CCS水电站深竖井反井钻机施工技术案例

厄瓜多尔科卡科多-辛克雷水电站（下称CCS水电站）共有两条竖井，采用芬兰进口的最新型RHINO 1088DC型反井钻机进行施工。这两条竖井深度都达到527米，地质情况复杂，有大量破碎带、夹泥层和流沙层，且地下水渗水量极大，岩石主要以页岩、砂岩、凝灰岩、流文岩和火山角砾岩为主。钻孔的偏斜角度必须控制在0.1°左右，精度要求非常高，超出了大部分孔斜测量设备的仪器精度。其规模在世界水电工程领域位居前列，是CCS水电站施工难度较大的一条关键线路，并作为中国水利水电集团公司的科研项目，受到各方的密切关注。
CCS水电站1#竖井从导孔钻进到扩孔完成，仅用76天就全部贯通（导孔钻进53天，扩孔23天），扩孔速度平均23米/天，最高时达到53米/天，成孔质量较好，偏差可控。2#竖井由于导孔贯通后，地下水渗水量极大，达到800~1000立方米/小时，加上地质情况恶劣，在扩孔过程中发现大面积塌方，造成下孔口3次堵塞并最终被迫废弃，不得不将竖井中心前移重新开孔，并于2013年12月扩孔完成。
由于该竖井深度较深，地质情况复杂，常规方法难于满足要求，在反井钻施工过程中，经过不断探索研究，采取了行之有效的施工工艺和手段，从而顺利完成施工，本文主要就超深竖井的施工工艺、偏差控制措施、地下水渗水量极大的不良地质段的灌浆方法等进行详细介绍，并对测斜方法及电视摄像进行简介。
 
 
关键词： 1 反井钻  2 不良地质段 深孔灌浆  3 偏差控制  4 测斜 电视摄像
 

一、概述
    1.1、工程概况
厄瓜多尔科卡科多-辛克雷水电站（CCS水电站）为引水式电站，位于Ñapo省和Sucumbíos省之间的Chaco和Lumbaqui地区的coca河流域，电站位于Salado镇，距首都基多约130km。电站装机容量1500MW，发电量可以满足厄瓜多尔全国75%的地区的用电需求。
目前在全球水电工程领域，深度超过500m的竖井已然不多。在中国国内水电工程中，到目前为止，利用反井钻机施工的深竖井、斜井，其深度均在400米以内，CCS水电站两条竖井深度都达到527米，地质情况复杂，岩石主要以页岩、砂岩、凝灰岩、流纹岩和火山角砾岩为主。钻孔的偏斜角度必须控制在0.1°左右，精度要求非常高，超出了大部分孔斜测量设备的仪器精度。其规模在世界水电工程领域位居前列，是CCS水电站施工难度较大的一条关键线路，并作为集团公司的科研项目，受到各方的密切关注。
1.2、RHINO 1088DC反井钻机简介
 RHINO 1088DC反井钻机产自芬兰SANDVIK（山特维克）公司，主要用于矿山和水利水电工程竖井和斜井施工。该机型适用于海拔 -2000 m ~ +5000 m、 温度 0°C ~ +35°C的地区，导孔直径为280mm，扩孔直径从660mm~5876mm共32种尺寸可供选择（CCS水电站工程选用2134mm的扩孔刀盘），钻孔角度为40~90º。
和传统反井钻机不同，该机型提升和推进部分采用液压驱动，回转部分采用两台130KW的直流电机驱动，提升能力为400吨，最大扭矩达300KN。设备性能稳定，运行可靠，操控性强，钻孔速度快，是超深竖井、斜井施工的一把利器。
二、地质情况
CCS水电站压力管道所在部位地层从老至新依次为：① Misahualli火山岩(J-Km)，以火山凝灰岩和火山角砾岩为主，顶部高程1100-1140m；② Hollin沉积岩(Kh)，泥岩和砂岩互层，顶部高程1180-1220m；③ Napo沉积岩(Kn)，泥岩、砂岩、灰岩和泥灰岩，以强风化为主；④ 第四系地层(Q)，复杂成因松散沉积，厚度一般5m~30m。上述地层中，泥岩一般为较软岩，砂岩为较硬岩，火山凝灰岩和火山角砾岩为硬岩。
前期勘测结果表明，压力管道沿线出露4条断层，其中2条为NE-SW走向，另外2条为NW-SE走向，均为陡倾角断层。另外出露至少5条挤压破碎带，挤压破碎带也以陡倾角为主，破碎带厚度从几米到50m不等。钻孔压水试验结果表明，除断层或挤压破碎带外，一般岩体渗透性为弱-中等程度透水。依照RMR分级结果，竖井段Ⅱ类围岩长度为443m，占全竖井段的82%；Ⅲ类围岩长度为61m，占全竖井段的11%；Ⅴ类围岩长度为40m，占全竖井段的7%。
三、施工工艺
施工工艺和传统反井钻机基本一致，但由于竖井的深度达到527米，所以对不同工施工阶段的施工工艺提出了更高的要求。
3.1现场布置
在洞内由于受到场地限制，要求场地能满足钻机安装、钻杆吊运及反井钻机运行的需要。工作场地范围：13m×6m×6m（参考尺寸），为满足吊装、搬运、拆卸等要求，可适当加大尺寸。以下为现场设备布置图：     
 
 
   3.2工艺流程
施工分四个阶段进行：准备阶段→导孔钻进阶段→扩孔阶段→收尾阶段，具体流程见工艺流程图：  3.3准备阶段
3.3.1基础施工
包括基础施工、水、电等条件具备、高精度测量、调校等，其中基础施工尤为关键。该反井钻机主机自重达18吨，当导孔贯通后，钻杆重量达150吨，加上扩孔拉力，基础承受压力就会达到400吨，所以基础的设计和施工非常关键。
通过荷载计算，形成钢筋混凝土结构的基础，基础结构见下图：  
3.3.2基础施工的要求
钻机基础直接影响到反井施工的偏差，关系着反井施工的成败，所以基础施工非常关键。
钻机基础及水池按以下要求施工：
（1）要求表面平整度为±3mm；
（2）混凝土必须在坚固的岩石上浇筑，浇筑前所有松动的岩石和碎屑必须清除干净，浇筑的混凝土厚度不得小于2米；
（3）主机基础配两层钢筋，以导孔为中心直径2.5米范围内不得配筋，以错开扩孔位置；
（4）如下部岩层松散或地质情况不佳，必须将松散的部分全部清除干净，并确保浇筑的混凝土厚度不得小于2000mm；
（5）固定主机的锚杆采用Ф28螺纹钢筋，长2.5米（一头套250mm的丝）；
（6）抽水池和沉砂池挖深1.5米，中间砌隔离墙，远端设溢流口。要求底部平整，底部及四周用砂浆抹面。
3.3.3主机的测量调校及试运行
基础浇筑完成，强度达到后，即可将反井钻机的安装就位，并利用全站仪等高精度测量仪器进行调校。基础的平整度和主机的调校是偏差控制最基础最重要的工作，直接决定成孔的精度，基础表面平整度要求不超过±3mm，垂直度不超过±1mm。此项工作完成，方可进入下一阶段施工。可按以下步骤进行：
（1）钻机及其他附件安装就位；
（2）钻机测量校准；
（3）液压系统管道联接；
（4）电气控制系统安装；
（5）供水管道安装；
（6）电控柜通电除湿；
（7）以上工作就绪后通电调试；
（8）钻机试运行。
试运行正常后，即可开始导孔钻进。
3.4导孔钻进阶段
3.4.1导孔钻进原理
导孔钻进原理：由两台直流电动机作为回转动力，驱动变速箱带动钻杆旋转，同时利用油缸的推进，使导孔芽轮钻头对岩体形成挤压破碎，经挤压破碎后的岩渣，随着钻杆中心进来的洗孔水，由钻杆与导孔间的环形空间从井口排出。 3.4.2导孔钻进中的关键技术问题
导孔钻进是反井钻施工中的重点和难点，是反井施工中的重要环节，也较容易发生卡钻等事故，往往决定反井工程的成败。在以往反井钻施工中，由于精度失控、不良地质段影响造成塌孔和洗孔水流失等原因而发生卡钻事故，导致导孔钻进失败。在CCS水电站竖井工程中，我们制定采取了行之有效的偏差控制措施，并在施工中经过不断的摸索研究，使用了在其他反井施工中没有用过的灌浆方法，并通过孔内电视摄像等高科技手段，更直观、准确的掌握了地质情况，使得导孔顺利贯通。
因此，在导孔钻进阶段，需要解决的关键技术问题是：① 偏差控制措施及孔偏精细量测技术；②渗水量极大的不良地质段的深孔灌浆措施。
对此，本节只作提点，将另章详述。
3.4.3导孔钻进的参数控制
导孔钻进时的扭矩、推力和转速控制见下表：

序号	项目	扭矩KN·m	推力t	转速(r/min)	备注
1	开孔	＜10	6～9	5～8	钻进速度控制在200分钟/米
2	完整围岩地层	＜10	＜26	17～19	钻进速度控制在80分钟/米
3	断层、破碎带	＜10	6～9	15～17	钻进速度控制在100分钟/米

上表数据仅为控制参考，在实施过程中，应根据岩性变化和扭矩变化情况，不断调整钻进参数，以取得最佳推力和钻进速度。
导孔钻进参数控制说明：
（1）开孔时，通过电位器设置6~9吨的钻进压力，并以5~8转/分钟的转速慢速钻进，直到先导钻头完全进入岩石；
（2）以9~12吨的钻进压力、8~10转/分钟的转速慢速钻进，钻进速度控制在200分钟/米，直到所有的稳定钻杆全部进入岩石；
（3）稳定钻杆全部进入岩石后，可以加大钻进力，转速可慢慢加至17~19转/分钟，钻进速度控制在80分钟/米，保持匀速，避免忽快忽慢，平稳钻进；
（4）一般情况下，对于松软地层和过渡地层采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。
3.4.4导孔钻进的注意事项
导孔钻进时各方面密切配合，操作时注意以下几点：
（1）离钻透下水平通道3米左右，应逐渐降低钻压；
（2）对于导孔钻进产生的岩渣，通过洗孔水冲到沉砂池，要及时清理，避免大量泥砂进入清水池；
（3）一根钻杆钻进完成后，必须等孔内的岩屑全部排出，循环水变清后，才能停泵接卸钻杆；
（4）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，直到孔内的岩渣全部排出后才能停钻；
（5）导孔钻进过程中，如出现漏水现象或返水减小、返渣异常等情况，要及时停止钻进，进行灌浆等相关处理；
（6）在整个导孔钻进过程中，不得中途出现停电、停水等情况，否则会导致卡钻等严重事故发生。
3.5扩孔阶段
3.5.1扩孔原理
在下部隧洞拆掉导孔钻头，连接好扩孔刀盘，开始自下而上的提拉扩孔。扩大后的井筒直径为2134mm，扩孔钻进时破碎下来的岩屑靠自重落到下平洞，由装载机或其它装载设备运出。见扩孔示意图： 3.5.2扩孔参数控制
扩孔钻进时的扭矩、推力和转速控制见下表：

序号	项目	扭矩KN·m	拉力t	转速(r/min)	备注
1	开孔	≤50	12～17	2～3
2	完整围岩地层	≤100	＜200	8～10
3	断层、破碎带	≤80	＜100	2～4

上表数据仅为控制参考，在实施过程中，应根据岩性变化和扭矩变化情况，不断调整钻进参数，以取得最佳推力和钻进速度。
 
扩孔参数控制说明：
（1）开孔时，通过电位器设置12~17吨的钻进压力，并以2~3转/分钟的转速慢速钻进，直到扩孔刀盘完全进入岩石；
（2）扩孔刀盘完全进入岩石后，确保全部滚刀均匀受力，可以加大提升拉力，以6~10转/分钟的转速进行扩孔；
（3）扩孔时，扭矩不得超过100KNm，正常岩石状况下控制在85~100KNm，转速调节范围为8~10转/分钟，最高不得超过10转/分钟；
（4）遇到破碎带时，要及时将钻进压力、转速降下来，尽量使反井钻机振动小，平稳运行。如果岩石非常破碎，除了及时降低钻进压力外，要将转速降到2~4转/分钟，避免产生较大的振动；
3.5.3扩孔注意事项
（1）扩孔钻进之前，应在上、下平洞之间建立良好的通讯（比如有线电话），以利于导孔钻头和扩孔钻头的拆卸和安装工作。在下平洞确保有足够的空间安装扩孔刀盘并且扩孔刀盘安装后可以正常上滑套。理想情况是，扩孔刀盘的中心刀头应首先与岩石接触，尽可能的避免只接触到其中一边而造成扩孔刀盘侧面的过度负载。
（2）换钻杆时，注意控制好刀盘与掌子面的距离，做到间隙尽量小又不影响校准，从而避免在破碎带时因间隙过大而发生岩体坍塌；
（3）反井钻机操作手要注意力集中，精心操作，听到异常声音或有异常振动等情况时，及时检查调整；
（4）在扩孔过程中，要对反井钻机进行检查，发现问题及时处理；
（5）活动套是反井钻机较容易出现问题的部位，稍有不慎就会发生严重后果，所以要求操作手在每根钻杆更换时，都要对活动套进行仔细检查，如果出现松动要及时紧固；
3.5.4扩孔不良地质段技术措施
在CCS水电站竖井反井钻施工过程中，经常遇到岩石破碎地段，并有夹泥层和流沙层，页岩、砂岩、凝灰岩、流纹岩和火山角砾岩等多种岩石交替穿插布置，使得岩石软硬变化较大，且地下水渗水量极大。在一些地段，甚至出现循环水漏水、不返水情况，就容易造成卡钻事故。在CCS水电站竖井1号井导孔钻进过程中，就在孔口往下168米位置，出现返水突然急剧减少和短时间不返水现象，幸未造成事故。但在2号井导孔钻进到243米时，由于上方（根据后来电视摄像资料显示在125米）出现大面积塌孔，加上漏水严重，使得循环水无法返出，孔内大量泥砂迅速沉积，导致卡钻的严重后果。
在导孔钻进过程中，根据钻进参数和返出来的渣料分析，可以形成较可靠的地质资料，在扩孔过程中具有指导意义，反井钻机操作手可根据此资料及时调整扩孔参数，从而使设备安全、平稳运行。
以CCS水电站2号竖井为例，根据导孔钻孔记录和岩渣样本分析，形成了以下地质资料，对扩孔起到了重要作用：
（1）从岩层分布分析，井深在0~150米范围，岩石相对较差，井深在150~527米范围岩石相对较完整。在反扩钻进过程中，根据岩层情况，井深在0~150米范围按断层破碎带参数钻进；井深在150~527米范围按完整围岩参数钻进。
（2）根据导孔钻进时对岩层情况的分析判断，出现多处不良地质段，为顺利通过不良地段，应采取降低拉力和转速来控制钻进速度，力求钻机平稳慢速钻进。
具体详见下表：
 不良地质段统计和对应钻进措施

高程m	反扩进尺深度m	不良地质段长度m	不良地质岩性	导孔钻孔深度m	导孔时钻进出渣观测及钻进参数	反扩时措施	备注
1120~1113	476~483	7	深度44~47m夹泥，Hollin（Kh)地层与Misahualli（Jkm）地层过渡影响带	44~51	岩石破碎，含泥量大，力减小	在遇到断层和破碎带时，力求反井钻机运行平稳，无明显冲击为宜，在钻进过程中适时调整钻进参数，以缓慢速度通过不良地质段。 严格控制钻机参数控制。 在钻到所列地层时，下平洞值班人员加强对出渣情况、水量的观测，并进行详细记录，及时把情况汇报给应急领导小组，并通报给应井钻操作人员。根据下平洞的观测情况和钻机钻进参数变化，及时调整钻进拉力。
1102~1085	448~465	17	Misahualli（Jkm）地层	62~79	岩石强度低，推力减小
1080~1054	417~443	26	深度84~85m夹泥，Misahualli（Jkm）地层	84~110	出渣较细、漏水、夹泥，推力偏低
819~803	166~182	16	流纹岩	345~361	出渣较细，漏水，疑似破碎带
782~778	141~145	4	角砾岩夹流纹岩	382~386	扭矩变化大，岩石不均匀、破碎
767~755	118~130	12	凝灰岩夹少量角砾岩、安山岩	397~409	扭矩异常，偶尔大于6KN·m，推测岩层破碎
721~687	50~84	34	凝灰岩夹少量角砾岩、安山岩	443~477	钻机振动大，推力和扭矩跳动不稳定

 
在钻进过程中，若出现无法继续钻进时，应及时汇报应急领导小组，停机分析产生原因，问题解决后，方能继续扩孔钻进。
 

3.5.5扩孔渣料管理
（1）取样分析
由下平洞值班人员，在下井口对渣样进行取样分析，确定岩性变化，判断是否存在塌方等异常情况。
渣料取样后，进行统一存放和编号记录，地质工程师根据渣样情况进行分析整理。
（2）渣量统计
由下平洞值班人员，在钻孔过程中，对所有导井出渣进行数量统计并记录，通过分析出渣量确定是否存在塌方或堵井现象。
（3）出渣
所有导井渣料统一堆存在指定地点，用于进一步通过分析渣料情况，了解反井钻反扩情况。为预防堵井，根据反扩速度，每天30米以内，出渣松方在160m3，即可装车10车。出渣原则：每反扩不超过50米出一次渣，渣料离下井口3米高必须出渣。
3.5.6扩孔过程中的渗水观测
在扩孔期间，安排专人在下平洞观测渗水量并进行统计记录和分析，发现异常，应按应急预案采取措施。
3.5.7扩孔事故处置流程
由于地质情况复杂，有大量破碎带、夹泥层和流沙层，且地下水渗水量极大，竖井在扩孔期间，遇到不良地质段产生塌方、涌水造成厂房施工区及反井钻机的安全风险非常大，为在风险发生时避免人员伤亡和钻机损坏等情况的发生，成立了竖井扩孔施工应急小组，扩孔事故处置流程如下：

 
扩孔事故处置流程图

3.6收尾阶段
扩孔完成，经过钻头吊装、拆机、清理工作面、井口防护等工作后结束施工。
四、偏差控制措施及孔偏斜精细量测技术
   在反井钻施工过程中，导孔的精度控制是关键，也是施工的难点。一般情况下，偏差控制在1% 以内符合要求。
   在超深竖井中，偏差更加难于控制，钻进深度越深，越难于控制，根据CCS水电站竖井施工的经验，要达到理想的偏差控制，除了基本条件必须满足要求外，在钻进过程中，要严格控制钻进参数，均速钻进，并通过降低钻进速度来减小偏差，但在井深达到400米以后，偏差可控性较差的，往往取决于地质情况好坏、岩石的走向等因素，所以必须在400米以前，使偏差得到最佳的控制。
   4.1偏差控制的基本要求
  （1）基础达到要求
   基础施工是偏差控制工作的第一步，是偏差控制的先决条件之一，基础必须满足平整度、稳定性、强度的要求，基础不能满足要求，不得进行下一道工序施工。具体要求详见3.3.1基础施工。
  （2）测量校准无误
   精确控制测量放样，对主机水平进行校准，确保钻杆垂直于水平面，也是偏差控制工作的关键步骤，直接影响到造孔精度；
  （3）严格控制钻进参数，使设备在最佳状态下平稳推进。钻进参数的设置详见导孔、扩孔钻进阶段相关内容。
   4.2钻孔过程中的偏差控制措施
   4.2.1合理配置稳定钻杆
稳定钻杆的作用主要是控制钻头在钻进过程中顺开孔方向直线钻进，所以稳定钻杆和钻头直径的合理配置是保证钻孔精度的重要条件之一。稳定钻杆外径为Φ280mm ，与导孔钻头钻孔直径相同，确保了稳定钻杆紧贴岩石面，使得导孔钻进不偏离。配置稳定钻杆时注意以下几点：
   (1) 开孔前检查导孔钻头和稳定钻杆，要求导孔钻头直径和稳定钻杆外径相同，以保证钻头与钻杆同心，确保钻孔的精度；
   (2) 稳定钻杆的磨损如超过 3 mm，其稳定作用减小，就不得再继续使用，只能作报废处理；
   (3) 稳定钻杆的配置采取钻头后连续装6～7根稳定钻杆（CCS水电站1号井配置7根，1号井配置6根），根据地质情况，CCS水电站两条竖井地质情况都较差，所以后面不配置稳定钻杆。
  4.2.2合理控制钻进速度
  合理控制导孔钻进速度是控制偏差的另一关键手段，钻进压力、转速决定了钻进速度，而钻进速度取决于操作人员对钻进参数的合理控制。钻杆是钢性体，具有一定的挠度，在造孔过程中其挠度与长度及所施加的钻压成正比，钻压越大，长度越长，挠度也越大，这样钻杆偏离轴线的机率也越大，精度越难以保证，而钻压较小，造孔速度就会下降，因此正确控制钻进速度是保证导孔精度的重要条件之一。同时钻进参数选择还要根据地质情况等多方面因素确定，由操作员在施工过程中根据不同情况及时调整。 
   以CCS水电站两条竖井为例，导孔开孔时速度较慢，一般控制在200分钟/米，待稳定钻杆全部进入岩石后可适当加速，但前面50~100米内速度不宜过快，尽量做到0偏差，否则后面的偏差控制难于达到要求，50~100米以后正常钻进，速度一般控制在80分钟/米，和斜井施工有所不同，竖井的反井施工可以通过合理控制钻进速度来控制偏差。
   4.3偏差测量
   在反井钻施工中，竖井的孔位偏差测量是反井钻施工中必不可少的辅助手段之一，钻头进入岩石后，对其偏斜的方位无法进行有效监控，只能通过测斜仪进行孔偏差的测量，掌握其情况，从而指导下一步钻进。目前使用的测斜仪有多种，CCS水电站采用瑞典进口的型号为REFLEXEZ-TRAC™的高精度测斜仪，REFLEXEZ-TRAC™测斜仪可以测出当前测量位置的水平角、方位角、磁偏角、磁场强度、温度等。
   4.3.1 REFLEXEZ-TRAC™测斜仪的原理
   目前使用的测斜仪有多种多样，大多利用地磁场原理。REFLEXEZ-TRAC™测斜仪同样利用地磁场，根据测量出的水平角、方位角、磁偏角和当前的测量距离，而计算出偏斜方向和偏斜距离。
   4.3.2 REFLEXEZ-TRAC™测斜仪使用注意事项
   任何人工或者天然的磁场都会对测斜仪造成干扰，从而影响测量精度，所以在测量时要注意：
  （1）在用测斜仪进行测量前，必须把钻杆全部取出孔外；
  （2）测量探头3米范围内不得有锚杆等铁件；
  （3）可以采用麻绳或者尼龙绳来悬挂探头；
  （4）按下手持机测量按钮时要保持悬挂探头的绳索稳定，不得移动；
  （5）在测量点附近可能会遇到铁矿石，会造成干扰，使测量结果不准确，所以在对测量结果进行分析时，可以将有异常的数据过滤掉。
   4.3.2测斜方法
   主要有单点测量和多点测量两种测斜方法，单点测量只能测一个点的偏斜，多点测量可以根据需要设置测量间距，从而掌握整条导孔的偏斜情况。在CCS水电站竖井的测斜中，我们采用多点测量。
  以下为2号井300米测斜示例：从图表中可以看到测量间距为10米，从0~300米进行了31次测量，并且准确显示每个部位的偏斜方向、偏斜距离、水平角、磁偏角等信息，例如300米时：往东偏86cm，往南偏116cm。（注：该孔527米打通后偏斜4.7米。）

 
   300测斜示例

五、渗水量极大的不良地质段的深孔灌浆
   导孔在钻进过程中，钻杆遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等不良地质段时，导孔会发生偏斜，容易导致导孔偏离原设计轴线，甚至会出现突然塌孔，无法返水返渣情况，致使孔内岩渣沉淀而堵塞，钻进无法继续，严重时会导致卡钻、埋钻等严重后果。遇到因地质情况而无法继续导孔钻进时，通常要进行灌浆处理，直到返水返渣恢复正常后方可继续钻进。
   传统的灌浆方法是:拌制0.4~0.55水灰比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、溶沟、溶槽，灌注浆液24小时后即可进行钻孔施工。这种方法适用于浅孔，并且孔内无渗水或者渗水里极小的导孔。但对于CCS水电站两条孔深达527米、孔内渗水量极大的导孔，传统的灌浆方法无法满足要求。为此我们经过反复试验研究，摸索出相对有效的灌浆方法，使导孔顺利贯通。下面结合CCS水电站灌浆实例来进行介绍。
   5.1概况
   CCS水电站竖井导孔钻孔深、孔径大、渗水量大，孔内情况复杂，钻进过程中，遇到断层破碎带、砂层等地质不良段，出现塌孔、扩径、反水不畅等现象，影响正常钻进。根据CCS竖井施工的实际情况，要对不良地质段进行灌浆，目的是对导孔进行钻孔护壁，对反拉导井范围内的岩石进行固结，力求确保反井钻施工顺利进行，就现场灌浆作业提出以下方法。
   5.2灌浆方法比选
   导孔灌浆方法有以下几种：①、下导管注浆靠自重灌浆法；②、下纯压灌浆塞自上而下分段卡塞灌浆法；③、孔口封闭孔内循环式灌浆法；④、孔口封闭纯压式灌注法；⑤、孔口封闭、下小导管排水减压灌浆法。
    方法①：由于孔内情况复杂且不可见，拔管的速度难于控制。拔的过快，将造成部分孔段注浆不密实；拔的过慢，孔内的浆液很有可能把灌浆管凝住造成孔内事故，且只能护壁，固结作用小。
    方法②：现场无匹配栓塞，灌浆次数多，起下栓塞费工费时，且掉管卡塞、绕渗埋塞事故无法控制。
    方法③：同时存在前两种方法的弊端，实际形成循环的可能性小。
    方法④：钻孔深度大、地下水位高，灌浆浆液受孔内地下水的顶托难于到达钻孔下部对岩石裂隙进行有效固结，灌浆效果差。
方法⑤：基于以上比选提出第五种灌浆方法，即孔口封闭、小导管孔底排水减压灌浆法（见灌浆示意图）。这种方法的优点是孔内只下入小直径排水管，重量小、安全易操作，通过排水减压能改善纯压灌注孔底段灌浆效果不好的情况。不足之处是因排水管直径小排水减压有限。
   5.3孔口封闭、导管排水减压灌浆方法程序
   CCS水电站井工程，经反复试验，采用了上述第⑤种方法进行灌浆，取得了良好的效果，下面以2号竖井打到94米时进行的灌浆为例，对这种方法进行介绍。
   5.3.1准备工作
   ①、钻杆从导孔内取出来后，进行孔内电视摄像，根据孔内电视摄像结果，结合导孔钻孔记录和从孔内返出来的岩渣样本情况，知道从孔口以下40米~80米岩石都有不同程度的破碎，其中44米附近岩石较为破碎并有较大塌孔，是造成返渣困难的主要原因，因此确定主要需要灌注的是44米附近岩石。
   ②、预设4根塑料管（直径为25mm），1根作为灌浆管下放至孔底；1根下至44米，前期压力供风，灌浆至44米后作为灌浆管往里注浆；另两要预埋到封口混凝土下方，作为排气、排水管,最终用作回浆管。
   ③、下管完成后，用混凝土将孔口封闭，封闭深度为1.2米。
   ④水灰比：浆液采用水灰比为0.9：1或1：1的水泥浆，并添加0.5%的缓凝剂和0.5%的膨润土。
   准备工作完成后，即可进行灌浆，下面为示意图：

 
灌浆示意图

 
   5.3.2灌浆注意事项
   ①灌浆时注意：若灌浆管堵塞，可立即用两根排气、排水、回浆管进行灌浆。
   ②从开始注浆到注浆完成，中间不得有中断，这就要求浆液的供应要有保障。
   5.3.3灌浆步骤
   ①、从灌浆孔1往孔底注浆；同时从灌浆管2往孔里通风加压，迫使孔里的水从排水管排出；
   ②、灌浆达到44米位置时，从灌浆管2往孔里注浆（此时灌浆管1的注浆不停止）；
   ③、持续注浆，直到看到排水管有浓浆排出，然后将排气、排不管封闭，并保持2~2.5mpa的注浆压力继续注浆，直到吃浆量小于10L/分钟时停止灌浆。
   ④、封闭所有管口，至此，灌浆完成。

灌浆工艺流程图

六、总结及建议   
   厄瓜多尔科卡科多·辛克雷水电站（CCS水电站）两条深竖井的反井钻施工，经受了巨大的挑战，由于在国内水利水电行业，还没有深度超过400米的竖井，没有类似的施工经验，面对复杂多变的地质情况，经过各方不懈的探索研究，终于找到了适合本工程的施工方案。
   这两条527米竖井的顺利贯通，无论是竖井长度还是钻进速度、精度，在水电工程中都是极为罕见的，为水利水电反井钻施工工程又增添了浓墨重彩的一笔，通过本工程的施工，证明了我们采取的针对各种复杂情况的施工方法，是卓有成效的，希望给在类似工程起到借鉴作用。
   下面就深竖井反井钻施工，总结出几点建议，供参考：
   1、反井钻导孔钻进阶段，因为停电或者其他原因造成水循环中断，导孔内泥砂迅速沉积而造成埋钻的事故很多，这种事故给工程造成的打击是致命的。因此，为避免或减小出事机率，建议施工现场要有可靠的备用电源和水循环系统，并且确保能够在2分钟内使水循环起来，从而避免泥砂沉积造成埋钻；
   2、渣料管理是反井钻施工中的一项空白，尤其是导孔阶段的渣料管理非常关键，建议在导孔钻进过程中，在岩渣和泥砂进入沉砂池之前把其捞出来，取样并计算其数量。这样做的好处是：①可以随时掌握地下岩石情况，便于操作手及时调整钻进参数；②如果出渣的数量和正常数量相关较大（减少或增加），则可判断孔内现塌孔，一般情况下，如果塌孔较大，则出渣量会很少，且出渣状态是先少后多，出渣不均匀，这种情况下，埋钻的风险非常高，最好的办法就是立即提钻，把钻杆全部取出孔外，然后进行灌浆等相应处理。
   3、扩孔滚刀的寿命有限，一般难以超过300米