國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)在水電工程的應(yīng)用
譚金龍  馬紹龍
摘要：反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工方法于1950年在北美首先發(fā)展，60年代中期，反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工方法在歐洲，特別是德國(guó)開始受到歡迎。我國(guó)自70年代開始研制反井鉆機(jī)，并先后在媒炭和冶金系統(tǒng)中應(yīng)用， 1992年水電系統(tǒng)第一次引進(jìn)反井鉆機(jī)，在十三陵抽水蓄能電站的出線洞、調(diào)壓井和高壓管道斜井等工程上，使用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井法施工，并取得了高效、安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的效果。水電十四局是較早應(yīng)用、探索反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工的水電施工企業(yè)，5年來對(duì)反井鉆機(jī)的應(yīng)用，特別是國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了深入、全面的探索，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞   國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)  導(dǎo)井施工方法 水電工程  應(yīng)用

一、前言
1、反井鉆機(jī)概述
反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工方法于1950年在北美首先發(fā)展，60年代中期，反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工方法在歐洲，特別是德國(guó)開始受到歡迎，當(dāng)時(shí)反井鉆機(jī)鉆孔直徑為1.2m，深度為150～200m；而到70年代初期，鉆孔直徑可達(dá)2.0～2.4m，鉆孔深度可達(dá)250～500m；發(fā)展到今天，世界上已有眾多廠家生產(chǎn)反井鉆機(jī)，典型的有美國(guó)羅賓斯公司，可提供28種型號(hào)的產(chǎn)品，鉆孔直徑為1.2～6.0m，鉆孔深度可達(dá)900m，德國(guó)維爾特公司生產(chǎn)的HG100、160、210、250、330SP系列，鉆孔直徑從1.4～6.0m，鉆孔深度高達(dá)1000m。
我國(guó)自70年代開始研制反井鉆機(jī)，并先后在媒炭和冶金系統(tǒng)中應(yīng)用，產(chǎn)品多集中于小直徑擴(kuò)孔的反井鉆機(jī)，典型產(chǎn)品有蘇南煤機(jī)廠生產(chǎn)的LM－90～300系列、長(zhǎng)沙礦山研究院生產(chǎn)的TYZ1000～1500系列及西北有色冶金機(jī)械廠生產(chǎn)的的AF-2000等，鉆孔直徑為0.9m～2.4m，鉆孔深度可達(dá)250m。
1992年水電系統(tǒng)第一次引進(jìn)反井鉆機(jī)，在十三陵抽水蓄能電站的出線洞、調(diào)壓井和高壓管道斜井等工程上，使用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井法施工，并取得了高效、安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的效果。此后反井鉆機(jī)又在河南小浪底水利樞紐工程、山西萬家寨引黃入晉工程、云南大朝山水電站等使用。
水力發(fā)電站為滿足不同條件和對(duì)水工結(jié)構(gòu)物功能上的要求，設(shè)立地下豎井式閘門井、調(diào)壓井和垂直與斜井壓力管道。豎井、斜井施工素有“咽喉工程、死亡之谷”之稱。因此豎井及斜井施工歷來都是水電施工行業(yè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
而水電十四局在水電工程施工中享有“地下鐵軍”的榮譽(yù)稱號(hào)，為了滿足水電站地下工程施工，水電十四局根據(jù)水電工程市場(chǎng)需要于2002年7月購(gòu)買了第一臺(tái)LM-200型反井鉆機(jī)，在湖北省水布埡電站成功應(yīng)用，至2004年12月先后購(gòu)買共4臺(tái)反井鉆，先后在貴州三板溪水電站、云南省小灣水電站、云南省溪洛渡水電站、湖北省水布埡、三峽水電站等成功應(yīng)用。
ML系列國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)由煤炭科學(xué)研究總院、北京建井研究所設(shè)計(jì)，由江蘇蘇南煤礦機(jī)械廠制造。反井鉆機(jī)設(shè)計(jì)主要用于煤礦開采，設(shè)計(jì)施工的巖石硬度較低，巖石硬度為12級(jí)以下。反井鉆機(jī)由主機(jī)、油泵車、操作平臺(tái)組成，施工時(shí)配置泥漿泵、循環(huán)水輸送的潛水泵、5t隨車吊等。反井鉆機(jī)結(jié)構(gòu)見附圖1。
反井鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

 
 
2、反井鉆機(jī)在水電工程的豎井、斜井導(dǎo)井施工的應(yīng)用
2002年7月水電十四購(gòu)買了第一臺(tái)ML-200型反井鉆機(jī)并在湖北水布埡電站使用，水布埡電站的巖石為灰?guī)r，巖石硬度為9～12級(jí)，共施工7條豎井（最長(zhǎng)豎井181 m），4條斜井（傾角為60度，長(zhǎng)150m），總計(jì)施工1400 m。
2003年6月水電十四購(gòu)買了第二臺(tái)ML-200型反井鉆機(jī)在貴州省三板溪水電站使用，三板溪水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，共施工6條豎井（最長(zhǎng)豎井186 m），總計(jì)施工670m。
2004年8月水電十四購(gòu)買了第三臺(tái)ML-280型反井鉆機(jī)在云南省小灣水電站使用，小灣水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，共施工11條豎井（最長(zhǎng)豎井212 m），總計(jì)施工1525m。
2004年12月水電十四購(gòu)買了第四臺(tái)RHNO300型進(jìn)口反井鉆機(jī)在廣州惠蓄水電站使用，惠蓄水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，共施工3條豎井（最長(zhǎng)豎井177 m），2條斜井（傾角為60度，最長(zhǎng)303.7m），總計(jì)施工1085m。
2005年3月水電十四采用ML-200型反井鉆機(jī)在湖北省三峽水電站使用，三峽水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，共施工2條豎井（最長(zhǎng)豎井82 m），總計(jì)施工164m。
2006年3月水電十四采用ML-200型、ML-280型反井鉆機(jī)分別在云南省溪洛渡水電站右岸地下廠房、四川省錦屏二級(jí)水電站使用，溪洛渡水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，共施工2條豎井（最長(zhǎng)豎井215 m。近期要施工的豎井有20條，計(jì)2540m）；四川省錦屏二級(jí)水電站巖石為灰?guī)r，巖石硬度為12級(jí)，共施工1條豎井（長(zhǎng)191 m）。總計(jì)施工600m。
截至2006年9月大理分局機(jī)械化項(xiàng)目部累計(jì)施工豎井32條，6條斜井。總計(jì)施工豎、斜井5514 m。
二、反井鉆機(jī)施工的基本原理
反井鉆機(jī)施工原理：由電機(jī)帶動(dòng)主機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)動(dòng)動(dòng)力水龍頭，利用液壓動(dòng)力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，并向上、下升降，巖石產(chǎn)生擠壓和剪切作用，使其破碎。
反井鉆機(jī)施工分兩個(gè)步驟進(jìn)行，先采用Ø216mm小鉆頭從上至下鉆進(jìn)到鉆下平洞，在鉆進(jìn)過程中采用泥漿泵或高壓水泵從泥漿池抽至動(dòng)力水龍頭，高壓水沿鉆桿至鉆頭排水孔壓出，將石碴從鉆桿與孔壁間的環(huán)行空間排至排碴槽，最后進(jìn)入沉渣池。導(dǎo)孔貫通后（停止泥漿泵或高壓水泵運(yùn)行）然后卸下小鉆頭，改換成Ø1.4m鑲齒盤形滾刀鉆頭，由下向上擴(kuò)孔。再采用鐮齒盤形滾刀在鉆壓的作用下沿井底滾動(dòng)，從而對(duì)從下至上滾刀對(duì)巖石切削、擠壓完成豎井及斜井開挖，擴(kuò)孔時(shí)的石碴經(jīng)過冷卻水的沖刷和自重墜落到下平洞。
三、反井鉆機(jī)豎、斜導(dǎo)井施工工法的特點(diǎn)
1、反井鉆機(jī)豎、斜井施工的特點(diǎn)
反井鉆機(jī)在施工豎、斜井的導(dǎo)孔過程中全部采用機(jī)械設(shè)備，只需要熟練的技工操作就行，反井鉆機(jī)操作簡(jiǎn)單、安全，對(duì)環(huán)境造成污染非常小，作業(yè)人員比較少。每個(gè)班只需要4～5人。但是反井鉆機(jī)一次性投入相對(duì)較高，國(guó)產(chǎn)一臺(tái)套LM-200型鉆機(jī)投入使用其費(fèi)用約145萬元。一臺(tái)套進(jìn)口RHNO300型反井鉆機(jī)投入費(fèi)用約1400萬元。
四、傳統(tǒng)人工豎、斜井導(dǎo)井施工特點(diǎn)
斜井和豎井施工方法有全斷面一次開挖法和導(dǎo)井開挖法兩種方式，其中傳統(tǒng)導(dǎo)井法開挖方式有正井、反井或正反井結(jié)合法。反導(dǎo)井施工通常采用吊罐法、爬罐法或深孔分段爆破法，傳統(tǒng)導(dǎo)井法施工目前在水利水電工程中應(yīng)用比較普遍，施工工藝應(yīng)用得較為純熟。一次性投入比較少，主要投入的設(shè)備：20m3空壓機(jī)一臺(tái)、手風(fēng)鉆10把、通風(fēng)設(shè)備一臺(tái)、運(yùn)輸設(shè)備一臺(tái)（卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊罐爬罐），投入費(fèi)用不到40萬元。如果采用阿立瑪克爬罐則投入費(fèi)用將增大，一臺(tái)阿立瑪克爬罐售價(jià)為255萬元。傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工無論采用正導(dǎo)井法、反導(dǎo)井法、吊罐法施工，均需要人員及設(shè)備至開挖掌子面進(jìn)行鉆爆施工。因此在施工過程中均不可避免地存在著安全隱患，而通風(fēng)散煙困難，進(jìn)度也容易受限制等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深度在100m左右的洞室導(dǎo)井開挖一般日平均進(jìn)尺在1～1.5m左右。人工導(dǎo)井施工方法對(duì)井深有一定的限制，深度越深，施工難度越大、安全隱患更大。
五、反井鉆機(jī)與傳統(tǒng)人工導(dǎo)井施工工藝的比較
水力發(fā)電站為滿足不同條件和對(duì)水工結(jié)構(gòu)物功能上的要求，設(shè)立地下豎井式閘門井、調(diào)壓井和垂直與斜井壓力管道。根據(jù)對(duì)我國(guó)68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計(jì)，其中有地下豎井、斜井的電站就有28座，占41%，而且每座電站都有數(shù)個(gè)豎井、斜井。從規(guī)模上看，調(diào)壓井直徑已達(dá)24m以上，井深達(dá)90m以上，垂直壓力管道深度已達(dá)300m以上。天生橋二級(jí)兩段斜井深已達(dá)754m，可以說豎井、斜井在水電建設(shè)中占有一定的比重。豎井、斜井開挖又是其施工的重要環(huán)節(jié)，而且由于豎井、斜井施工難度很大，往往是電站建設(shè)工期的控制項(xiàng)目之一。為了解決這個(gè)難題，水電建設(shè)者們克服了諸多困難，不斷地學(xué)習(xí)、借鑒、研究和應(yīng)用新的施工方法和技術(shù)，推動(dòng)了我國(guó)水電豎井、斜井開挖技術(shù)的發(fā)展。
從開挖方法和施工設(shè)備的發(fā)展來看，已從正井人工吊碴開挖發(fā)展到人工反井溜碴法、人工配合機(jī)械的反井吊罐法、反井爬罐法。而后又發(fā)明了勞動(dòng)強(qiáng)度較低的一次鉆孔反井分段爆破法和反井鉆機(jī)開挖方法等。應(yīng)該說，從正井開挖進(jìn)入應(yīng)用重力勢(shì)能的反井開挖法，是豎井開挖技術(shù)質(zhì)的飛躍。一次鉆孔分段爆破是一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，而反井鉆機(jī)的應(yīng)用更使豎井、斜井開挖進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
1、傳統(tǒng)人工導(dǎo)井施工法分析
（1）正導(dǎo)井開挖法
上馬嶺電站調(diào)壓井開挖和壓力管道上部開挖，采用自上而下的正井開挖方法。天生橋調(diào)壓井為了加快施工進(jìn)展，頂部也采用上部吊碴方法。永定河上馬嶺電站壓力管道傾角33°11′26.5″，開挖直徑6.6m，全長(zhǎng)179m，開始從上彎段向下開挖，施工十分困難，進(jìn)展很慢，后來在中間增開一條“七、一”支洞，開始從下而上的反井開挖，初步解決了出碴問題。
（2）反導(dǎo)井開挖法
云南大朝山電站尾水設(shè)4個(gè)閘門井，開挖斷面為12×16m，閘門井高45m，都是采用2×3 m斷面開挖反導(dǎo)井，采用人工搭設(shè)腳手架平臺(tái)進(jìn)施工反井施工，施工中配置2臺(tái)手風(fēng)鉆，47天向上開挖導(dǎo)井45m，平均日進(jìn)尺0.96m，最高日進(jìn)尺2.5m。
（3）反井爬罐導(dǎo)井開挖法
廣蓄電站壓力管道斜井，上斜井長(zhǎng)406.22m，下斜井長(zhǎng)347.45m。開挖直徑9.7m，傾角50°。斜井開挖采用正、反井結(jié)合方法施工，先開挖2.4×2m下導(dǎo)井（底拱），采用上、下對(duì)口四個(gè)工作面同時(shí)開挖。上部向下開挖提升出碴，下部向上用阿立馬克STH-500型（柴油）和STH-588型（電動(dòng)）爬罐。上斜井導(dǎo)井用127天完成，最高月進(jìn)尺90m；下斜井導(dǎo)井用125天完成，月進(jìn)尺77m。上斜井下口工作面平均日進(jìn)尺2.595m，下斜井下口平均日進(jìn)尺1.974m。
天生橋電站壓力管道，長(zhǎng)159.5m（總計(jì)178.3m）。大井直徑.7m，豎井導(dǎo)井用阿立馬克爬罐開挖，斷面2.5m×2.5m，每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1～1.5m，平均月進(jìn)尺55m，最高月進(jìn)尺80m。
（4）反井吊罐導(dǎo)井開挖法
反井吊罐開挖導(dǎo)井，是從冶金系統(tǒng)引進(jìn)到水電六局的，而后在一些水電站施工中推廣應(yīng)用。
漁子溪埋藏式豎井壓力管道豎井為272.2m，開挖直徑5.2m，鋼襯直徑3.4m，內(nèi)水壓力.92MPa。開挖采用紅旗300型鉆機(jī)鉆設(shè)φ100mm中心孔，最高班進(jìn)尺3m，實(shí)際偏差為15～40cm。豎井分三段開挖，每段約90m，反井吊罐法開挖導(dǎo)井，導(dǎo)井?dāng)嗝鏋?.24m2。折疊式吊罐重400kg，載重600kg，折疊尺寸為900mm×900mm×1250mm，展開尺寸為1760mm×1460×2100mm。鉆爆人員4人，采用01-43和01-45型鉆機(jī)，混合式通風(fēng)方式。導(dǎo)井開挖平均日進(jìn)尺2.88m，中心孔上部用華1型游動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引。
（5）一次鉆孔反井分段爆破開挖法
三門峽改建工程排沙洞1號(hào)工作閘門井，深51m。采用一次鉆孔、自下而上分段爆破的方法開挖導(dǎo)井，導(dǎo)井?dāng)嗝?.8m×1.8m，實(shí)際開挖成2.25m×1.93m。使用KA-2M-300型鉆機(jī)，鉆φ150mm中心孔，爆破孔φ110～120mm，鉆機(jī)偏差小于1.7‰。開挖布置6個(gè)孔，后來增加至10個(gè)孔，裝藥8.5～12kg/孔，崩落孔7～11kg/孔，周邊孔8～12kg/孔。巖石豎固系數(shù)為8～12。孔徑120mm，藥卷直徑105mm（內(nèi)徑95mm），采用毫秒爆破，并串并聯(lián)法。放炮有效天數(shù)10.33天，最高班進(jìn)尺4.28m，最高日循環(huán)4次，進(jìn)尺8.19m，平均日進(jìn)尺4.6m。如果把鉆孔和準(zhǔn)備工作時(shí)間包括在內(nèi)，則日平均進(jìn)尺僅為0.807m。
天生橋二級(jí)調(diào)壓井，Ø24m，深90m，采用一次鉆孔，分段自下而上爆破法開挖導(dǎo)井，導(dǎo)井φ2.4m，共鉆7個(gè)孔，中間一個(gè)大孔，垂直偏差小于1%。每次進(jìn)尺1m，月進(jìn)尺20m。
2、反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工分析
（1）湖北省水布埡電站地下廠房通風(fēng)豎井長(zhǎng)183m，豎井直徑Ø1.4m。巖層為灰?guī)r，巖石硬度12級(jí)， 反井鉆機(jī)為L(zhǎng)M-200型。于2002年8月20日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），9月6日開鉆，9月17日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，9月18日導(dǎo)井Ø1.4m擴(kuò)孔，9月26日擴(kuò)孔結(jié)束。其中由于廠房施工停工8天，純施工時(shí)間為47天，平均日鉆進(jìn)3.2m。
（2）湖北省水布埡電站引水斜井長(zhǎng)156m，傾角60°，反井鉆機(jī)為L(zhǎng)M-200型。于2003年8月26日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），9月10日開鉆，9月14日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，10月14日導(dǎo)井Ø1.4m擴(kuò)孔結(jié)束。歷時(shí)44天，平均日鉆進(jìn)3.54m。
（3）貴州省三板溪水電站巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，電纜豎井長(zhǎng)184m。反井鉆機(jī)為L(zhǎng)M-200型。于2003年6月26日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），7月3日開鉆，7月9日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，8月20日導(dǎo)井Ø1.4m擴(kuò)孔結(jié)束。其中由于主變室施工停工10天，純施工時(shí)間為44天，平均日鉆進(jìn)2.7m。
（4）云南省小灣水電站使用，小灣水電站的巖石為花崗巖，巖石硬度為14～16級(jí)，地下廠房主變排風(fēng)豎井長(zhǎng)210m。反井鉆機(jī)為L(zhǎng)M-280型。于2004年5月25日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），6月1日開鉆，6月11日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，8月22日導(dǎo)井Ø1.4m擴(kuò)孔結(jié)束。施工歷時(shí)為57天，平均日鉆進(jìn)3.7m。
（5）云南省溪洛渡水電站右岸地下廠房主變排風(fēng)豎井長(zhǎng)215m，巖層為玄武巖，巖石硬度14～16級(jí)， 反井鉆機(jī)為L(zhǎng)M-200型。于2006年5月10日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），5月26日開鉆，6月16日Ø216mm導(dǎo)孔貫通（外界影響停工10天），6月18日導(dǎo)井Ø1.4m擴(kuò)孔，7月26日擴(kuò)孔結(jié)束（外界影響停工12天）。施工歷時(shí)為54天，平均日鉆進(jìn)3.98m。
反井鉆機(jī)在不同巖性的豎、斜井導(dǎo)井鉆進(jìn)情況統(tǒng)計(jì)表

電站名稱	井深（m）	巖石名稱	Ø216mm鉆進(jìn)速度（m/天）	Ø1.4m擴(kuò)孔速度（m/天）	備注
水布埡電站	115～183	灰?guī)r	38～40	18～20	豎井
	156		32～34	14～16	斜井（60°）
三板溪電站	43～120	花崗巖	19～32	8～10	豎井
小灣電站	88～212		30～35	13～16
三峽電站	82		22～32	12～15
溪洛渡電站	194～215	玄武巖	20～26	5～10

從表中顯示，隨著巖石硬度及豎、斜井長(zhǎng)度的增大，施工難度加大，其鉆進(jìn)速度減慢，灰?guī)r可鉆性最好。 
3、反井鉆機(jī)與傳統(tǒng)人工導(dǎo)井工期比較
（1）反進(jìn)鉆機(jī)導(dǎo)孔施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)
①反井鉆機(jī)開鉆前的準(zhǔn)備時(shí)間一般為12～15天，主要是主機(jī)基礎(chǔ)砼澆筑、主機(jī)就位、二期砼澆筑、沉渣池砌筑等。
②Ø216mm導(dǎo)孔施工一般25m/天，以100m長(zhǎng)的豎、斜井為例，Ø216mm導(dǎo)孔耗時(shí)約4天。
③Ø216mm鉆頭拆下至安裝Ø1.4m鉆頭結(jié)束耗時(shí)約1天。
④Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖速度約5～15m/天，平均10m/天，以100m長(zhǎng)的豎、斜井為例，Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖耗時(shí)約10天。
⑤反井鉆拆除耗時(shí)約3天。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，100m長(zhǎng)的豎、斜井反井鉆機(jī)從準(zhǔn)備工作至設(shè)備拆除約耗時(shí)約33天。
（2）傳統(tǒng)人工導(dǎo)井施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)
①傳統(tǒng)人工導(dǎo)井開鉆前的準(zhǔn)備時(shí)間一般為4～5天，主要是空壓機(jī)的安裝（卷?yè)P(yáng)機(jī)或爬罐可不占用工期）。
②Ø1.8m導(dǎo)孔施工一般0.8～1.5m/天，以100m長(zhǎng)的豎、斜井為例，Ø1.8m導(dǎo)井耗時(shí)約91天。
③井內(nèi)風(fēng)、水、電管線拆除耗時(shí)約5天。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，100m長(zhǎng)的豎、斜井傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工從準(zhǔn)備工作至設(shè)備拆除約耗時(shí)約101天。
從以上的反井鉆機(jī)和傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工時(shí)間統(tǒng)計(jì)，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工耗時(shí)只占傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工耗時(shí)32.6%。采用反井鉆施工工期可提前約2/3。
4、反井鉆機(jī)與傳統(tǒng)人工導(dǎo)井質(zhì)量比較
反井鉆導(dǎo)井施工采用滾刀對(duì)巖石切削、擠壓完成豎井及斜井導(dǎo)井開挖，形成的導(dǎo)井井壁非常光滑，并能夠形成預(yù)定要求的洞徑。
傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工則采用人工鉆孔，人工控制周邊孔位，不可避免的誤差，導(dǎo)井井壁不是很光滑。
綜上所述，反井鉆導(dǎo)井施工比傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工質(zhì)量要好得多。
5、反井鉆機(jī)與傳統(tǒng)人工導(dǎo)井安全比較
反井鉆導(dǎo)井施工均采用設(shè)備操作，且反井鉆機(jī)由電能傳到液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成液壓驅(qū)動(dòng)，操作安全，容易避免安全事故的發(fā)生。
傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工則采用人工鉆孔、爆破，施工人員必須到工作面進(jìn)行操作，安全隱患較多，安全不易保證。
 
 
 
 
四、工藝流程及操作要點(diǎn)
1、豎井、斜井反井鉆機(jī)施工工藝流程框圖
豎井、斜井反井鉆機(jī)導(dǎo)井施工工藝流程框圖
 
 
2、施工方法
（1）設(shè)備組合
主要設(shè)備配置表

設(shè)備名稱		型 號(hào)	重 量	功 率	數(shù) 量	備 注
反井鉆機(jī)	主機(jī)	LM-200	8.3t	83kw	1臺(tái)套	主機(jī)軌道（18#工字鋼9m）
	操作車		0.89t
	油泵車		2.5t
泥漿泵		TBW850/50	5.5t	90kw	1臺(tái)	用于Ø216mm導(dǎo)孔施工
潛水泵		2.2kw		2.2kw	3臺(tái)	油泵車?yán)鋮s水循環(huán)水
隨車吊		3t			1輛	吊運(yùn)鉆桿、操作車、油泵車
沃爾沃裝載機(jī)		150型			1臺(tái)	主機(jī)、泥漿泵的吊裝
鋼板水箱		4m3、5m3			各一個(gè)	水箱大小按供、排水情況定
Ø216mm鉆頭		Ø216mm	0.05t		一個(gè)	一個(gè)鉆頭可施工300～500m
Ø1.4m鉆頭		Ø1.4m	2.3t		一個(gè)

（2）施工方法
鉆機(jī)基礎(chǔ)砼澆筑2~3天后，將主機(jī)軌道鋪設(shè)在砼平臺(tái)上，軌距為64cm，軌道下墊枕木（20×20cm，長(zhǎng)120cm）或20#工字鋼，每隔60～80cm墊一根，然后將主機(jī)吊至軌道上，調(diào)好鉆機(jī)位置，鎖緊卡軌器，豎起鉆架，安裝后拉桿，調(diào)平鉆機(jī)。
鉆機(jī)調(diào)平后，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設(shè)預(yù)埋螺栓，再次調(diào)平鉆機(jī)并澆筑Ⅱ期砼。
①Ø216mm導(dǎo)鉆進(jìn)
Ⅱ期砼達(dá)到一定的強(qiáng)度后，安裝轉(zhuǎn)盤吊和翻轉(zhuǎn)架，開孔鉆進(jìn)，鉆機(jī)調(diào)平后，調(diào)整動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速為預(yù)定值，并將動(dòng)力水龍頭升到最高位置、把事先與異型鉆桿相接的導(dǎo)孔鉆頭移入鉆架底孔并用下卡瓦卡住異型鉆桿的下方卡位，然后將卡瓦放入卡座。用鉆機(jī)輔助設(shè)備連接鉆桿。接好鉆桿后，開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水，開始從上往下開孔鉆進(jìn)。
導(dǎo)孔開始鉆進(jìn)時(shí)采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速擋，鉆壓為2～5Mpa，一般情況下，對(duì)于松軟地層和過渡地層應(yīng)采用低鉆壓，對(duì)于硬巖和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓。
穩(wěn)定鉆桿的布置，穩(wěn)定鉆桿的作用主要控制導(dǎo)孔鉆進(jìn)的偏斜率，在鉆頭后連續(xù)布置6～8根，控制鉆桿與導(dǎo)孔壁的間隙，從而減少鉆桿擺動(dòng)幅度，確保導(dǎo)孔鉆進(jìn)的垂直度。
背壓根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，背壓過大動(dòng)力水龍頭不能向下推進(jìn)，背壓過小時(shí)動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)過快而容易卡鉆，背壓的調(diào)整原則是既能使動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)也不能卡鉆。
洗孔，動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時(shí)，停止向下推進(jìn)，檢查棘輪套的插銷是否往上頂出來，如果插銷被頂出來，說明孔內(nèi)石渣沒有沖洗干凈，繼續(xù)沖洗至插銷回到原位。
導(dǎo)孔石碴沖洗干凈后，關(guān)閉泥漿泵，連接鉆桿，鉆桿連接完成后開啟泥漿泵，繼續(xù)往下鉆進(jìn)。
導(dǎo)孔在鉆穿約有5～8m時(shí)，在預(yù)測(cè)鉆穿位置設(shè)置圍欄，禁止人員進(jìn)入，防止石塊墜落傷人。
②Ø1.4m從下往上反向擴(kuò)孔
導(dǎo)孔貫通后，在下平洞用卸扣器將導(dǎo)孔鉆頭和異型鉆桿換下，用吊車或裝載機(jī)將Ø1.4m鉆頭運(yùn)至導(dǎo)孔下方，將上下提吊塊分別同鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20cm，然后固定鉆頭，下放導(dǎo)孔鉆桿，拆去上下提吊塊，連接擴(kuò)孔鉆頭。 
調(diào)節(jié)動(dòng)力水龍頭出軸轉(zhuǎn)速調(diào)為慢速擋。在擴(kuò)孔鉆頭未全進(jìn)入鉆孔時(shí)，為防止鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞刀具，使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，待鉆頭全部鉆進(jìn)后可加壓鉆進(jìn)。
擴(kuò)孔鉆壓的大小根據(jù)地層的具體情報(bào)況而定，軟巖低壓、硬巖高壓，但是，主泵油壓不得超過24.0Mpa；副泵油壓不得超過18.5Mpa。 
擴(kuò)孔鉆進(jìn)結(jié)束后，拆去鉆桿，采用鋼絲繩將Ø1.4m鉆頭固定在主機(jī)軌道上，主機(jī)調(diào)離后再將鉆頭從導(dǎo)孔吊出。
（3）關(guān)鍵技術(shù)
在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)由于塌孔、水壓力不夠、停電等導(dǎo)致孔內(nèi)石碴滯留堆積后出現(xiàn)卡鉆，或是導(dǎo)孔、擴(kuò)孔施工過程中鉆桿斷裂后鉆桿、鉆頭滯留在孔內(nèi)，這些情況處理起來相當(dāng)困難，并且發(fā)生的頻率也較多，屬于反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工的難點(diǎn)及重點(diǎn)，在此我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)談幾點(diǎn)體會(huì)。
①導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中的卡鉆
我們采取了幾種方法進(jìn)行處理，其中一種方法是采取高壓水強(qiáng)行沖孔，在沖孔過程中起動(dòng)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，直至鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)提升。另外一種方法是導(dǎo)孔離下下平洞較近的情況下，從下往上人工打?qū)Ь炌▽?dǎo)孔，貫通后用高壓水沖孔。
②擴(kuò)孔過程中的掉鉆
在擴(kuò)孔過程中，由于鉆桿斷裂，如果擴(kuò)孔鉆頭卡在已擴(kuò)挖成形的孔內(nèi)，此時(shí)若從下面處理非常危險(xiǎn)。所以我們考慮從上面導(dǎo)孔中進(jìn)行，第一種方法：將鉆桿接上后采取鉆桿對(duì)鉆頭施加壓力使其自然墜落至下平洞。第二種方法：在孔口通過鋼絲繩將炸藥送入鉆頭卡住部位，引爆后將鉆頭震落至下平洞。該方法每次炸藥用量控制在5～8kg，對(duì)鉆頭不會(huì)構(gòu)成大的損傷。
③導(dǎo)孔施工過程中的鉆桿斷裂
部份長(zhǎng)期使用的鉆桿在導(dǎo)孔鉆進(jìn)及擴(kuò)孔過程中可能會(huì)發(fā)生斷裂，反井鉆機(jī)單根鉆桿長(zhǎng)度為1m，重達(dá)180Kg。在鉆桿斷裂后，如果不將鉆桿取出，那么一方面要丟失鉆桿、鉆頭，造成經(jīng)濟(jì)。另一方面還得重新造孔，有些特殊部位還不允許重新造孔。因此如何打撈鉆具成了反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工的一個(gè)難題。為此我們發(fā)明了一種鉆桿打撈器，鉆桿打撈器的原理跟膨脹螺栓原理相同，其上部與鉆桿呈直螺紋連接，下部為椎形套，前進(jìn)過程中可以直接進(jìn)入已斷裂鉆桿的內(nèi)壁，進(jìn)入內(nèi)壁后，在打撈器提升過程中椎形套會(huì)張開，與斷裂鉆桿內(nèi)壁緊緊連接，越拉越緊，然后通過打撈器將孔內(nèi)鉆桿提升到孔口用夾釬器固定后逐一取出鉆桿。該打撈器一次能提升40噸以上的重量。即能提取200m以上的鉆桿長(zhǎng)度。基本能滿足取鉆要求。

附圖1：鉆桿打撈器示意圖
④不良地質(zhì)地層施工方法
經(jīng)過實(shí)踐，我局總結(jié)出以下兩種方法進(jìn)行不良地質(zhì)地層施工。
a、循環(huán)鉆灌成孔法 
我局在小灣左岸砂石系統(tǒng)遇2#豎井、水布埡電站4#引水斜井、4#母線豎井、交通電梯井及三板溪電站的2#、4#引水豎井在鉆孔過程中遇到斷層、裂隙、溶溝、溶槽或軟弱夾層等地質(zhì)不良段，在鉆進(jìn)過程中不同程度的出現(xiàn)孔口不返水排碴現(xiàn)象。均采用循環(huán)鉆灌成孔法進(jìn)行處理。具體方法為在現(xiàn)場(chǎng)制備0.4～0.55水灰比的水泥砂漿或泥漿，通過灌漿設(shè)備或人工自流輸送漿液的方法進(jìn)行灌注，利用漿液填充斷層、裂隙、溶溝、溶槽，灌注漿液24小時(shí)后即可進(jìn)行鉆孔施工。這個(gè)方法實(shí)施較為安全可靠，但由于要反復(fù)取鉆、灌漿，對(duì)施工進(jìn)度影響較大。 
b、強(qiáng)行成孔法
該方法適合于斷層、裂隙帶范圍不大，且處于豎井及斜井的深孔帶，該方法就是在豎井及斜井孔深超過100m后，在遇到斷層、裂隙后出現(xiàn)孔口不返水時(shí)，繼續(xù)鉆進(jìn)并不斷的用泥漿泵向孔內(nèi)壓水，直至孔口返水。該方法的特點(diǎn)是利用水壓力將鉆孔時(shí)的積碴強(qiáng)行通過裂隙、斷層或孔口排除并堵塞裂隙里的滲水通道。我局在三板溪電站、小灣電站豎井施工均采用過該方法，對(duì)加快施工進(jìn)度方面非常有效。
在實(shí)際施工中，可根據(jù)情況兩種方法均酌情采用。
⑤反井鉆在硬巖施工中的改良，其方法詳見《五、針對(duì)水電工程地質(zhì)情況施工對(duì)國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良》措施。
五、針對(duì)水電工程地質(zhì)情況施工對(duì)國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良
1、對(duì)Ø1.4m鉆頭進(jìn)行改良，使之適應(yīng)硬巖施工
LM-200型反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆頭由6把對(duì)稱擴(kuò)孔滾刀組成，其中2把在中心，稱為中心刀，另外4把在外側(cè)，稱為邊刀。呈對(duì)稱布置。在實(shí)際擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)外面4把擴(kuò)孔邊刀擴(kuò)孔負(fù)荷較大，容易受磨損，需要經(jīng)常更換，而里面2把的中心刀負(fù)荷較小，基本不需要更換。這樣由于負(fù)荷不均勻?qū)е峦饷驺@頭盤刀更換頻繁，降低了造孔速度，同時(shí)也造成了里面擴(kuò)孔中心刀閑置，在經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證并仔細(xì)研究了各滾刀的運(yùn)行軌跡后。將里面的其中1把擴(kuò)孔盤刀改裝到了外面，這樣保證了每把擴(kuò)孔盤刀均勻受力，在不增加任何投入的情況下，加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本。改裝前和改裝后的擴(kuò)孔鉆頭布置見附圖2。
 

a:由廠家提供的對(duì)稱擴(kuò)孔盤刀   b: 經(jīng)改良的非對(duì)稱擴(kuò)孔盤刀（按滾刀的工作量布刀）
附圖2：改裝前、后的擴(kuò)孔鉆頭布置圖
2、改變?cè)瓉矸€(wěn)定鉆桿的配置方法，更好的控制鉆進(jìn)精度
在Ø216m導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)，原廠家設(shè)計(jì)連接鉆頭的第一、二根鉆桿為穩(wěn)定鉆桿，然后接一般鉆桿，穩(wěn)定根據(jù)地質(zhì)情況布置，以此控制鉆進(jìn)偏斜。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)該方法存在一定的弊端，導(dǎo)孔產(chǎn)生偏斜一般前20～30m發(fā)生，為了更好的控制鉆進(jìn)精度，在Ø216m導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)連接鉆頭的第一～八根鉆桿均為穩(wěn)定鉆桿，按此布置后，導(dǎo)孔鉆進(jìn)的偏斜均在1%以內(nèi)。
3、擴(kuò)孔鉆頭中心管的改進(jìn)
LM-200型反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆頭中心管主要作用為連接擴(kuò)孔鉆頭與鉆桿，長(zhǎng)度約為50cm。由于接頭部位離擴(kuò)孔鉆頭較近且該部位所承受的扭矩較大，應(yīng)力容易集中，在初期擴(kuò)孔施工中經(jīng)常出現(xiàn)與其它鉆桿的連接部位斷裂。為此我局經(jīng)過研究后，將擴(kuò)孔中心管長(zhǎng)度加長(zhǎng)至1.5m，并將擴(kuò)孔中心管采用合金穩(wěn)定條加固，經(jīng)過加固后的擴(kuò)孔鉆頭在后期施工中基本不出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。改裝前和改裝后的擴(kuò)孔中心管布置見附圖3。

a:由廠家提供的擴(kuò)孔鉆頭中心管   b: 經(jīng)改良的擴(kuò)孔鉆中心管（加長(zhǎng)并增加合金穩(wěn)定條）
附圖3：改裝前、后的擴(kuò)孔鉆頭鉆頭中心管布置
4、擴(kuò)孔鉆頭冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)                                 
LM-200型反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔施工期間的冷卻主要靠采用在孔口通過自流形式落至鉆頭上進(jìn)行冷卻。由于導(dǎo)孔較小，而擴(kuò)孔鉆頭較大，通過自流的水僅能冷卻位于中間的擴(kuò)孔滾刀，而外圍幾把滾刀無法冷卻，導(dǎo)致外圍滾刀在工作中因過熱容易損壞。鑒于此情況，我局將冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造，即在原利用孔口自流水冷卻的同時(shí)，從鉆機(jī)頂部連接一根2寸冷卻水管通過鉆桿中心孔，然后在擴(kuò)孔鉆頭底盤上各引一4〞管進(jìn)入    附圖4：改良后鉆頭冷卻系統(tǒng)
各滾刀。使各滾刀在運(yùn)轉(zhuǎn)中均能受到冷卻，這樣不僅使?jié)L刀使用時(shí)間比原來增加了一倍，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度。改裝后所增加的擴(kuò)孔冷卻系統(tǒng)見附圖4。
5、擴(kuò)孔鉆頭破巖滾刀的改進(jìn)
LM-200型反井鉆機(jī)擴(kuò)孔鉆頭破巖滾刀一般為4齒滾刀，齒間距為6cm，采用4齒滾刀在八級(jí)以下的巖石基本能滿足破巖要求，我局在水布埡電站的豎井及斜井施工中就是采用由廠家提供的4齒滾刀進(jìn)行破巖，在進(jìn)入小灣電站和三板溪電站后，巖性為花崗巖，巖石級(jí)別十二級(jí)。在初期進(jìn)行主排風(fēng)洞的擴(kuò)孔施工中，發(fā)覺擴(kuò)孔速度相當(dāng)緩慢，而鉆頭磨損較大。最初是認(rèn)為合金鉆頭難以滿足造孔要求，于是先將合金鉆頭改為金鋼石鉆頭，但效果仍不是太明顯，后仔細(xì)分析滾刀破巖原理后，認(rèn)為是齒間距過大，難以達(dá)到破巖效果，在將4齒滾刀調(diào)整為5齒滾刀、齒間距調(diào)整為5cm后，造孔速度明顯提高，最后將滾刀調(diào)整為6齒滾刀、齒間距調(diào)整為4cm后，在花崗巖中造孔速度能滿足要求。改裝前和改裝后的破巖滾刀見附圖5。
a:由廠家提供滾刀（四齒）   b: 第一次改良的滾刀（五齒）  c: 第一次改良的滾刀（六齒）
（適用于十級(jí)以下巖石）    （適用于十一～十三巖石）     （適用于十四以上巖石）
附圖5：改裝前、后的擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔鉆頭破巖滾刀
目前我局根據(jù)不同的巖石級(jí)別設(shè)計(jì)了三種擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭的滾刀布置采用改良的布景形式。硬度八至十級(jí)的巖石采4齒合金滾刀、齒間距為6cm；十一至十三級(jí)的巖石采用5齒金剛石滾刀、齒間距調(diào)整為5cm；十四至十六級(jí)的巖石采用6齒金剛石滾刀、齒間距調(diào)整為4 cm。并委托鉆頭生產(chǎn)廠家按我局設(shè)計(jì)的鉆頭類型進(jìn)行生產(chǎn)。在以后施工中進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出更加完美的擴(kuò)孔鉆頭。
六、效益分析
1、經(jīng)濟(jì)效益
豎井導(dǎo)井施工所采用的較為傳統(tǒng)的施工方法就是手風(fēng)鉆導(dǎo)井施工，現(xiàn)以開挖一條150m長(zhǎng)斷面為Ø1.4m的豎井導(dǎo)井（巖石為十二級(jí)）為例來分析常規(guī)施工、反井鉆機(jī)施工方法的成本及進(jìn)度特點(diǎn)。
（1）傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工分析
手風(fēng)鉆豎井導(dǎo)井施工采用正導(dǎo)井和反導(dǎo)井工法相結(jié)合，設(shè)備配置為：手持式風(fēng)鉆8～12臺(tái)，卷?yè)P(yáng)機(jī)1臺(tái)、1臺(tái)阿立瑪克爬罐，20m3空壓機(jī)2臺(tái)。人員配置：按三班作業(yè)，鉆手15人，炮工3名，卷?yè)P(yáng)機(jī)、爬罐操作工各3名，安全員6名，總計(jì)27人。正導(dǎo)井和反導(dǎo)井同時(shí)施工，平均每天共進(jìn)尺2.5m（反向開挖平均每天1.5m，正向開挖平均每天1m）。施工總耗時(shí)60天。
（2）反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工分析
反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工是水電施工中的一種新技術(shù)、新工藝。根據(jù)施工工藝，設(shè)備LM-200型反井鉆一臺(tái)套。人員配置：操作工及換鉆桿人員每班4人，按三班計(jì)算總計(jì)12人。
先采用Ø216mm的鉆頭自上而下鉆孔，小孔貫通后再采用1.4m的鉆頭從下往上反向擴(kuò)孔，鉆進(jìn)速度按25m/天，計(jì)6天； Ø1.4m導(dǎo)井反向擴(kuò)時(shí)鉆進(jìn)速度為8m/天，計(jì)19天。施工共耗時(shí)約為25天。
（3）傳統(tǒng)人工和反井鉆機(jī)豎井導(dǎo)井法施工分析
主要設(shè)備、工期及人員情況對(duì)照表

施工方法	設(shè)備	設(shè)備價(jià)值	人員	工期	材料消耗
反井鉆機(jī)	反井鉆機(jī)一臺(tái)套	140萬元	12人	25天	Ø216mm鉆頭1個(gè)1萬元
	隨車吊一輛	14.5萬元			Ø1.4m鉆頭2個(gè)16萬元
人工導(dǎo)井開挖	8t卷?yè)P(yáng)機(jī)一臺(tái)	3.8萬元	27人	60天	空壓機(jī)電機(jī)功率計(jì)250KW，軌道安裝90m
	阿立瑪克爬罐一臺(tái)	255萬元
	20m3空壓機(jī)2臺(tái)	17萬元
	軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)	12.8萬元			37 KW
	Ø40mm鉆頭、鉆桿、炸藥等				3.7萬元

從上表中顯示，150m豎井傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工設(shè)備投入約289萬元，設(shè)備電機(jī)功率共324 KW，電費(fèi)約19.4萬元（按0.5元/ KW·h計(jì)），Ø40mm鉆頭、鉆桿、炸藥等材料消耗3.7萬元，總計(jì)23.1萬元；反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工鉆頭材料消耗約17萬元，設(shè)備功率約180 KW，電費(fèi)約2.8萬元（按0.5元/ KW·h計(jì)），總計(jì)19.8萬元。傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工的材料消耗約比反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工多約4萬元。
2、環(huán)境保護(hù)效益
豎井傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工需要鉆孔爆破，手風(fēng)鉆產(chǎn)生的噪音比較大，對(duì)鉆工身體健康產(chǎn)生一定的損害；爆破產(chǎn)生的灰塵和氣體對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生一定的損害，嚴(yán)重時(shí)得職業(yè)病。反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工產(chǎn)生的噪音比較小，對(duì)作業(yè)人員身體健康產(chǎn)生一定的損害非常小，Ø1.4m導(dǎo)井反向擴(kuò)時(shí)作業(yè)人員不需要至工作面，產(chǎn)生的灰塵不會(huì)對(duì)作業(yè)人員身體健康產(chǎn)生損害。同此可見，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工比傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工對(duì)環(huán)境影響小得多。
3、安全效益
豎井傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工需要鉆孔爆破，施工人員必須到工作面操作，人工進(jìn)行安裝炸藥、出渣等，安全隱患較多，安全不易保證。反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工作業(yè)人員不需要至工作面，安全隱患比較少，安全容易保證。因此反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工比傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工安全容易保證。
七、應(yīng)用實(shí)例
1、湖北省水布埡電站施工（豎井、斜井施工）
湖北省水布埡電站施工地下廠房通風(fēng)豎井長(zhǎng)183 m，洞徑為Ø1.4m；引水隧洞斜井長(zhǎng)156 m，洞徑為Ø6.9m。巖石以灰為主，局部為泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖與灰?guī)r呈軟硬兼相間不等厚分布并有多條斷層交錯(cuò)頒布，硬度為8～12級(jí)。
廠房通風(fēng)豎井施工采用蘇南煤機(jī)廠生產(chǎn)的LM－200型反井鉆機(jī)進(jìn)行施工。LM－200型反井鉆機(jī)由主機(jī)、操作車、油泵車組成，主機(jī)為最大件，尺寸為2.95×1.37×1.57m。電機(jī)總功率為82.5kw，以液壓為主動(dòng)力，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、安全。在Ø216mm導(dǎo)孔施工時(shí)配置TBW850/50型泥漿泵一臺(tái)，作為導(dǎo)孔時(shí)排渣。
廠房通風(fēng)豎井、引水隧洞斜井反井鉆機(jī)施工分兩班作業(yè)，每個(gè)班作業(yè)人員為4人,駕駛員1人（隨車吊），共9人。
（1）廠房通風(fēng)豎井反井鉆機(jī)施工
①施工條件
施工用水較緊缺，由于廠房通風(fēng)上井口布置在露天平臺(tái)，施工期間為枯水期，山體無滲水可接至工作面，施工用水從清江抽至工作面比較困難。
施工中采取的相應(yīng)措施：距上井口20m遠(yuǎn)的平臺(tái)（該平臺(tái)高出豎井上口10m）砌筑容量為30m3的漿砌石水池，施工用采9m3的水車運(yùn)至水池內(nèi)，以滿足施工期用水。
②廠房通風(fēng)豎井反井鉆機(jī)Ø216mm導(dǎo)孔施工
于2002年8月20日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），9月6日開鉆，9月12日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，平均鉆進(jìn)速度為30. 5 m /天。
 ③廠房通風(fēng)豎井反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔施工
反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔從2002年9月13日開始擴(kuò)孔，2002年9月26日結(jié)束。歷時(shí)13天，平均鉆進(jìn)速度為14 m /天。
（2）4#引水斜井反井鉆機(jī)施工
①引水隧洞斜井反井鉆機(jī)Ø216mm導(dǎo)孔施工
于2003年6月21日開始準(zhǔn)備工作（含基礎(chǔ)砼施工、設(shè)備就位調(diào)試及沉渣砌筑等），7月14日開鉆，7月23日Ø216mm導(dǎo)孔貫通，歷時(shí)9天，平均鉆進(jìn)速度為18 m /天。
 ②引水隧洞斜井反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔施工
反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔從2003年7月24日開始擴(kuò)孔，2003年8月26日結(jié)束。歷時(shí)28天，平均鉆進(jìn)速度為5.6 m /天。
2、云南省溪洛渡電站豎井硬巖施工
溪洛渡電站右岸地下廠房主變室排風(fēng)豎井，深度為215.14m，開挖洞徑為8.2m，噴砼后凈斷面洞徑為8m。
主變室排風(fēng)系統(tǒng)出露的巖體主要為P2β4層含斑玄武巖（約占80%）和P2β5層致密狀玄武巖（約占20%），巖體新鮮較完整，巖體以塊體、層狀結(jié)構(gòu)為主，主要為Ⅱ類圍巖，部分圍巖受層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和裂隙影響呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，屬Ⅲ1類圍巖，主變室排風(fēng)豎井走向基本垂直巖層，巖石硬度為12～14級(jí)。
主變排風(fēng)豎井施工程序：反井鉆機(jī)施工（Ø216mm導(dǎo)孔施工→Ø1.4m導(dǎo)井施工）→Ø3.8m人工反向擴(kuò)挖→Ø8.2m人工正向擴(kuò)挖及支護(hù)。
主變排風(fēng)豎井Ø1.4m導(dǎo)井施工采用蘇南煤機(jī)廠生產(chǎn)的LM－200型反井鉆機(jī)進(jìn)行施工。
（1）主變排風(fēng)豎井反井鉆機(jī)Ø216mm導(dǎo)孔施工
①施工條件
a、施工干憂比較大，在距主變排風(fēng)豎井反井鉆機(jī)作業(yè)部位約10m，有1#通風(fēng)平洞的施工作業(yè)，1#通風(fēng)平洞的施工（開挖爆破、通風(fēng)散煙、出渣等）對(duì)反井鉆機(jī)施工的干擾非常大，爆破、通風(fēng)散煙、出渣時(shí)無法施工；
b、施工用水較緊缺，由于廠房進(jìn)風(fēng)豎井、排風(fēng)斜井同主變排風(fēng)豎井施工使用同一供水管路，而主變排風(fēng)豎井井口高程相對(duì)較高，水壓非常小。
c、主變排風(fēng)豎井井深215.14m，LM-200型反井鉆機(jī)設(shè)計(jì)施工深度為200m。
②施工中采取的相應(yīng)措施
a、設(shè)置兩個(gè)蓄水水箱，兩個(gè)水箱的容量分別為4m3、5m3，在導(dǎo)孔施工前一次將水箱和沉渣池內(nèi)注滿水，作為循環(huán)水和沉渣池的水量補(bǔ)充；
b、為了增加供水管水壓，在供水管上安裝一臺(tái)2.2kw的管道增壓泵；
c、在沉渣池外挖一集水坑，將沉渣池滲漏的水引入集水坑，用潛水泵將集水坑內(nèi)的水抽至水箱內(nèi)作為油泵車?yán)鋮s循環(huán)用水，使沉渣池及水箱內(nèi)的水全部循環(huán)以滿足施工期用水。
d、主變排風(fēng)豎井井深215.14m，LM-200型反井鉆機(jī)設(shè)計(jì)施工深度為200m，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行和對(duì)孔斜的控制，在開孔及前20鉆進(jìn)過程中控制鉆進(jìn)速度在1.5～2小時(shí)/m。
③施工時(shí)段
Ø216mm導(dǎo)孔從2006年5月25日開始施工，2006年6月16日結(jié)束，歷時(shí)23天，其中6月8日至6月16日時(shí)段由于主變室施工影響停工。另外，受1#通風(fēng)平洞施工影響停機(jī)時(shí)間約4天，實(shí)際鉆孔施工時(shí)間約為267個(gè)小時(shí)，平均鉆進(jìn)速度為19. 4 m /天。
④施工資源配置和材料耗費(fèi)
主變室排風(fēng)豎井反井鉆機(jī)施工分兩班作業(yè)，每個(gè)班作業(yè)人員為4人,駕駛員1人（隨車吊），隊(duì)長(zhǎng)1人，共9人。其設(shè)備配置見表1，材料耗費(fèi)見表2。
表1                           設(shè)備配置表

設(shè)備名稱		型 號(hào)	重 量	功 率	數(shù) 量	備 注
反井鉆機(jī)	主機(jī)	LM-200	8.3t	83kw	1臺(tái)套	主機(jī)新配軌道（18#工字鋼9m）
	操作車		0.89t
	油泵車		2.5t
泥漿泵		TBW850/50	5.5t	90kw	1臺(tái)
潛水泵		2.2kw		2.2kw	3臺(tái)	1臺(tái)備用（1臺(tái)新購(gòu)）
		1.1kw		1.1kw	1臺(tái)	新購(gòu)
管道增壓泵		2.2kw		2.2kw	1臺(tái)	供水增壓
隨車吊		3t			1輛
沃爾沃裝載機(jī)		150型			1臺(tái)	主機(jī)、泥漿泵的吊裝
鋼板水箱		4m3、5m3			各一個(gè)
手拉葫蘆		2t			一個(gè)	新購(gòu)
角磨機(jī)					1臺(tái)	新購(gòu)
溢流閥		DB10-1-30/315			4臺(tái)	新購(gòu)
		DB20-1-30/315			2臺(tái)	新購(gòu)
液壓馬達(dá)		XQM16			1臺(tái)
		2QJM42			1臺(tái)

表2                         材料耗費(fèi)表

材料名稱	規(guī)格型號(hào)	單 位	數(shù) 量	備 注
漿砌石	M7.5	m3	1.5	工人砌筑沉渣池
水		m3	30	循環(huán)使用
電		kw·h	41000
液壓油	68#	L	800	施工約500m更換一次， 滲漏率約為5%
		kg	24.8
齒輪油		L	200
柴機(jī)油		L	16
黃油	鋰基	kg	5	用于鉆桿
工字鋼	18#	m	9	主機(jī)軌道
鉆頭	Ø216mm	個(gè)	1	以前已鉆進(jìn)130m，
油管接頭		個(gè)	8	共80元
電纜線	4×4mm	m	100	施工區(qū)照明線
水管	塑料管Ø50mm	kg	122	供水管
電機(jī)修理	7.5kw	元	480	反井鉆機(jī)小油泵電機(jī)
水泵修理	2.2kw			循環(huán)水用的潛水泵

(2)主變排風(fēng)豎井反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔施工
反井鉆機(jī)Ø1.4m導(dǎo)孔從2006年6月18日13:00開始施工，2006年7月31日12：30結(jié)束。歷時(shí)44天，其中，受1#通風(fēng)平洞爆破、出渣、通風(fēng)散煙影響停機(jī)時(shí)間69.5小時(shí)，反井鉆機(jī)、水泵等設(shè)備檢修及漏油處理時(shí)間90.5小時(shí)，停水影響時(shí)間70小時(shí)，停電影響時(shí)間為6小時(shí)，外界影響230小時(shí)（10天）。實(shí)際擴(kuò)孔施工時(shí)間為819小時(shí)（35天），平均鉆進(jìn)速度為6.15 m /天。
導(dǎo)井施工材料消耗情況見表3。
表3                          材料耗費(fèi)表

材料名稱	規(guī)格型號(hào)	單 位	數(shù) 量	備 注
水		m3	1230
電		kw·h	60315
液壓油	68#	L	200	施工約500m更換一次，滲漏率約為5%
鉆頭		個(gè)	5	滾刀
密齒中心刀		個(gè)	1	未用
電機(jī)修理	7.5kw	元	480	反井鉆機(jī)小油泵電機(jī)
水泵修理	2.2kw			循環(huán)水用的潛水泵
切割機(jī)片		張	10
盤跟		kg	3.7
軸承	6210/6211	各2個(gè)	4
油管	R2AT6/R2AT4/R2AT1.2	各1條	3

八、反井鉆機(jī)在水電工程中的施工前景
水力發(fā)電站為滿足不同條件下對(duì)水工結(jié)構(gòu)物功能上的要求，設(shè)立地下豎井式閘門井、調(diào)壓井、通排風(fēng)豎、斜井和垂直與斜井壓力管道。根據(jù)對(duì)我國(guó)68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計(jì)，其中有地下豎井、斜井的電站就有28座，占41%，而且每座電站都有數(shù)個(gè)豎井、斜井，井深達(dá)90m以上，垂直壓力管道深度已達(dá)300m以上。2004年開工的廣州惠蓄水電站地下廠房A廠房引水斜井隧洞長(zhǎng)303m，傾角為60°；2005年開工的云南省溪洛渡水電站左、右岸地下廠，總計(jì)設(shè)置2條斜井，深度為215 m，傾角為75.6°；深度90m 豎井有24條，最深的豎井為215.6 m。
隨著水電行業(yè)的發(fā)展，安全文明施工、環(huán)境保護(hù)的意識(shí)的隨著加強(qiáng)，特別是安全防范、法律、法規(guī)意識(shí)的增強(qiáng)。在水電工程施工中對(duì)安全要求也在隨著提高，安全在第一位置。另外水電工程在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的沖出下，工期也在大幅度縮短，一條200 m深的豎井工期要求約為4～5個(gè)月，傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工在如此短的時(shí)間內(nèi)完成200 m深的豎井的施工，其難度非常高，且豎井、斜井施工素有“咽喉工程、死亡之谷”之稱。反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工不需要施工人員至開挖面施工，提高了豎井、斜井施工的安全性，保證了施工人員的生命安全，具有良好的社會(huì)安全效益。且施工作業(yè)人員配置較少，減少豎、斜井的施工難度，從而有效的提高施工效益。因此，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工在水電工程施工中有廣泛前景。
 
 
 
作者簡(jiǎn)介：
譚金龍，云南人，高級(jí)工程師
馬紹龍，云南人，工程師