技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種特別適用于水利、水電、建筑、礦山等露天超深豎井成孔施工的超深（300m以上）豎井的導(dǎo)孔施工方法，

背景技術(shù)：
：

在常規(guī)的豎井導(dǎo)孔施工中，反井鉆機(jī)具有工作效率高、成型質(zhì)量好、勞動強(qiáng)度低、安全風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的被應(yīng)用于水電工程豎井施工中。但是在高深豎井施工中，由于設(shè)備自身性能、操作手操作經(jīng)驗(yàn)以及地質(zhì)條件等因素的影響，反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工精度難以滿足要求，往往會產(chǎn)生較大的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致后期豎井施工困難，造成大量的超挖超填，甚至造成廢井等，浪費(fèi)了大量的施工工期和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的是為了克服反井鉆機(jī)在超深豎井導(dǎo)孔施工中精度不高，偏斜較大的缺點(diǎn)，提供一種能加快施工進(jìn)度，提高施工精度，降低施工成本的安全、精確、快速的超深豎井的施工方法。

本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明超深豎井的導(dǎo)孔施工方法，包括以下步驟：

（1）施工準(zhǔn)備；

（2）定向鉆機(jī)安裝就位；

（3）開孔鉆具組合鉆進(jìn)；

在砼基礎(chǔ)上預(yù)留環(huán)形孔槽，并將鉆機(jī)進(jìn)行認(rèn)真找正，使鉆孔中心、井口中心和動力頭主軸中心重合，確保開孔垂直度，定向孔前20m采用開孔鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)；

（4）正常鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔20～50m采用正常鉆進(jìn)鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)；

（5）測斜鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔50m以上采用測斜鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，每9～11m進(jìn)行1次測斜，測斜時(shí)保證鉆機(jī)和鉆桿處于靜止?fàn)睿?/p>

（6）定向鉆具組合鉆進(jìn)：

根據(jù)定向孔鉆進(jìn)過程中隨鉆測斜儀得測出的頂角大小判斷出的偏斜程度，通過方位角判斷出偏斜的位置，一旦定向孔出現(xiàn)較大偏斜（30cm以上），應(yīng)停止鉆進(jìn)，確定偏斜量和偏斜方位后更換定向鉆具組合進(jìn)行糾偏，糾偏完成后，采用定向鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆壓、鉆速和泵量同正常鉆具組合；

（7）正常鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔鉆進(jìn)至最后剩余9～11m時(shí)，更換正常鉆進(jìn)鉆具組合，以防止在透孔時(shí)損壞測斜儀、鉆鋌；

（8）定向鉆機(jī)拆除：

定向孔順利貫通、滿足精度要求后，將鉆具全部提出向定孔外，將定向鉆機(jī)拆除；

（9）反井鉆機(jī)安裝就位；

反井鉆機(jī)及其輔助設(shè)備采用汽車吊配合人工安裝，對反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及設(shè)置井鉆機(jī)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔采用特制的鉆頭，防止擴(kuò)孔過程中發(fā)生偏斜。

上述的定向鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)，定向鉆具組合采用?190mm牙輪鉆頭+?165mm螺桿鉆頭+?159mm無磁鉆鋌+nc46懸掛短節(jié)+?89mm高強(qiáng)度鉆桿+?73mm高強(qiáng)度鉆桿，定向孔糾偏過程中鉆壓以控制工具面角為主，鉆速為0r～10r/min，泵量為990l/min，缸套?140mm。

上述的開孔鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)，定向孔前20m采用開孔鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆具采用?190mm牙輪鉆頭+?159mm無磁鉆鋌+?73mm短鉆桿，鉆進(jìn)鉆壓為0.3～0.5t，鉆速為30～40r/min，泵量為990l/min，缸套?140mm。

上述的正常鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)，鉆具采用?190mm牙輪鉆頭+?159mm無磁鉆鋌+?89mm高強(qiáng)度鉆桿+?73mm高強(qiáng)度鉆桿，鉆進(jìn)鉆壓為1.5～3.5t，表土、風(fēng)化巖段鉆速為70～80r/min，下部硬巖段鉆速為50～60r/min，泵量為990l/min、缸套?140mm，無磁鉆鋌為2根～4根。

上述的測斜鉆具組合鉆進(jìn)步驟時(shí)：測斜鉆具組合采用?190mm牙輪鉆頭+?159mm無磁鉆鋌+nc46懸掛短節(jié)+?89mm高強(qiáng)度鉆桿+?73mm高強(qiáng)度鉆桿，鉆壓、鉆速和泵量與正常鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)相同。

本發(fā)明方法采用定向鉆機(jī)具有隨鉆測斜、自動糾偏的功能。根據(jù)測斜儀測出的頂角大小可以判斷出偏斜程度，通過方位角可以判斷出偏斜的位置，確定了偏斜量和偏斜方位之后，施鉆人員將更換定向鉆具組合，主機(jī)發(fā)動機(jī)停止提供扭力，僅通過泥漿壓力帶動彎螺桿底部的泥漿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動牙輪鉆頭破巖，當(dāng)鉆孔被糾正至正?？孜粫r(shí)，恢復(fù)正常鉆進(jìn)模式進(jìn)行鉆進(jìn)。

與傳統(tǒng)單一反井鉆機(jī)成孔相比超深豎井的導(dǎo)孔施工方法具有如下效果：

（1）采用定向鉆機(jī)結(jié)合反井鉆機(jī)進(jìn)行高深豎井導(dǎo)孔的施工，可以有效的防止豎井偏斜，保證鉆孔精度，實(shí)現(xiàn)豎井導(dǎo)孔一次性貫通成功；

（2）在反井鉆機(jī)擴(kuò)孔過程中采用特制的擴(kuò)孔鉆頭，可以有效的防止反井鉆機(jī)在擴(kuò)孔過程中可能出現(xiàn)的偏斜問題；

（3）采用定向鉆機(jī)結(jié)合反井鉆機(jī)進(jìn)行高深豎井導(dǎo)孔施工，可以降低由于豎井導(dǎo)孔偏斜導(dǎo)致的后期導(dǎo)井、全斷面擴(kuò)挖造成的施工工期延長、施工成本增加等問題；

（4）采用定向鉆機(jī)結(jié)合反井鉆機(jī)進(jìn)行高深豎井施工，在一定程度上降低了對反井鉆機(jī)性能的要求。

附圖說明：

圖1為定向鉆機(jī)現(xiàn)場布置圖。

圖2為開孔鉆具組合示意圖。

圖3為正常鉆具組合示意圖。

圖4為測斜鉆具組合示意圖。

圖5為定向鉆進(jìn)鉆具組合示意圖。

具體實(shí)施方式：

圖1為定向鉆機(jī)現(xiàn)場布置圖。包括1#泥漿池1、2#泥漿池2、沉淀池3、鉆桿堆放區(qū)4、鉆孔中心5、鉆機(jī)6、鉆機(jī)后撤區(qū)域7。

參見圖1～圖5，本實(shí)施例超深豎井的導(dǎo)孔施工方法，包括以下步驟:

（1）施工準(zhǔn)備：

施工準(zhǔn)備包括供排水、供電、場地平整、定向鉆機(jī)和反井鉆機(jī)基礎(chǔ)、循環(huán)水池、電氣設(shè)備安裝等工作內(nèi)容；

施工前還必須完成鉆井泥漿制備，并使泥漿充分循環(huán)；

（2）定向鉆機(jī)安裝就位：

定向鉆機(jī)井架在井口附近平臺拼裝，采用25t和50t汽車吊整體吊裝，然后再進(jìn)行鉆機(jī)及輔助設(shè)備安裝；

（3）開孔鉆具組合鉆進(jìn)：

在砼基礎(chǔ)上預(yù)留環(huán)形孔槽，并將鉆機(jī)進(jìn)行認(rèn)真找正，使鉆孔中心、井口中心和動力頭主軸中心重合，確保開孔垂直度。定向孔前20m采用開孔鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆具采用?190mm牙輪鉆頭8+?159mm無磁鉆鋌9+?73mm短鉆桿10（2m）（參見圖2）。鉆進(jìn)鉆壓為0.3～0.5t，鉆速為30～40r/min，泵量為990l/min（?140mm缸套）；

（4）正常鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔20～50m采用正常鉆進(jìn)鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆具采用?190mm牙輪鉆頭8+?159mm無磁鉆鋌9（2根～4根）+?89mm高強(qiáng)度鉆桿11+?73mm高強(qiáng)度鉆桿10（參見圖3）。鉆進(jìn)鉆壓為1.5～3.5t，表土、風(fēng)化巖段鉆速為70～80r/min，下部硬巖段鉆速為50～60r/min，泵量為990l/min（?140mm缸套）；

（5）測斜鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔50m以后采用測斜鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，每10m進(jìn)行1次測斜（30cm以上），測斜時(shí)保證鉆機(jī)和鉆桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。測斜鉆具組合采用?190mm牙輪鉆頭8+?159mm無磁鉆鋌9+nc46懸掛短節(jié)12+?89mm高強(qiáng)度鉆桿11+?73mm高強(qiáng)度鉆桿10（參見圖4）。鉆壓、鉆速和泵量與正常鉆具組合鉆進(jìn)時(shí)相同；

（6）定向鉆具組合鉆進(jìn)：

根據(jù)定向孔鉆進(jìn)過程中隨鉆測斜儀得出的偏斜結(jié)果，一旦定向孔出現(xiàn)較大偏斜，應(yīng)停止鉆進(jìn)，更換定向鉆具組合進(jìn)行糾偏。定向鉆具組合采用?190mm牙輪鉆頭8+?165mm螺桿鉆頭13+?159mm無磁鉆鋌9+nc46懸掛短節(jié)12+?89mm高強(qiáng)度鉆桿11+?73mm高強(qiáng)度鉆桿10（參見圖5）。定向孔糾偏過程中鉆壓以控制工具面角為主，鉆速為0r～10r/min，泵量為990l/min（?140mm缸套），糾偏完成后，為節(jié)約更換鉆具的時(shí)間，采用定向鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆壓、鉆速和泵量同正常鉆具組合；

（7）正常鉆具組合鉆進(jìn)：

定向孔鉆進(jìn)至最后剩余10m左右時(shí)，更換正常鉆進(jìn)鉆具組合，以防止在透孔時(shí)損壞測斜儀、鉆鋌等；

（8）定向鉆機(jī)拆除：

定向孔順利貫通、滿足精度要求后，將鉆具全部提出孔外，采用50t汽車吊將定向鉆機(jī)拆除；

（9）反井鉆機(jī)安裝就位：

反井鉆機(jī)及其輔助設(shè)備采用50t汽車吊配合人工安裝。測量隊(duì)對反井鉆機(jī)基礎(chǔ)及設(shè)備安裝進(jìn)行測量校核。使用地腳螺栓對反井鉆機(jī)底部橫梁進(jìn)行加固，以防止鉆進(jìn)過程中反井鉆機(jī)可能發(fā)生的移位現(xiàn)象；

（10）擴(kuò)孔：

正常擴(kuò)孔條件下，反井鉆機(jī)采用ⅰ型擴(kuò)孔鉆頭。當(dāng)出現(xiàn)定向孔堵塞情況時(shí)，需要更換ⅱ型擴(kuò)孔鉆頭，采用循環(huán)水返渣的形式進(jìn)行擴(kuò)孔；

擴(kuò)孔完成后，安裝反拉鉆頭進(jìn)行后續(xù)豎井導(dǎo)井施工。

本申請人曾在某水電站電纜豎井深度為374.32m，直徑7.3m進(jìn)行試驗(yàn)。豎井所在區(qū)域上部50m為第四紀(jì)坡積物，以下為石英片巖、云母片巖，巖層傾角為65～80°左右，并發(fā)育有多組節(jié)理裂隙，地下水豐富，鉆孔過程中極易出現(xiàn)偏斜，成孔條件差。

為解決電纜井工期緊，地質(zhì)條件復(fù)雜，成孔條件差的難題，采用定向鉆機(jī)和反井鉆機(jī)組合的形式進(jìn)行電纜井導(dǎo)孔施工。首先，采用定向鉆機(jī)進(jìn)行?190mm的定向孔施工，然后采用bmc400型反井鉆機(jī)通過特制的擴(kuò)孔鉆頭，將?190mm的定向孔擴(kuò)大為?270mm的導(dǎo)孔。采用定向鉆機(jī)進(jìn)行定向孔施工，定向孔順利貫通，平均鉆孔強(qiáng)度為22m/d；采用反井鉆機(jī)進(jìn)行定向孔擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔施工順利完成，平均擴(kuò)孔強(qiáng)度為23.4m/d。

采用定向鉆和反井鉆機(jī)組合進(jìn)行電纜井導(dǎo)孔施工，總施工工期為33天，平均施工強(qiáng)度為11.34m/d。采用反井鉆機(jī)直接進(jìn)行導(dǎo)孔施工，平均施工強(qiáng)度為7m/d，完成電纜井導(dǎo)孔施工約需工期53天。為電纜豎井導(dǎo)孔施工節(jié)約了20天時(shí)間。采用本方法最終形成的導(dǎo)孔累計(jì)偏斜量為1.21m，鉆孔精度為0.32%。遠(yuǎn)小于反井鉆機(jī)鉆孔1%的精度要求。

上述實(shí)施例是對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。