反井鉆機(jī)豎、斜導(dǎo)井施工工法的特點(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。
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。

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?？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(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。