达到一定深度后（至少要达到50米以上），采用灌浆设备灌注较稀的水泥浆液，对导孔周围岩体进行固结。具体水灰比需在现场试验确定。（一般是采用2：1、1：1、0.5～0.8：1等几个比级），但由于要反复取钻、灌浆、扫孔，对施工进度影响较大。
6.2.3Φ1400mm滚刀扩孔施工
（1）扩孔钻头安装
导孔贯通后，用装载机将Φ1400mm扩孔滚刀钻头运至下水平洞导孔下方，将上、下提吊块分别同扩孔钻头、导孔钻杆固定，上、下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面20cm，然后固定钻头，下落钻杆，拆去上、下提吊块，连接扩孔钻头。在扩孔钻头安装过程中钻机操作人员与钻头安装人员利用报话机上下联系、紧密配合。
（2）扩孔施工
在扩孔施工时，钻机低转速、低钻压缓慢将扩孔钻头提升至与岩面接触，然后从导孔内通入冷却水，以冷却扩孔钻头并消尘。
待扩孔钻头全部钻进岩体后开始对钻头加压，加压压力根据岩性具体而定，遇到软岩或岩石较为破碎时采用低压，遇到硬岩时采用高压。
随着扩孔钻头的逐步提升，钻杆随之跟进拆卸，拆卸钻杆时，第二根钻杆上方卡位升至卡座上方约20cm，将下卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头一圈，升起翻转架并将机械手抱住钻杆，动力水龙头反转并提升约10cm，取出上卡瓦，再将动力水龙头升至最高位置，下降翻转架并松开机械手，同时下降动力水龙头连接钻杆，取出下卡瓦，继续扩孔钻进。
（3）反井钻机拆除
扩孔施工完成后，将扩孔钻头担放在钻机基础平台上，然后利用起重设备进行钻架、机身的拆除，最后拆除扩孔钻头。
（4）扩孔施工中的抽排水措施
扩孔施工中用于冷却钻头及消尘的用水量较大，约为9～12m3/h，在下层水平洞内合适位置挖掘长1m，宽0.5m，深1m的集水坑，利用二级3″污水泵分段接力抽排出施工支洞外。
7 质量保证措施
7.1利用测量手段控制开孔精度
施工时精确控制测量放样数据，严格按照设计施工图纸及施工规范进行钻机安装控制点、开口中心点的放样。
采用全站仪对井轴线中心点进行精确放样并校核检测，采用水准仪、水平尺、垂球等测量工具对钻机机身安装水平度进行精确控制，必须确保钻杆与水平面的夹角符合设计要求。
7.2通过配置稳定钻杆控制造孔精度
稳定钻杆与普通钻杆长度相等，圆周直径与导孔直径相差不多，材质坚硬，具有良好的硬度、刚度及稳定性，且具有良好耐磨性能。充分利用稳定钻杆的优点可以保证导孔钻进不会产生较大偏离，保证造孔精度。
（1）开孔前对稳定钻杆进行检测，主要检测稳定钻杆直线度、圆周直径是否满足施工需要，若稳定钻杆已发生挠曲变形或出现失圆、磨损等现象，绝不得用于本工程施工。
（2）稳定钻杆配置采用钻头后装4根，以后间隔一定距离配置一根，确保在整个导孔钻进过程中，导孔钻杆不会发生较大的挤压变形而导致导孔偏斜。 7.3通过合理控制钻压、造孔速度等手段确保造孔精度
导孔钻杆为刚性体，在受压状态下会产生一定的挠度，在造孔过程中钻杆所产生的挠度与钻杆钻进长度及所施加的钻压成正比，钻压越大、长度越长所产生的挠曲变形也会越大，故钻杆偏离轴线的几率也越大，造孔精度及很难保证。若钻压较小，则钻孔速度就会下降，工效就难以保障。因此合理使用钻压是保证造孔精度的重要条件之一。同时钻进参数选择还要依据地层地质条件、钻进部位等多方面因素确定。
开孔钻进时采用低转速、低钻压的方式进行施工，造孔深度达到10m～15m后，即可采用正常钻压、正常转速进行钻进。导孔钻进时遇到软弱地层、破碎地层时，采用低钻压、低钻速钻进。
7.4适时采用固结灌浆等加固处理措施确保造孔精度
由于在导孔钻进过程中，钻杆遇软岩会发生偏斜，容易导致造孔轴线偏离原设计轴线，对于造孔过程中遭遇不良地质段时，可根据设计提供的地勘资料、钻机转速的变化、造孔返渣、返水等异常情况的出现进行判断，及时采用灌注水泥浆等措施对不良地质段进行孔壁加固处理。
7.5精心组织、精心操作
施工前对所有作业人员、管理人员进行详细的技术交底，技术交底内容涵盖施工部位的地质构造、作业程序、施工组织细节、施工中的重点难点问题等内容，让每个人都做到心中有数。
操作人员挑选有多年生产实践经验的操作手参与施工，每个操作员都必须严格按照施工组织设计和反井钻机操作规程进行操作，同时都具备能够及时发现和处理钻进施工中异常问题的能力。
8 安全保证措施
（1）钻机操作人员、起重安装人员均经过上岗培训，并持有有效操作证和执业合格证。
（2）钻机操作人员熟悉反井钻机的构造和技术性能、安全操作规程，并熟练掌握钻机保养、维护、维修的基本知识。
（3）施工前对所有参建人员进行详细的安全技术交底。
（4）钻机安装前对吊具、索具，起重设备性能等进行仔细检查，在确定满足安全施工要求后方可进行吊装施工。
（5）钻机吊装时由专职的司索指挥人员统一指挥，指挥信号必须明确、清晰。
（6）开钻前仔细检查钻机制动系统、钢丝绳连接接头、各紧固件及机体安装情况是否符合安全操作规程要求，在确认合格后方可进行开机作业。
（7）在施工现场所有存在危险源的部位悬挂醒目标识，严格禁止无关人员进入施工现场。
（8）在钻机运转时，严禁进行检修、维护、保养等操作，严令禁止操作人员酒后作业。
（9）在导孔贯通前及扩孔作业过程中，在下平洞内设置安全警戒区，警戒区内禁止人员进入，以防块石坠落伤人。
（10）扩孔钻头安装过程中，钻机操作人员和下平洞安装人员必须确保通讯畅通，配合紧密，操作人员在没有得到指令时严禁擅自运转钻机，以免误操作造成伤害事故。
9 文明施工及环保保证措施
（1）施工区域的施工道路、场地及水、电管线路和临時建筑物等做到统筹布置规划，做到平、直、顺、井然有序，保证安全、畅通。
（2）现场材料、设备、工器具等码放整齐，并做统一标识
（3）施工人员进入施工现场后统一佩戴安全防护用品。
（4）施工过程中的烟尘、污水经处理达到国标允许排放标准后方可进行排放。
（5）施工沉渣池（泥浆池）做好防护措施，避免施工现场出现污水横流现象。
10 资源配置
10.1机械设备配置
调压井、斜井反井钻机施工主要机械设备配置见表10-1。
表1-1 主要机械设备配置表
序号 名称 型号 单位 数量 备注
1 反井钻机 LM—250 台 2
2 导孔钻头 Φ250mm 个 3 备用一个
3 扩孔钻头 Φ1400mm 个 3 备用一个
4 汽车吊 QY16 台 1
5 反铲 PC220 台 1
6 装载机 ZL50 台 1
7 污水泵 3″ 台 6 备用2台
10.2人力资源配置
调压井、斜井反井钻机施工人力资源配置见表10—2。
表10-2 人力资源配置表
序号 名称 人数 备注
1 管理人员 8
2 技术人员 5
3 钻机操作人员 16
4 重机司机 3
5 起重司索人员 2
6 泵工 4
合计 38人