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國產(chǎn)反井鉆機(jī)在水電工程的應(yīng)用
來源：www.bmmfw.cn 作者：admin 日期：2015-11-23 06:34:47 熱度：1827 ℃
國產(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，特別是德國開始受到歡迎。我國自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年來對反井鉆機(jī)的應(yīng)用，特別是國產(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。
關(guān)鍵詞 國產(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，特別是德國開始受到歡迎，當(dāng)時反井鉆機(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)，典型的有美國羅賓斯公司，可提供28種型號的產(chǎn)品，鉆孔直徑為1.2～6.0m，鉆孔深度可達(dá)900m，德國維爾特公司生產(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，為了滿足水電站地下工程施工，水電十四局根據(jù)水電工程市場需要于2002年7月購買了第一臺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月先后購買共4臺反井鉆，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，由江蘇蘇南煤礦機(jī)械廠制造。反井鉆機(jī)設(shè)計主要用于煤礦開采，設(shè)計施工的巖石硬度較低，巖石硬度為12級以下。反井鉆機(jī)由主機(jī)、油泵車、操作平臺組成，施工時配置泥漿泵、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月水電十四購買了第一臺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，共施工7條豎井（最長豎井181 m），4條斜井（傾角為60度，長150m），總計施工1400 m。
2003年6月水電十四購買了第二臺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，共施工6條豎井（最長豎井186 m），總計施工670m。
2004年8月水電十四購買了第三臺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，共施工11條豎井（最長豎井212 m），總計施工1525m。
2004年12月水電十四購買了第四臺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，共施工3條豎井（最長豎井177 m），2條斜井（傾角為60度，最長303.7m），總計施工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，共施工2條豎井（最長豎井82 m），總計施工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，共施工2條豎井（最長豎井215 m。近期要施工的豎井有20條，計2540m）；四川省錦屏二級水電站巖石為灰?guī)r，巖石硬度為12級，共施工1條豎井（長191 m）?？傆嬍┕?00m。
截至2006年9月大理分局機(jī)械化項目部累計施工豎井32條，6條斜井?？傆嬍┕へQ、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)帶動主機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動動動力水龍頭，利用液壓動力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動鉆具旋轉(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，從而對從下至上滾刀對巖石切削、擠壓完成豎井及斜井開挖，擴(kuò)孔時的石碴經(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)操作簡單、安全，對環(huán)境造成污染非常小，作業(yè)人員比較少。每個班只需要4～5人。但是反井鉆機(jī)一次性投入相對較高，國產(chǎn)一臺套LM-200型鉆機(jī)投入使用其費(fèi)用約145萬元。一臺套進(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、手風(fēng)鉆10把、通風(fēng)設(shè)備一臺、運(yùn)輸設(shè)備一臺（卷揚(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，一臺阿立瑪克爬罐售價為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，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)對我國68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計，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)工期的控制項目之一。為了解決這個難題，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)，推動了我國水電豎井、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)腳手架平臺進(jìn)施工反井施工，施工中配置2臺手風(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406.22m，下斜井長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、下對口四個工作面同時開挖。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）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159.5m（總計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型游動卷揚(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個孔，后來增加至10個孔，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?？讖?20mm，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)備工作時間包括在內(nèi)，則日平均進(jìn)尺僅為0.807m。
天生橋二級調(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個孔，中間一個大孔，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183m，豎井直徑Ø1.4m。巖層為灰?guī)r，巖石硬度12級， 反井鉆機(jī)為LM-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156m，傾角60°，反井鉆機(jī)為LM-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，電纜豎井長184m。反井鉆機(jī)為LM-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，地下廠房主變排風(fēng)豎井長210m。反井鉆機(jī)為LM-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215m，巖層為玄武巖，巖石硬度14～16級， 反井鉆機(jī)為LM-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)計表
從表中顯示，隨著巖石硬度及豎、斜井長度的增大，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)孔施工時間統(tǒng)計
①反井鉆機(jī)開鉆前的準(zhǔn)備時間一般為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長的豎、斜井為例，Ø216mm導(dǎo)孔耗時約4天。
③Ø216mm鉆頭拆下至安裝Ø1.4m鉆頭結(jié)束耗時約1天。
④Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖速度約5～15m/天，平均10m/天，以100m長的豎、斜井為例，Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖耗時約10天。
⑤反井鉆拆除耗時約3天。
根據(jù)統(tǒng)計顯示，100m長的豎、斜井反井鉆機(jī)從準(zhǔn)備工作至設(shè)備拆除約耗時約33天。
（2）傳統(tǒng)人工導(dǎo)井施工時間統(tǒng)計
①傳統(tǒng)人工導(dǎo)井開鉆前的準(zhǔn)備時間一般為4～5天，主要是空壓機(jī)的安裝（卷揚(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長的豎、斜井為例，Ø1.8m導(dǎo)井耗時約91天。
③井內(nèi)風(fēng)、水、電管線拆除耗時約5天。
根據(jù)統(tǒng)計顯示，100m長的豎、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)井法施工時間統(tǒng)計，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工耗時只占傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工耗時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，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
（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)在砼平臺上，軌距為64cm，軌道下墊枕木（20×20cm，長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)整動力水龍頭的轉(zhuǎn)速為預(yù)定值，并將動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)時采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速擋，鉆壓為2～5Mpa，一般情況下，對于松軟地層和過渡地層應(yīng)采用低鉆壓，對于硬巖和穩(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，從而減少鉆桿擺動幅度，確保導(dǎo)孔鉆進(jìn)的垂直度。
背壓根據(jù)實際情況調(diào)整，背壓過大動力水龍頭不能向下推進(jìn)，背壓過小時動力水龍頭向下推進(jìn)過快而容易卡鉆，背壓的調(diào)整原則是既能使動力水龍頭向下推進(jìn)也不能卡鉆。
洗孔，動力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時，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，在預(yù)測鉆穿位置設(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，為防止鉆頭劇烈晃動而損壞刀具，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)過程中有時會出現(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)驗談幾點(diǎn)體會。
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，在沖孔過程中起動鉆機(jī)轉(zhuǎn)動鉆桿，直至鉆桿轉(zhuǎn)動提升。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)，此時若從下面處理非常危險。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，對鉆頭不會構(gòu)成大的損傷。
③導(dǎo)孔施工過程中的鉆桿斷裂
部份長期使用的鉆桿在導(dǎo)孔鉆進(jìn)及擴(kuò)孔過程中可能會發(fā)生斷裂，反井鉆機(jī)單根鉆桿長度為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以上的鉆桿長度?；灸軡M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小時后即可進(jìn)行鉆孔施工。這個方法實施較為安全可靠，但由于要反復(fù)取鉆、灌漿，對施工進(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，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，對加快施工進(jìn)度方面非常有效。
在實際施工中，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、針對水電工程地質(zhì)情況施工對國產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良》措施。
五、針對水電工程地質(zhì)情況施工對國產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良
1、對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。呈對稱布置。在實際擴(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，同時也造成了里面擴(kuò)孔中心刀閑置，在經(jīng)過反復(fù)驗證并仔細(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:由廠家提供的對稱擴(kuò)孔盤刀 b: 經(jīng)改良的非對稱擴(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、改變原來穩(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，原廠家設(shè)計連接鉆頭的第一、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)孔中心管長度加長至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，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刀使用時間比原來增加了一倍，同時也加快了施工進(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，巖石級別十二級。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)不同的巖石級別設(shè)計了三種擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭的滾刀布置采用改良的布景形式。硬度八至十級的巖石采4齒合金滾刀、齒間距為6cm；十一至十三級的巖石采用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，設(shè)計出更加完美的擴(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長斷面為Ø1.4m的豎井導(dǎo)井（巖石為十二級）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，卷揚(yáng)機(jī)1臺、1臺阿立瑪克爬罐，20m3空壓機(jī)2臺。人員配置：按三班作業(yè)，鉆手15人，炮工3名，卷揚(yáng)機(jī)、爬罐操作工各3名，安全員6名，總計27人。正導(dǎo)井和反導(dǎo)井同時施工，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型反井鉆一臺套。人員配置：操作工及換鉆桿人員每班4人，按三班計算總計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6天； Ø1.4m導(dǎo)井反向擴(kuò)時鉆進(jìn)速度為8m/天，計19天。施工共耗時約為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、工期及人員情況對照表
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），Ø40mm鉆頭、鉆桿、炸藥等材料消耗3.7萬元，總計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），總計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)生的灰塵和氣體對人體健康會產(chǎn)生一定的損害，嚴(yán)重時得職業(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)時作業(yè)人員不需要至工作面，產(chǎn)生的灰塵不會對作業(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183 m，洞徑為Ø1.4m；引水隧洞斜井長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頒布，硬度為8～12級。
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，以液壓為主動力，運(yùn)行操作簡單、安全。在Ø216mm導(dǎo)孔施工時配置TBW850/50型泥漿泵一臺，作為導(dǎo)孔時排渣。
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，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（該平臺高出豎井上口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)錯動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。
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）對反井鉆機(jī)施工的干擾非常大，爆破、通風(fēng)散煙、出渣時無法施工；
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)計施工深度為200m。
②施工中采取的相應(yīng)措施
a、設(shè)置兩個蓄水水箱，兩個水箱的容量分別為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)計施工深度為200m，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行和對孔斜的控制，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/m。
③施工時段
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23天，其中6月8日至6月16日時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)時間約4天，實際鉆孔施工時間約為267個小時，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)，每個班作業(yè)人員為4人,駕駛員1人（隨車吊），隊長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
表2 材料耗費(fèi)表
(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)時間69.5小時，反井鉆機(jī)、水泵等設(shè)備檢修及漏油處理時間90.5小時，停水影響時間70小時，停電影響時間為6小時，外界影響230小時（10天）。實際擴(kuò)孔施工時間為819小時（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
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)對我國68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計，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)的意識的隨著加強(qiáng)，特別是安全防范、法律、法規(guī)意識的增強(qiáng)。在水電工程施工中對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個月，傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工在如此短的時間內(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。
作者簡介：
譚金龍，云南人，高級工程師
馬紹龍，云南人，工程師
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，特別是德國開始受到歡迎。我國自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年來對反井鉆機(jī)的應(yīng)用，特別是國產(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。
關(guān)鍵詞 國產(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，特別是德國開始受到歡迎，當(dāng)時反井鉆機(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)，典型的有美國羅賓斯公司，可提供28種型號的產(chǎn)品，鉆孔直徑為1.2～6.0m，鉆孔深度可達(dá)900m，德國維爾特公司生產(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，為了滿足水電站地下工程施工，水電十四局根據(jù)水電工程市場需要于2002年7月購買了第一臺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月先后購買共4臺反井鉆，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，由江蘇蘇南煤礦機(jī)械廠制造。反井鉆機(jī)設(shè)計主要用于煤礦開采，設(shè)計施工的巖石硬度較低，巖石硬度為12級以下。反井鉆機(jī)由主機(jī)、油泵車、操作平臺組成，施工時配置泥漿泵、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月水電十四購買了第一臺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，共施工7條豎井（最長豎井181 m），4條斜井（傾角為60度，長150m），總計施工1400 m。
2003年6月水電十四購買了第二臺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，共施工6條豎井（最長豎井186 m），總計施工670m。
2004年8月水電十四購買了第三臺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，共施工11條豎井（最長豎井212 m），總計施工1525m。
2004年12月水電十四購買了第四臺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，共施工3條豎井（最長豎井177 m），2條斜井（傾角為60度，最長303.7m），總計施工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，共施工2條豎井（最長豎井82 m），總計施工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，共施工2條豎井（最長豎井215 m。近期要施工的豎井有20條，計2540m）；四川省錦屏二級水電站巖石為灰?guī)r，巖石硬度為12級，共施工1條豎井（長191 m）?？傆嬍┕?00m。
截至2006年9月大理分局機(jī)械化項目部累計施工豎井32條，6條斜井?？傆嬍┕へQ、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)帶動主機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動動動力水龍頭，利用液壓動力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動鉆具旋轉(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，從而對從下至上滾刀對巖石切削、擠壓完成豎井及斜井開挖，擴(kuò)孔時的石碴經(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)操作簡單、安全，對環(huán)境造成污染非常小，作業(yè)人員比較少。每個班只需要4～5人。但是反井鉆機(jī)一次性投入相對較高，國產(chǎn)一臺套LM-200型鉆機(jī)投入使用其費(fèi)用約145萬元。一臺套進(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、手風(fēng)鉆10把、通風(fēng)設(shè)備一臺、運(yùn)輸設(shè)備一臺（卷揚(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，一臺阿立瑪克爬罐售價為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，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)對我國68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計，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)工期的控制項目之一。為了解決這個難題，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)，推動了我國水電豎井、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)腳手架平臺進(jìn)施工反井施工，施工中配置2臺手風(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406.22m，下斜井長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、下對口四個工作面同時開挖。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）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159.5m（總計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型游動卷揚(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個孔，后來增加至10個孔，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?？讖?20mm，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)備工作時間包括在內(nèi)，則日平均進(jìn)尺僅為0.807m。
天生橋二級調(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個孔，中間一個大孔，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183m，豎井直徑Ø1.4m。巖層為灰?guī)r，巖石硬度12級， 反井鉆機(jī)為LM-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156m，傾角60°，反井鉆機(jī)為LM-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，電纜豎井長184m。反井鉆機(jī)為LM-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，地下廠房主變排風(fēng)豎井長210m。反井鉆機(jī)為LM-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215m，巖層為玄武巖，巖石硬度14～16級， 反井鉆機(jī)為LM-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 |
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)孔施工時間統(tǒng)計
①反井鉆機(jī)開鉆前的準(zhǔn)備時間一般為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長的豎、斜井為例，Ø216mm導(dǎo)孔耗時約4天。
③Ø216mm鉆頭拆下至安裝Ø1.4m鉆頭結(jié)束耗時約1天。
④Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖速度約5～15m/天，平均10m/天，以100m長的豎、斜井為例，Ø1.4m導(dǎo)井?dāng)U挖耗時約10天。
⑤反井鉆拆除耗時約3天。
根據(jù)統(tǒng)計顯示，100m長的豎、斜井反井鉆機(jī)從準(zhǔn)備工作至設(shè)備拆除約耗時約33天。
（2）傳統(tǒng)人工導(dǎo)井施工時間統(tǒng)計
①傳統(tǒng)人工導(dǎo)井開鉆前的準(zhǔn)備時間一般為4～5天，主要是空壓機(jī)的安裝（卷揚(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長的豎、斜井為例，Ø1.8m導(dǎo)井耗時約91天。
③井內(nèi)風(fēng)、水、電管線拆除耗時約5天。
根據(jù)統(tǒng)計顯示，100m長的豎、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)井法施工時間統(tǒng)計，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工耗時只占傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工耗時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，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 | 重 量 | 功 率 | 數(shù) 量 | 備 注 | |
| 反井鉆機(jī) | 主機(jī) | LM-200 | 8.3t | 83kw | 1臺套 | 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 | 用于Ø216mm導(dǎo)孔施工 | |
| 潛水泵 | 2.2kw | 2.2kw | 3臺 | 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 | 主機(jī)、泥漿泵的吊裝 | |||
| 鋼板水箱 | 4m3、5m3 | 各一個 | 水箱大小按供、排水情況定 | |||
| Ø216mm鉆頭 | Ø216mm | 0.05t | 一個 | 一個鉆頭可施工300～500m | ||
| Ø1.4m鉆頭 | Ø1.4m | 2.3t | 一個 | |||
鉆機(jī)基礎(chǔ)砼澆筑2~3天后，將主機(jī)軌道鋪設(shè)在砼平臺上，軌距為64cm，軌道下墊枕木（20×20cm，長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)整動力水龍頭的轉(zhuǎn)速為預(yù)定值，并將動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)時采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速擋，鉆壓為2～5Mpa，一般情況下，對于松軟地層和過渡地層應(yīng)采用低鉆壓，對于硬巖和穩(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，從而減少鉆桿擺動幅度，確保導(dǎo)孔鉆進(jìn)的垂直度。
背壓根據(jù)實際情況調(diào)整，背壓過大動力水龍頭不能向下推進(jìn)，背壓過小時動力水龍頭向下推進(jìn)過快而容易卡鉆，背壓的調(diào)整原則是既能使動力水龍頭向下推進(jìn)也不能卡鉆。
洗孔，動力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時，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，在預(yù)測鉆穿位置設(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，為防止鉆頭劇烈晃動而損壞刀具，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)過程中有時會出現(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)驗談幾點(diǎn)體會。
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，在沖孔過程中起動鉆機(jī)轉(zhuǎn)動鉆桿，直至鉆桿轉(zhuǎn)動提升。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)，此時若從下面處理非常危險。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，對鉆頭不會構(gòu)成大的損傷。
③導(dǎo)孔施工過程中的鉆桿斷裂
部份長期使用的鉆桿在導(dǎo)孔鉆進(jìn)及擴(kuò)孔過程中可能會發(fā)生斷裂，反井鉆機(jī)單根鉆桿長度為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以上的鉆桿長度?；灸軡M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小時后即可進(jìn)行鉆孔施工。這個方法實施較為安全可靠，但由于要反復(fù)取鉆、灌漿，對施工進(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，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，對加快施工進(jìn)度方面非常有效。
在實際施工中，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、針對水電工程地質(zhì)情況施工對國產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良》措施。
五、針對水電工程地質(zhì)情況施工對國產(chǎn)反井鉆機(jī)的改良
1、對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。呈對稱布置。在實際擴(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，同時也造成了里面擴(kuò)孔中心刀閑置，在經(jīng)過反復(fù)驗證并仔細(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:由廠家提供的對稱擴(kuò)孔盤刀 b: 經(jīng)改良的非對稱擴(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、改變原來穩(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，原廠家設(shè)計連接鉆頭的第一、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)孔中心管長度加長至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，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刀使用時間比原來增加了一倍，同時也加快了施工進(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，巖石級別十二級。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)不同的巖石級別設(shè)計了三種擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭的滾刀布置采用改良的布景形式。硬度八至十級的巖石采4齒合金滾刀、齒間距為6cm；十一至十三級的巖石采用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，設(shè)計出更加完美的擴(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長斷面為Ø1.4m的豎井導(dǎo)井（巖石為十二級）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，卷揚(yáng)機(jī)1臺、1臺阿立瑪克爬罐，20m3空壓機(jī)2臺。人員配置：按三班作業(yè)，鉆手15人，炮工3名，卷揚(yáng)機(jī)、爬罐操作工各3名，安全員6名，總計27人。正導(dǎo)井和反導(dǎo)井同時施工，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型反井鉆一臺套。人員配置：操作工及換鉆桿人員每班4人，按三班計算總計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6天； Ø1.4m導(dǎo)井反向擴(kuò)時鉆進(jìn)速度為8m/天，計19天。施工共耗時約為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、工期及人員情況對照表
| 施工方法 | 設(shè)備 | 設(shè)備價值 | 人員 | 工期 | 材料消耗 |
| 反井鉆機(jī) | 反井鉆機(jī)一臺套 | 140萬元 | 12人 | 25天 | Ø216mm鉆頭1個1萬元 |
| 隨車吊一輛 | 14.5萬元 | Ø1.4m鉆頭2個16萬元 | |||
| 人工導(dǎo)井開挖 | 8t卷揚(yáng)機(jī)一臺 | 3.8萬元 | 27人 | 60天 | 空壓機(jī)電機(jī)功率計250KW，軌道安裝90m |
| 阿立瑪克爬罐一臺 | 255萬元 | ||||
| 20m3空壓機(jī)2臺 | 17萬元 | ||||
| 軸流風(fēng)機(jī)2臺 | 12.8萬元 | 37 KW | |||
| Ø40mm鉆頭、鉆桿、炸藥等 | 3.7萬元 | ||||
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)生的灰塵和氣體對人體健康會產(chǎn)生一定的損害，嚴(yán)重時得職業(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)時作業(yè)人員不需要至工作面，產(chǎn)生的灰塵不會對作業(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183 m，洞徑為Ø1.4m；引水隧洞斜井長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頒布，硬度為8～12級。
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，以液壓為主動力，運(yùn)行操作簡單、安全。在Ø216mm導(dǎo)孔施工時配置TBW850/50型泥漿泵一臺，作為導(dǎo)孔時排渣。
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，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（該平臺高出豎井上口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)錯動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。
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）對反井鉆機(jī)施工的干擾非常大，爆破、通風(fēng)散煙、出渣時無法施工；
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)計施工深度為200m。
②施工中采取的相應(yīng)措施
a、設(shè)置兩個蓄水水箱，兩個水箱的容量分別為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)計施工深度為200m，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行和對孔斜的控制，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/m。
③施工時段
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23天，其中6月8日至6月16日時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)時間約4天，實際鉆孔施工時間約為267個小時，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)，每個班作業(yè)人員為4人,駕駛員1人（隨車吊），隊長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 | 重 量 | 功 率 | 數(shù) 量 | 備 注 | |
| 反井鉆機(jī) | 主機(jī) | LM-200 | 8.3t | 83kw | 1臺套 | 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 | ||
| 潛水泵 | 2.2kw | 2.2kw | 3臺 | 1臺備用（1臺新購） | ||
| 1.1kw | 1.1kw | 1臺 | 新購 | |||
| 管道增壓泵 | 2.2kw | 2.2kw | 1臺 | 供水增壓 | ||
| 隨車吊 | 3t | 1輛 | ||||
| 沃爾沃裝載機(jī) | 150型 | 1臺 | 主機(jī)、泥漿泵的吊裝 | |||
| 鋼板水箱 | 4m3、5m3 | 各一個 | ||||
| 手拉葫蘆 | 2t | 一個 | 新購 | |||
| 角磨機(jī) | 1臺 | 新購 | ||||
| 溢流閥 | DB10-1-30/315 | 4臺 | 新購 | |||
| DB20-1-30/315 | 2臺 | 新購 | ||||
| 液壓馬達(dá) | XQM16 | 1臺 | ||||
| 2QJM42 | 1臺 | |||||
| 材料名稱 | 規(guī)格型號 | 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 | 1 | 以前已鉆進(jìn)130m， |
| 油管接頭 | 個 | 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 |
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)時間69.5小時，反井鉆機(jī)、水泵等設(shè)備檢修及漏油處理時間90.5小時，停水影響時間70小時，停電影響時間為6小時，外界影響230小時（10天）。實際擴(kuò)孔施工時間為819小時（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 | 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 | 5 | 滾刀 | |
| 密齒中心刀 | 個 | 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 | 4 | |
| 油管 | R2AT6/R2AT4/R2AT1.2 | 各1條 | 3 |
水力發(fā)電站為滿足不同條件下對水工結(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)對我國68座不同壩型和不同開發(fā)型式的大型水電站的統(tǒng)計，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)的意識的隨著加強(qiáng)，特別是安全防范、法律、法規(guī)意識的增強(qiáng)。在水電工程施工中對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個月，傳統(tǒng)人工導(dǎo)井法施工在如此短的時間內(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。
作者簡介：
譚金龍，云南人，高級工程師
馬紹龍，云南人，工程師
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