反井钻机PK传统人工导井施工

反井钻机竖、斜导井施工工法的特点
反井钻机在施工竖、斜井的导孔过程中全部采用机械设备，只需要熟练的技工操作就行，反井钻机操作简单、安全，对环境造成污染非常小，作业人员比较少。每个班只需要4～5人。但是反井钻机一次性投入相对较高，国产一台套LM-200型钻机投入使用其费用约145万元。一台套进口RHNO300型反井钻机投入费用约1400万元。
传统人工竖、斜井导井施工特点
斜井和竖井施工方法有全断面一次开挖法和导井开挖法两种方式，其中传统导井法开挖方式有正井、反井或正反井结合法。反导井施工通常采用吊罐法、爬罐法或深孔分段爆破法，传统导井法施工目前在水利水电工程中应用比较普遍，施工工艺应用得较为纯熟。一次性投入比较少，主要投入的设备：20m3空压机一台、手风钻10把、通风设备一台、运输设备一台（卷扬机、吊罐爬罐），投入费用不到40万元。如果采用阿立玛克爬罐则投入费用将增大，一台阿立玛克爬罐售价为255万元。传统人工导井法施工无论采用正导井法、反导井法、吊罐法施工，均需要人员及设备至开挖掌子面进行钻爆施工。因此在施工过程中均不可避免地存在着安全隐患，而通风散烟困难，进度也容易受限制等。据统计，深度在100m左右的洞室导井开挖一般日平均进尺在1～1.5m左右。人工导井施工方法对井深有一定的限制，深度越深，施工难度越大、安全隐患更大。

反井钻机与传统人工导井施工工艺的比较
水力发电站为满足不同条件和对水工结构物功能上的要求，设立地下竖井式闸门井、调压井和垂直与斜井压力管道。根据对我国68座不同坝型和不同开发型式的大型水电站的统计，其中有地下竖井、斜井的电站就有28座，占41%，而且每座电站都有数个竖井、斜井。从规模上看，调压井直径已达24m以上，井深达90m以上，垂直压力管道深度已达300m以上。天生桥二级两段斜井深已达754m，可以说竖井、斜井在水电建设中占有一定的比重。竖井、斜井开挖又是其施工的重要环节，而且由于竖井、斜井施工难度很大，往往是电站建设工期的控制项目之一。为了解决这个难题，水电建设者们克服了诸多困难，不断地学习、借鉴、研究和应用新的施工方法和技术，推动了我国水电竖井、斜井开挖技术的发展。
从开挖方法和施工设备的发展来看，已从正井人工吊碴开挖发展到人工反井溜碴法、人工配合机械的反井吊罐法、反井爬罐法。而后又发明了劳动强度较低的一次钻孔反井分段爆破法和反井钻机开挖方法等。应该说，从正井开挖进入应用重力势能的反井开挖法，是竖井开挖技术质的飞跃。一次钻孔分段爆破是一项技术进步，而反井钻机的应用更使竖井、斜井开挖进入了一个新的阶段。
1、传统人工导井施工法分析
（1）正导井开挖法
上马岭电站调压井开挖和压力管道上部开挖，采用自上而下的正井开挖方法。天生桥调压井为了加快施工进展，顶部也采用上部吊碴方法。永定河上马岭电站压力管道倾角33°11′26.5″，开挖直径6.6m，全长179m，开始从上弯段向下开挖，施工十分困难，进展很慢，后来在中间增开一条“七、一”支洞，开始从下而上的反井开挖，初步解决了出碴问题。
（2）反导井开挖法
云南大朝山电站尾水设4个闸门井，开挖断面为12×16m，闸门井高45m，都是采用2×3 m断面开挖反导井，采用人工搭设脚手架平台进施工反井施工，施工中配置2台手风钻，47天向上开挖导井45m，平均日进尺0.96m，最高日进尺2.5m。
（3）反井爬罐导井开挖法
广蓄电站压力管道斜井，上斜井长406.22m，下斜井长347.45m。开挖直径9.7m，倾角50°。斜井开挖采用正、反井结合方法施工，先开挖2.4×2m下导井（底拱），采用上、下对口四个工作面同时开挖。上部向下开挖提升出碴，下部向上用阿立马克STH-500型（柴油）和STH-588型（电动）爬罐。上斜井导井用127天完成，最高月进尺90m；下斜井导井用125天完成，月进尺77m。上斜井下口工作面平均日进尺2.595m，下斜井下口平均日进尺1.974m。
天生桥电站压力管道，长159.5m（总计178.3m）。大井直径.7m，竖井导井用阿立马克爬罐开挖，断面2.5m×2.5m，每个循环进尺1～1.5m，平均月进尺55m，最高月进尺80m。
（4）反井吊罐导井开挖法
反井吊罐开挖导井，是从冶金系统引进到水电六局的，而后在一些水电站施工中推广应用。
渔子溪埋藏式竖井压力管道竖井为272.2m，开挖直径5.2m，钢衬直径3.4m，内水压力.92MPa。开挖采用红旗300型钻机钻设φ100mm中心孔，最高班进尺3m，实际偏差为15～40cm。竖井分三段开挖，每段约90m，反井吊罐法开挖导井，导井断面为3.24m2。折叠式吊罐重400kg，载重600kg，折叠尺寸为900mm×900mm×1250mm，展开尺寸为1760mm×1460×2100mm。钻爆人员4人，采用01-43和01-45型钻机，混合式通风方式。导井开挖平均日进尺2.88m，中心孔上部用华1型游动卷扬机牵引。
（5）一次钻孔反井分段爆破开挖法
三门峡改建工程排沙洞1号工作闸门井，深51m。采用一次钻孔、自下而上分段爆破的方法开挖导井，导井断面1.8m×1.8m，实际开挖成2.25m×1.93m。使用KA-2M-300型钻机，钻φ150mm中心孔，爆破孔φ110～120mm，钻机偏差小于1.7‰。开挖布置6个孔，后来增加至10个孔，装药8.5～12kg/孔，崩落孔7～11kg/孔，周边孔8～12kg/孔。岩石竖固系数为8～12。孔径120mm，药卷直径105mm（内径95mm），采用毫秒爆破，并串并联法。放炮有效天数10.33天，最高班进尺4.28m，最高日循环4次，进尺8.19m，平均日进尺4.6m。如果把钻孔和准备工作时间包括在内，则日平均进尺仅为0.807m。
天生桥二级调压井，Ø24m，深90m，采用一次钻孔，分段自下而上爆破法开挖导井，导井φ2.4m，共钻7个孔，中间一个大孔，垂直偏差小于1%。每次进尺1m，月进尺20m。
2、反井钻机导井法施工分析
（1）湖北省水布垭电站地下厂房通风竖井长183m，竖井直径Ø1.4m。岩层为灰岩，岩石硬度12级， 反井钻机为LM-200型。于2002年8月20日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），9月6日开钻，9月17日Ø216mm导孔贯通，9月18日导井Ø1.4m扩孔，9月26日扩孔结束。其中由于厂房施工停工8天，纯施工时间为47天，平均日钻进3.2m。
（2）湖北省水布垭电站引水斜井长156m，倾角60°，反井钻机为LM-200型。于2003年8月26日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），9月10日开钻，9月14日Ø216mm导孔贯通，10月14日导井Ø1.4m扩孔结束。历时44天，平均日钻进3.54m。
（3）贵州省三板溪水电站岩石为花岗岩，岩石硬度为14～16级，电缆竖井长184m。反井钻机为LM-200型。于2003年6月26日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），7月3日开钻，7月9日Ø216mm导孔贯通，8月20日导井Ø1.4m扩孔结束。其中由于主变室施工停工10天，纯施工时间为44天，平均日钻进2.7m。
（4）云南省小湾水电站使用，小湾水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为14～16级，地下厂房主变排风竖井长210m。反井钻机为LM-280型。于2004年5月25日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），6月1日开钻，6月11日Ø216mm导孔贯通，8月22日导井Ø1.4m扩孔结束。施工历时为57天，平均日钻进3.7m。
（5）云南省溪洛渡水电站右岸地下厂房主变排风竖井长215m，岩层为玄武岩，岩石硬度14～16级， 反井钻机为LM-200型。于2006年5月10日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），5月26日开钻，6月16日Ø216mm导孔贯通（外界影响停工10天），6月18日导井Ø1.4m扩孔，7月26日扩孔结束（外界影响停工12天）。施工历时为54天，平均日钻进3.98m。
反井钻机在不同岩性的竖、斜井导井钻进情况统计表
电站名称  井深（m）  岩石名称  Ø216mm钻进速度（m/天）  Ø1.4m扩孔速度（m/天）  备注
水布垭电站  115～183  灰岩  38～40  18～20  竖井
156  32～34  14～16  斜井（60°）
三板溪电站  43～120  花岗岩  19～32  8～10  竖井
小湾电站  88～212  30～35  13～16
三峡电站  82  22～32  12～15
溪洛渡电站  194～215  玄武岩  20～26  5～10 从表中显示，随着岩石硬度及竖、斜井长度的增大，施工难度加大，其钻进速度减慢，灰岩可钻性最好。
3、反井钻机与传统人工导井工期比较
（1）反进钻机导孔施工时间统计
①反井钻机开钻前的准备时间一般为12～15天，主要是主机基础砼浇筑、主机就位、二期砼浇筑、沉渣池砌筑等。
②Ø216mm导孔施工一般25m/天，以100m长的竖、斜井为例，Ø216mm导孔耗时约4天。
③Ø216mm钻头拆下至安装Ø1.4m钻头结束耗时约1天。
④Ø1.4m导井扩挖速度约5～15m/天，平均10m/天，以100m长的竖、斜井为例，Ø1.4m导井扩挖耗时约10天。
⑤反井钻拆除耗时约3天。
根据统计显示，100m长的竖、斜井反井钻机从准备工作至设备拆除约耗时约33天。
（2）传统人工导井施工时间统计
①传统人工导井开钻前的准备时间一般为4～5天，主要是空压机的安装（卷扬机或爬罐可不占用工期）。
②Ø1.8m导孔施工一般0.8～1.5m/天，以100m长的竖、斜井为例，Ø1.8m导井耗时约91天。
③井内风、水、电管线拆除耗时约5天。
根据统计显示，100m长的竖、斜井传统人工导井法施工从准备工作至设备拆除约耗时约101天。
从以上的反井钻机和传统人工导井法施工时间统计，反井钻机导井法施工耗时只占传统人工导井法施工耗时32.6%。采用反井钻施工工期可提前约2/3。
4、反井钻机与传统人工导井质量比较
反井钻导井施工采用滚刀对岩石切削、挤压完成竖井及斜井导井开挖，形成的导井井壁非常光滑，并能够形成预定要求的洞径。
传统人工导井法施工则采用人工钻孔，人工控制周边孔位，不可避免的误差，导井井壁不是很光滑。
综上所述，反井钻导井施工比传统人工导井法施工质量要好得多。
5、反井钻机与传统人工导井安全比较
反井钻导井施工均采用设备操作，且反井钻机由电能传到液压系统，转变成液压驱动，操作安全，容易避免安全事故的发生。
传统人工导井法施工则采用人工钻孔、爆破，施工人员必须到工作面进行操作，安全隐患较多，安全不易保证。