十三陵抽水蓄能電站反井鉆機(jī)施工案例
4.1概況
 十三陵抽水蓄能電站是為改變北京供電質(zhì)量,興建的重點(diǎn)建設(shè)工程，位于北京昌平縣，十三陵水庫(kù)左岸。利用十三陵水庫(kù)為下池，在水庫(kù)左岸莽山上修建蓄能上池。在電站建設(shè)中，傾斜壓力管道工程施工難度大，是電站建設(shè)的關(guān)鍵。為加快施工速度，進(jìn)行用反井鉆機(jī)鉆鑿壓力管道的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)段為2號(hào)壓力管道下斜，從壓力管道中部施工支洞到北探洞，開挖斷面Ｄ5-5.6m，凈斷面Ｄ4.4-3.8ｍ，和水平夾角50°。穿過(guò)的巖石主要為復(fù)成份礫巖，巖體為微風(fēng)化至新鮮狀態(tài)Ⅱ－Ⅳ巖體，裂隙發(fā)育。沿線有F_２、F_１５、F_１６、F_１４、F_２０斷層以及輝綠玢巖巖脈，斷層一般寬1-3ｍ，影響帶2-5ｍ，透水性好。
4.2 反井鉆機(jī)選擇及改造
根據(jù)2號(hào)壓力管道的工程條件，選擇LM-200型反井鉆機(jī)。通過(guò)對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，該機(jī)基本能滿足工程要求。但由于該機(jī)是針對(duì)地下礦山井下條件設(shè)計(jì)，鉆孔傾角60-90°。本次試驗(yàn)用其鉆鑿傾角50°的斜孔，需對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行改造，改造的主要部分為：主機(jī)、穩(wěn)定鉆桿、和鉆桿輸送裝置等。
4.3 防斜措施
反井鉆井施工中導(dǎo)孔是關(guān)鍵，其成敗關(guān)系到整個(gè)鉆孔工作的成敗。本次是我國(guó)第一次用反井鉆機(jī)施工大傾角深孔工程，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，2號(hào)壓力管道下斜段巖石為復(fù)成份礫巖，巖石的均質(zhì)性差，裂隙和構(gòu)造十分發(fā)育。并且對(duì)于斜孔，不但鉆孔頂角變化會(huì)導(dǎo)致偏斜，方位變化對(duì)偏斜影響更大，所以必須從技術(shù)上作好準(zhǔn)備，采取可靠的鉆進(jìn)措施來(lái)控制鉆孔的偏斜。
⑴ 選擇適宜的鉆進(jìn)參數(shù)
 影響鉆孔偏斜的主要因素是鉆壓，通過(guò)計(jì)算，對(duì)于LM-200型反井鉆機(jī)，當(dāng)鉆壓大于60kN時(shí)，鉆桿可能失穩(wěn)，因此鉆壓控制最好不超過(guò)此值。但在此鉆壓下，鉆進(jìn)速度較低，可以通過(guò)增加穩(wěn)定鉆桿，提高失穩(wěn)壓力，加大鉆壓，提高鉆進(jìn)速度。對(duì)于復(fù)成份礫巖，鉆壓控制在10kN，鉆進(jìn)速度約1.0-1.5m/h。在本次試驗(yàn)鉆井參數(shù)控制的原則是：鉆孔前50ｍ采用低鉆壓，高轉(zhuǎn)速和恒鉆速。隨著鉆孔深度的增加，摩擦阻力增長(zhǎng)很快，逐步減低轉(zhuǎn)速，適當(dāng)增加鉆壓，保持鉆速均勻。
⑵ 增設(shè)穩(wěn)定鉆桿
    穩(wěn)定鉆桿的外徑和鉆孔直徑基本相同，它保持鉆具居于井中心，減少由于鉆壓增加引起鉆具彎曲所造成的鉆孔偏斜。為達(dá)到防斜目的，至少布置3根穩(wěn)定鉆桿，即近鉆頭穩(wěn)定鉆桿、中穩(wěn)定鉆桿和上穩(wěn)定鉆桿。根據(jù)壓力管道具體情況，適當(dāng)增加穩(wěn)定鉆桿，并根據(jù)測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。
⑶　泥漿參數(shù)控制
 2號(hào)壓力管道下斜段的地質(zhì)條件復(fù)雜，各種構(gòu)造發(fā)育，可能會(huì)發(fā)生漏漿、塌孔、埋鉆等孔內(nèi)事故。為避免或減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，采用優(yōu)質(zhì)NV-1鈉土配制泥漿作為洗井液。設(shè)計(jì)泥漿參數(shù)如表4。在鉆孔過(guò)程中根據(jù)地層條件，對(duì)泥漿數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整 。
表4                          設(shè)計(jì)泥漿參數(shù)表

泥漿參數(shù)	控制范圍	泥漿參數(shù)	控制范圍
粘度/s	20-30	比重	1.04-1.10
失水量/ml(30min)-1	10-15	泥皮厚度/mm	0.7-1.4
切力/mg cm-2	0-40	PH值	8-9
含砂量/%	1	膠體率/%	>97

為保證鉆孔方位 ,導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)先后進(jìn)行了3次測(cè)斜工作。所用的測(cè)量?jī)x器為JJX-3型井斜儀,采用電磁原理，以螺盤定位和360°電路完成的方位機(jī)構(gòu)。它不存在漂移問(wèn)題。該儀器的誤差指標(biāo):方位誤差:±2°,頂角誤差:±10'。
4.4 鉆進(jìn)工作
完成對(duì)LM-200型反井鉆機(jī)的改造后，鉆機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，1992-06-04進(jìn)行安裝，6月26日開鉆導(dǎo)孔鉆進(jìn)，8月4日安裝擴(kuò)孔鉆頭，8月17日完成了深203m直徑1.4m，傾角50°的2號(hào)壓力管道下斜導(dǎo)井。鉆孔的技術(shù)統(tǒng)計(jì)見表5。此后，又施工了1號(hào)壓力管道下斜段和大朝山電站2號(hào)壓力管道。
表5              反井鉆機(jī)鉆鑿2號(hào)壓力管道導(dǎo)井統(tǒng)計(jì)

工作內(nèi)容	工作量	工作時(shí)間/h	達(dá)到指標(biāo)
導(dǎo)孔鉆進(jìn)	直徑216mm，深203m	370.75	0.55m/h
接擴(kuò)孔鉆頭		6
擴(kuò)孔鉆進(jìn)	直徑1.4m，深191m	240.75	0.79m/h
擴(kuò)孔破巖	293.87m3	240.75	1.22m3/h
成孔速度			130m/月
純成孔速度			222.7m/月
鉆孔偏斜率			1.1%