反井鉆機豎、斜導井施工工法的特點(diǎn)
反井鉆機在施工豎、斜井的導孔過(guò)程中全部采用機械設備，只需要熟練的技工操作就行，反井鉆機操作簡(jiǎn)單、安全，對環(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。但是反井鉆機一次性投入相對較高，國產(chǎn)一臺套LM-200型鉆機投入使用其費用約145萬(wàn)元。一臺套進(jìn)口RHNO300型反井鉆機投入費用約1400萬(wàn)元。
傳統人工豎、斜井導井施工特點(diǎn)
斜井和豎井施工方法有全斷面一次開(kāi)挖法和導井開(kāi)挖法兩種方式，其中傳統導井法開(kāi)挖方式有正井、反井或正反井結合法。反導井施工通常采用吊罐法、爬罐法或深孔分段爆破法，傳統導井法施工目前在水利水電工程中應用比較普遍，施工工藝應用得較為純熟。一次性投入比較少，主要投入的設備：20m3空壓機一臺、手風(fēng)鉆10把、通風(fēng)設備一臺、運輸設備一臺（卷?yè)P機、吊罐爬罐），投入費用不到40萬(wàn)元。如果采用阿立瑪克爬罐則投入費用將增大，一臺阿立瑪克爬罐售價(jià)為255萬(wàn)元。傳統人工導井法施工無(wú)論采用正導井法、反導井法、吊罐法施工，均需要人員及設備至開(kāi)挖掌子面進(jìn)行鉆爆施工。因此在施工過(guò)程中均不可避免地存在著(zhù)安全隱患，而通風(fēng)散煙困難，進(jìn)度也容易受限制等。據統計，深度在100m左右的洞室導井開(kāi)挖一般日平均進(jìn)尺在1～1.5m左右。人工導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。

反井鉆機與傳統人工導井施工工藝的比較
水力發(fā)電站為滿(mǎn)足不同條件和對水工結構物功能上的要求，設立地下豎井式閘門(mén)井、調壓井和垂直與斜井壓力管道。根據對我國68座不同壩型和不同開(kāi)發(fā)型式的大型水電站的統計，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個(gè)豎井、斜井。從規模上看，調壓井直徑已達24m以上，井深達90m以上，垂直壓力管道深度已達300m以上。天生橋二級兩段斜井深已達754m，可以說(shuō)豎井、斜井在水電建設中占有一定的比重。豎井、斜井開(kāi)挖又是其施工的重要環(huán)節，而且由于豎井、斜井施工難度很大，往往是電站建設工期的控制項目之一。為了解決這個(gè)難題，水電建設者們克服了諸多困難，不斷地學(xué)習、借鑒、研究和應用新的施工方法和技術(shù)，推動(dòng)了我國水電豎井、斜井開(kāi)挖技術(shù)的發(fā)展。
從開(kāi)挖方法和施工設備的發(fā)展來(lái)看，已從正井人工吊碴開(kāi)挖發(fā)展到人工反井溜碴法、人工配合機械的反井吊罐法、反井爬罐法。而后又發(fā)明了勞動(dòng)強度較低的一次鉆孔反井分段爆破法和反井鉆機開(kāi)挖方法等。應該說(shuō)，從正井開(kāi)挖進(jìn)入應用重力勢能的反井開(kāi)挖法，是豎井開(kāi)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，而反井鉆機的應用更使豎井、斜井開(kāi)挖進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
1、傳統人工導井施工法分析
（1）正導井開(kāi)挖法
上馬嶺電站調壓井開(kāi)挖和壓力管道上部開(kāi)挖，采用自上而下的正井開(kāi)挖方法。天生橋調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(kāi)挖直徑6.6m，全長(cháng)179m，開(kāi)始從上彎段向下開(kāi)挖，施工十分困難，進(jìn)展很慢，后來(lái)在中間增開(kāi)一條“七、一”支洞，開(kāi)始從下而上的反井開(kāi)挖，初步解決了出碴問(wèn)題。
（2）反導井開(kāi)挖法
云南大朝山電站尾水設4個(gè)閘門(mén)井，開(kāi)挖斷面為12×16m，閘門(mén)井高45m，都是采用2×3 m斷面開(kāi)挖反導井，采用人工搭設腳手架平臺進(jìn)施工反井施工，施工中配置2臺手風(fēng)鉆，47天向上開(kāi)挖導井45m，平均日進(jìn)尺0.96m，最高日進(jìn)尺2.5m。
（3）反井爬罐導井開(kāi)挖法
廣蓄電站壓力管道斜井，上斜井長(cháng)406.22m，下斜井長(cháng)347.45m。開(kāi)挖直徑9.7m，傾角50°。斜井開(kāi)挖采用正、反井結合方法施工，先開(kāi)挖2.4×2m下導井（底拱），采用上、下對口四個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)挖。上部向下開(kāi)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。上斜井導井用127天完成，最高月進(jìn)尺90m；下斜井導井用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(cháng)159.5m（總計178.3m）。大井直徑.7m，豎井導井用阿立馬克爬罐開(kāi)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）反井吊罐導井開(kāi)挖法
反井吊罐開(kāi)挖導井，是從冶金系統引進(jìn)到水電六局的，而后在一些水電站施工中推廣應用。
漁子溪埋藏式豎井壓力管道豎井為272.2m，開(kāi)挖直徑5.2m，鋼襯直徑3.4m，內水壓力.92MPa。開(kāi)挖采用紅旗300型鉆機鉆設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(kāi)挖，每段約90m，反井吊罐法開(kāi)挖導井，導井斷面為3.24m2。折疊式吊罐重400kg，載重600kg，折疊尺寸為900mm×900mm×1250mm，展開(kāi)尺寸為1760mm×1460×2100mm。鉆爆人員4人，采用01-43和01-45型鉆機，混合式通風(fēng)方式。導井開(kāi)挖平均日進(jìn)尺2.88m，中心孔上部用華1型游動(dòng)卷?yè)P機牽引。
（5）一次鉆孔反井分段爆破開(kāi)挖法
三門(mén)峽改建工程排沙洞1號工作閘門(mén)井，深51m。采用一次鉆孔、自下而上分段爆破的方法開(kāi)挖導井，導井斷面1.8m×1.8m，實(shí)際開(kāi)挖成2.25m×1.93m。使用KA-2M-300型鉆機，鉆φ150mm中心孔，爆破孔φ110～120mm，鉆機偏差小于1.7‰。開(kāi)挖布置6個(gè)孔，后來(lái)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。巖石豎固系數為8～12?？讖?20mm，藥卷直徑105mm（內徑95mm），采用毫秒爆破，并串并聯(lián)法。放炮有效天數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。如果把鉆孔和準備工作時(shí)間包括在內，則日平均進(jìn)尺僅為0.807m。
天生橋二級調壓井，Ø24m，深90m，采用一次鉆孔，分段自下而上爆破法開(kāi)挖導井，導井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、反井鉆機導井法施工分析
（1）湖北省水布埡電站地下廠(chǎng)房通風(fēng)豎井長(cháng)183m，豎井直徑Ø1.4m。巖層為灰巖，巖石硬度12級， 反井鉆機為L(cháng)M-200型。于2002年8月20日開(kāi)始準備工作（含基礎砼施工、設備就位調試及沉渣砌筑等），9月6日開(kāi)鉆，9月17日Ø216mm導孔貫通，9月18日導井Ø1.4m擴孔，9月26日擴孔結束。其中由于廠(chǎng)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(cháng)156m，傾角60°，反井鉆機為L(cháng)M-200型。于2003年8月26日開(kāi)始準備工作（含基礎砼施工、設備就位調試及沉渣砌筑等），9月10日開(kāi)鉆，9月14日Ø216mm導孔貫通，10月14日導井Ø1.4m擴孔結束。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，電纜豎井長(cháng)184m。反井鉆機為L(cháng)M-200型。于2003年6月26日開(kāi)始準備工作（含基礎砼施工、設備就位調試及沉渣砌筑等），7月3日開(kāi)鉆，7月9日Ø216mm導孔貫通，8月20日導井Ø1.4m擴孔結束。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，地下廠(chǎng)房主變排風(fēng)豎井長(cháng)210m。反井鉆機為L(cháng)M-280型。于2004年5月25日開(kāi)始準備工作（含基礎砼施工、設備就位調試及沉渣砌筑等），6月1日開(kāi)鉆，6月11日Ø216mm導孔貫通，8月22日導井Ø1.4m擴孔結束。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(chǎng)房主變排風(fēng)豎井長(cháng)215m，巖層為玄武巖，巖石硬度14～16級， 反井鉆機為L(cháng)M-200型。于2006年5月10日開(kāi)始準備工作（含基礎砼施工、設備就位調試及沉渣砌筑等），5月26日開(kāi)鉆，6月16日Ø216mm導孔貫通（外界影響停工10天），6月18日導井Ø1.4m擴孔，7月26日擴孔結束（外界影響停工12天）。施工歷時(shí)為54天，平均日鉆進(jìn)3.98m。
反井鉆機在不同巖性的豎、斜井導井鉆進(jìn)情況統計表
電站名稱(chēng)  井深（m）  巖石名稱(chēng)  Ø216mm鉆進(jìn)速度（m/天）  Ø1.4m擴孔速度（m/天）  備注
水布埡電站  115～183  灰巖  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(zhù)巖石硬度及豎、斜井長(cháng)度的增大，施工難度加大，其鉆進(jìn)速度減慢，灰巖可鉆性最好。
3、反井鉆機與傳統人工導井工期比較
（1）反進(jìn)鉆機導孔施工時(shí)間統計
①反井鉆機開(kāi)鉆前的準備時(shí)間一般為12～15天，主要是主機基礎砼澆筑、主機就位、二期砼澆筑、沉渣池砌筑等。
②Ø216mm導孔施工一般25m/天，以100m長(cháng)的豎、斜井為例，Ø216mm導孔耗時(shí)約4天。
③Ø216mm鉆頭拆下至安裝Ø1.4m鉆頭結束耗時(shí)約1天。
④Ø1.4m導井擴挖速度約5～15m/天，平均10m/天，以100m長(cháng)的豎、斜井為例，Ø1.4m導井擴挖耗時(shí)約10天。
⑤反井鉆拆除耗時(shí)約3天。
根據統計顯示，100m長(cháng)的豎、斜井反井鉆機從準備工作至設備拆除約耗時(shí)約33天。
（2）傳統人工導井施工時(shí)間統計
①傳統人工導井開(kāi)鉆前的準備時(shí)間一般為4～5天，主要是空壓機的安裝（卷?yè)P機或爬罐可不占用工期）。
②Ø1.8m導孔施工一般0.8～1.5m/天，以100m長(cháng)的豎、斜井為例，Ø1.8m導井耗時(shí)約91天。
③井內風(fēng)、水、電管線(xiàn)拆除耗時(shí)約5天。
根據統計顯示，100m長(cháng)的豎、斜井傳統人工導井法施工從準備工作至設備拆除約耗時(shí)約101天。
從以上的反井鉆機和傳統人工導井法施工時(shí)間統計，反井鉆機導井法施工耗時(shí)只占傳統人工導井法施工耗時(shí)32.6%。采用反井鉆施工工期可提前約2/3。
4、反井鉆機與傳統人工導井質(zhì)量比較
反井鉆導井施工采用滾刀對巖石切削、擠壓完成豎井及斜井導井開(kāi)挖，形成的導井井壁非常光滑，并能夠形成預定要求的洞徑。
傳統人工導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，導井井壁不是很光滑。
綜上所述，反井鉆導井施工比傳統人工導井法施工質(zhì)量要好得多。
5、反井鉆機與傳統人工導井安全比較
反井鉆導井施工均采用設備操作，且反井鉆機由電能傳到液壓系統，轉變成液壓驅動(dòng)，操作安全，容易避免安全事故的發(fā)生。
傳統人工導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。