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LM-200型反井钻机在高桥电站工程中的应用
来源：www.zmgk.net 作者：admin 日期：2014-04-28 05:06:01 热度：903 ℃
摘要 ：高桥电站位 于云 南省 昭通地区，座落在金 沙江一级 支流横江上游段 的洒 渔河上 ，为引水式水电站 ，其 压力
管道 总长 l262．618m。该 电站 工程 的调 压井竖井和压力管道 3号斜 井采 用 IjⅥ一200型反 井钻机 开挖 导 井，LM
一 200型反井钻机是专门用于地下工程斜 井、竖井导井开挖施工的专用设备，具有施工机械化水平高、适用性
强、工效 高的特点 。对反 井钻机 的工作原理和施工工 艺进行 简要介 绍。
关 键 词 ：反 井钻机 ；应用研 究；施 工 ；高桥 水电站
中图分类号 ：P634．3 l 文献标识码 ：A
近年来竖 井和斜井的开挖方式越来越广泛地采 用先开挖导
井再扩大开挖 成型的爬 罐法 和反井钻 机法 ，逐 渐取 代原来 的 自
上而下全 断面一次爆 破成型的普通法和 吊罐法 。后 者由于施 工
作业条件差，钻孔偏斜率大，只能用于较浅的井。前者能充分发
挥施 工机 械效 率 ，占用劳动力少 ，适用性强 ，开挖速度快 ，特别是
反井钻机开挖导井，具有钻进速度快 ，工效高，施工安全，劳动强
度低 ，施 工精度高等优点 。用 反井 钻机 开挖导 井在我 国最先 成
功用 于十三陵抽水 蓄能电站出线竖井和 1号高压管道下斜 井的
施工中，近年来在一些中型水利工程中得到了广泛的推广和使
用 。本文结合 高桥 电站 工程 的调 压井竖井和压力管道 3号斜 井
采用 LM一200型反井钻机开挖导井为例，简述反井钻机的工作
原理和设备性能 、安装和施工过程。
1 工程概况
高桥电站枢纽工程位于云南省昭通地区的昭通市 、大关县、
永善县 3县交界处金沙江一级支流横江上游段的洒渔河上。高
桥 电站属 引水式 电站 ，由拦河坝 、发 电引水隧洞 、调压 井 、压力 管
道 、发 电厂房及升压站等组成。其中调压井为带上室 的圆筒式 ，
井高 56．12m，开挖断面为直径 7．6m的圆形断面。压力管道总
长 1262．618m，3号斜井段 (长 90．4m)开挖 洞径 为 3．1m，钢管
衬砌。电站设 计水 头 564．75m，最 大发 电流量 l9．86m]／s，电站
装机 90MW。调压井及压力管道 剖面示意图见图 1。
调压井及压力管道 围岩为 +层 中厚层 块状生物灰 岩 ．火
山角砾熔岩，玄武岩，岩块强度高，岩石为微风化。岩体完整性
主要受裂隙的影响 ，该 段裂 隙发 育密度小 ，为 0．1～0．4条／m．大
部分 闭合 。局部地段可能遇到溶洞形成 的充填 物坍 塌。压力管
道 调压 井 东端 至 3号平 洞 出 口段 围岩 为 玄武 岩 ，火 山角 砾 熔
岩 ，灰岩 ，白云岩 ，围岩属 Ⅱ ～Ⅲ类 ，成 洞条件 较好 ，洞室基本 稳
定。
图 1 高桥 电站压 力管道 剖面 示意(单位：m)
2 LM一200型反井钻机简介
2．1 设备简介
主要由钻机车 、操 作车 、泵车 、钻具等 4部分组成 ，配套辅 助
设备为洗井泵一台，斜井专用装置一套。技术特征见表 1。
2．2 工作原理简介
钻机的钻进原理 ：液压马达驱动动力水龙 头 ，动力水龙头将
扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转，滚刀在钻压下深井底作纯
滚动及微量滑移。滚动时产生冲击挤压和剪切能量来破碎岩
石 ，导孔钻进时 ，破碎的岩屑沿钻杆外壁环 形空间由洗井液提升
至地面(上平 面)；扩孔时，破碎下来的岩屑，靠 自重落到下水平
隧洞 。
钻机的工作原理 ：钻凿 1．4m直径的反井时，分两步进行，
第 1步将钻机安装在上水平段钻孔位置上，由上向下先钻出一
表 l LM一200型反井钻机技术特征
收稿 日期 ：2005—07—28
作者简 介 ：汤 明，男，云南省 水利 水电勘 测设 计研究院 。工程 师。
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个直径 为 216lnln的导孔 ，直至钻透到下水 平段 。第 2步将 导孔
钻头在下水平段卸下 ，换上 1．4m的扩孔钻头 ，再由下水平 段 向
上水 平段 提拉钻进 ，1次 1根地卸 下钻 杆 ，直到上水平段 为止。
3 反井钻机施工
3．1 施 工布置
3．1．1 反 井钻 机 的冷却循 环 系统
反井 钻机的冷却循 环系统 由洗井泵 (泥浆 泵 )、水池 、水 沟组
成。在反井钻 机基 础附近设 置一个 5m3水池 ，水池 中间设一 隔
墙 ，将水池分隔成清水 池和沉 淀池 。混凝 土基础 和水 池之 间 由
一 水 沟连接 ，导孔施 工出现 的回水 、细沙沿此 沟 回流 至沉淀池 。
洗井泵设置在 钻机车与水池之间 。
3．1．2 反 井钻机 运输 轨 道的安 装
为方便反井钻 机就位 、定位 ，在 洞内卸机部位地面安装运输
轨道 ，轨距 600lnln，轨道 为 24ke~m的轻轨 ，枕木为 100lnlnx10
mln方木 ，间距为 500lnln。
3．1．3 反 井钻机 的安 装基 础
反井钻机安装在平段 与竖井 (斜井 )相交 部位 ，主机 起钻孔
口与竖井(斜井)中心线延长线吻合。操作车、泵车依次停放在
扩挖过后 的盲洞 内，操 作车距起钻孔 口有大 于 1m的安全距 离 。
基础采用 C20混凝土分 二期浇筑 而成 ，一期形 成基础并 预留反
井钻机地脚螺栓坑，待机体到位并进行初校后回填二期混凝土，
以确保反井钻机与基础牢 固衔接 ，不发生移位 。
3．2 施 工程 序
前期准备工作一 基础浇筑 (一期含循环水池 )一 反井 钻机进
场安装 (包括高压 洗井泵 )测量 初定 位 声216m／ll先导 孔施工 一
钻头在预定深度出露(若未 出露 扩挖找钻头 )一扩孔 钻头安装平
台施工一 扩 孔 钻 头提 升 一 扩 孔 钻 头 安 装 一 安 装 平 台撤 出 一
声1400lnln扩孔施工一扩孔钻头拆卸一反 井钻机撤 除 。
调 压井竖井反井钻机施工示意图见图 2。
图 2 调压井竖井反 井钻机施工示意
3．3 前期准备工作
根据调压井竖井及 3号斜井布置情况和施工需要，利用已
施工完成的 1、4号平洞分别作为调压井竖井和 3号斜井的下部
施工通道 ，更换 钻(扩 )孔钻头和 出渣 。调 压井 竖井 利用 架空索
道吊运反井钻机至调压井上室用 600n一 宽轨道运进工作面安
装 ，3号斜井利用上山支线公路运输反井钻机到 3号斜井进 口
平台处 ，用 600lnln宽轨道运至斜井中一tL,位置安装。
3．4 导孔 施 工
反井钻机安装及 试机 正常后 ，从上 至下 钻 声216lnln导孔 。
反井钻机施工 的关键在 于导孔 钻孔质量 ，最终 导孔 能否钻通 ，钻
通后的偏离误差大小在 开钻后无 法进 行 中间检测 和控 制 ，只能
依靠经验，针对不同的围岩类别 ，实施不同的主、副泵工作压力、
转速和适时装配稳定钻杆进 行控制。反井钻机 的钻杆分为普通
钻杆(1m)和稳定 钻杆 (0．5m)，稳定 钻杆 比普通钻 杆外 周多 了
均匀分布的 4条 3cm厚 的 钢肋板 ，其 作用 是导 向 ，防止 钻杆 随
深度 的增 加旋转产 生过大弯 曲 、过 大摆 幅 ，起 到稳定 的作 用 ，同
时保护钻杆与孔壁 的接触磨损 。在导井钻进过程 中采用 的加设
稳定钻杆方法如下 ：开始钻进至 2m时必须加设 1根 ，钻进 10m
时再加设 1根 ，然后每钻进 15m加设 1根 。钻杆加设 时一般采
用副泵提供 的较小动力运行 ，钻杆丝扣之 间力度适 中 ，过紧容 易
损伤丝扣，过松钻杆容易脱落。导孔开始施工时一般采用副泵
提供较小的 、均匀 的动力 ，以免孔 口周 壁因振动过大开裂而难 以
成型。在距 孔底 3．0m范 围内降低 钻压。钻孔时要有 足够的 翻
渣泥浆压力和流量 ，以保证 正常翻渣和护壁 ，从而确保正常钻进
和防止塌孔卡钻及井壁稳定安全 。调压井 竖井导孔施工共钻进
了 50m，最大单 Et进 尺 8m，平均 2．5～3．5m／d(处理反井钻机故
障时除外 )。3号斜 井段 施工共钻进 了 88m导孔 ，最大单 Et进尺
6m，平均 2～3m／d(处理反井钻机故 障时 除外 )。
3．5 声14OOITUTI扩 孔施 工
在 声216lnln导孔钻通后 ，在下开挖工作 面平 段将导孔 钻头
卸下更 换 声1400lnln扩孔钻头 ，由下 向上提拉钻进 ，一根根卸下
钻杆 ，直到上开挖工作 面为止 。扩孔 开始施工 时一般 围岩 破坏
严重 ，钻头周圈难 以均 匀受力 。因此 ，采用 副泵提 供较小 的 、均
匀的动力，进尺较慢，控制在 10cm／h，以防钻头偏心受力过大而
扭断钻杆。钻进施工中要求有较为稳定供水量，以使刀具能得
到水冷却 ，供水量要求不小 于 7．8 ／h。扩孔施 工时 ，钻杆 的拆
卸要特别注意钻杆卡 瓦正确摆 放及 自身 的完好程 度 ，以免 出现
卡瓦突然断裂 ，造成扩孔钻头 、钻杆脱落 。
调压井竖井扩孔施工共钻 进了 50m，最大单 日进尺 6m，平
均 2～3m／d(处理反 井钻机故障时 除外 )。3号斜 井段施 工共 钻
进 了 88m导孔 ，最大单 日进尺 4m，平均 2．5m／d(处理反井 钻机
故障时除外 )。
3．6 扩 挖
导井形成后 ，采用钻爆 法 自上而下扩挖 ，周边采用光面爆破
以保证 开挖 质量 。出渣 由下开挖工作 面平段进 行 ，利 用 ZO一26
型扒渣机装 1t自卸汽车运输至渣场。开挖后及时采用锚喷混
凝土等方式支护周边围岩。扩挖至一定安全距离后，在井 口顶
拱位置设 置激光指向仪 (定期 校核)，用于测量放线工作 ，严格控
制超欠挖 。
4 结 语
通过 LM一200型反井钻机在高桥电站工程中的应用，在施
工过程中对反井钻机的性能和工作特点有如下几点体会和认
识 ：
(1)反井钻机不需要爆破，施工人员具有较高的安全性。
钻进速度快 、效率高、成本低。
(2)反井钻机施 工工期 与钻爆 破 法相 比缩 短很 多 ，特 别是
井身长度越深，使用反井钻机效益越显著。
(3)反井钻机施工不需爆破 ，孔周 围岩石不破 碎 ，岩层稳定
性高，孔壁平滑。
(编辑：反井钻机 www.zmgk.net）
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