反井钻机导井法施工

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word资料下载可编辑目录第一章项目研究背景11.1导井法施工状况11.2项目立项背景21.3本课题研究的主要内容31.4项目主要创新点31.5项目应用前景4第二章各种导井法施工的比较52.1概述52.2正导井开挖法52.3反导井开挖法52.4反井爬罐导井开挖法62.5反井吊罐导井开挖法62.6一次钻孔反井分段爆破开挖法72.7反井钻机导井开挖法72.8各种竖井导井开挖方法指标比较8第三章反井钻机主要性能及参数93.1反井钻机型号及生产商93.2设备组成93.3施工技术参数103.4辅助设备及相关设施11第四章反井钻机导井法施工技术124.1反井钻机施工原理124.2施工程序124.3施工机械设备组合及人员配置124.4施工准备144.5施工布置144.6施工工艺流程164.7施工方法17第五章工程实例分析195.1概述195.2各工程造孔统计记录195.3不同岩性的可钻性分析22第六章反井钻机导井法施工在复杂地质中的精度控制要点236.1竖井施工精度控制要点236.2长斜井施工精度控制要点266.3竖井、斜井施工精度控制实例分析27第七章硬岩中的反井钻机导井法施工关键技术控制307.1硬岩施工难点分析307.2硬岩针对性施工措施30专业技术资料 word资料下载可编辑第八章不良地质地层导孔钻进的施工技术控制要点348.1导孔在不良地质的施工情况分析348.2常见情况的解决方法348.3关键性技术的解决方法358.4不良地质地层施工方法36第九章反井钻机导井施工方法效益评判389.1引言389.2手风钻导井法施工成本及进度分析389.3反井钻机导井法施工成本及进度分析399.4反井钻机导井法施工效益分析429.5反井钻机导井法施工方法综合效益评判模型429.6反井钻机导井法施工与手风钻导井法施工效益评判46第十章施工总结49专业技术资料 word资料下载可编辑第一章项目研究背景1.1导井法施工状况在水利水电地下工程施工中，采用竖井和斜井结构型式的水工建筑物较多，常见的主要有引水系统中的斜井或竖井、调压井、闸门井、出线井、通风井及交通井等。由于竖井及斜井施工具有工作面窄小、通风困难，工人高空作业、受到炮烟、落石、淋水和粉尘的危害等不安全因素较多。竖井、斜井施工素有“咽喉工程、死亡之谷”之称。因此竖井及斜井施工历来都是水电施工行业的难点和重点。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。但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、安全隐患更多。反井钻机导井法施工于1950年在北美首先发展，60年代中期，这种方法在欧洲，特别是德国开始受到欢迎，当时反井钻机钻孔直径可达1.2m，深度为150～200m，而到70年代初期，钻孔直径可到2.0～2.4m，钻孔深度可达250～500m。发展到今天，世界上已有众多厂家生产反井钻机，典型的有美国罗宾斯公司可提供28种型号的产品，钻孔直径从1.2～6.0m，钻孔深度可达900m；德国维尔特公司生产的HG100、160、210、250、330SP系列，钻孔直径从1.4～6.0m，钻孔深度可达1000m。我国自70年代开始研制反井钻机，并先后在媒炭和冶金系统中应用，产品多集中于小直径扩孔的反井钻机，典型产品有苏南煤机厂生产的LM－90、LM-120、LM-200系列、长沙矿山研究院生产的TYZ1000、TYZ1200、TYZ1500系列及西北有色冶金机械厂生产的的AF-2000等，钻孔直径为0.9m～2.4m。专业技术资料 word资料下载可编辑1992年水电系统第一次引进反井钻机，在十三陵抽水蓄能电站的出线洞、调压井和高压管道斜井等工程上使用反井钻机进行导井法施工，并取得了较好的施工效果。此后反井钻机又在河南小浪底水利枢纽工程、山西万家寨引黄入晋工程、云南大朝山水电站通风竖井（四条总长486m）、贵州三板溪水电站、云南小湾水电站、湖北水布垭地下厂房等工程的竖井及斜井施工中发挥较大的作用。虽然反井钻机导井施工法在水电工程竖井和斜井施工应用中，已取得了不少成功的实例，但由于国外反井钻机价格不菲，成本较高，一般单位难以接受，目前国内水电行业中还未应用。国内反井钻机虽价格适中，但目前在中软岩中应用尚还可以，在硬岩中仍有技术问题尚需改进，且施工中特别在钻进中遇到不良地质地段经常出现卡钻、埋钻等事故，严重影响钻孔精度和速度，甚至使钻孔报废。因此反井钻机导井施工法，还需进一步探索与实践，总结施工经验，行成一套完整的施工工艺，并将其予以推广，为水利水电建设事业的发展尽微薄之力。1.2项目立项背景采用传统人工开挖小导井法进行竖井和斜井施工，具有地下水排放困难、出碴难度大、通风条件差、上下立体交叉作业施工安全难以保证等特点。使竖井及斜井施工难度加大，尤其是高差或长度大于100m的竖井及斜井施工更是困难重重。另外，通风散烟历来是地下工程施工中的重点及难点，该问题若能解决得好，一方面可加快施工进度，另一方面能给从事地下工程施工的人员提供良好工作环境，减少由于通风散烟条件差对工作人员身体健康造成的危害。传统通风方法均是采用在洞外安装轴流通风机接风管通风，该方法运行成本高，特别是在隧洞较长时通风效果尤其不好。为此，可考虑钻孔通风竖井来解决此难题，若采用人工开挖竖井，难度大、时间长且安全难以保证。设计及施工一般不太采用。因此各设计、施工单位纷纷在寻找一种既快捷又安全的施工方法来满足施工质量、安全及进度方面的需要。专业技术资料 word资料下载可编辑反井钻机导井施工法正是在此基础上产生的。我局在总结前人应用研究的基础上，在水布垭电站施工中利用反井钻机成功地将183m竖井仅采用170个小时的纯钻进时间就全面贯通。在此基础上，我局充分利用反井钻机的优势，不断摸索，在三板溪电站、小湾电站、广东惠蓄电站推广应用，并取得了较好的效果。特别是在水布垭水利枢纽的引水发电系统中的竖井和斜井、小湾电站、三板溪电站竖井施工中的成功应用，已总结出一套较为完整、成熟的施工工艺。我局希望能将此工艺进一步推广，进一步拓宽竖井和斜井的施工思路，能更好地解决传统导井法施工工艺带来的一系列弊端，为水电建设带来更高的生产力，更好的推动水电建设事业的发展。目前，水利水电地下工程中竖井和斜井相对较多，反井钻机有很好的应用前景，可以说反井钻机竖井和斜井施工的成功应用，为地下洞室竖井和斜井的设计及施工都提供了很好的思路，具有重要的理论意义和社会经济效益。1.3本课题研究的主要内容（1）系统地对反井钻机导井法施工与其它施工方法进行比较；（2）全面系统地介绍反井钻机导井施工方法的工艺流程；（3）不良地质地条件下及硬岩中的反井钻机导井法施工关键技术；（4）不良地质条件下的造孔精度控制措施；（5）反井钻机导井法施工与其它导井法施工效益比较；（6）成功工程实例分析。1.4项目主要创新点（1）为水电工程竖井、斜井施工引进了一套较为方便快捷的施工技术，是有史以来竖井及斜井导井法施工中最有推动力的一次革新，解决了竖井、斜井施工中存在的安全隐患。（2）通过合理的稳定钻杆配置及根据钻杆自重原理对斜井造孔倾角作适当调整，保证了反井钻机斜井成孔精度。在斜井精度控制上有重大空突破。专业技术资料 word资料下载可编辑（3）通过对国内LM-200型反井钻机扩孔钻头进行不同型式的改良，适应了该型钻机在不同岩石级别（特别是硬岩）下的扩孔施工。（4）在一定条件下的不良地质中总结出强行成孔法施工。（5）自行研究设计钻杆打捞器进行钻杆断裂后的孔内钻具打捞，解决了反井钻机在竖井、斜井施工中由于钻杆断裂后的处理难题。（6）本工程中首次采用层次分析法数学模型进行反井钻机导井法施工与手风钻导井法施工的效益评判。（7）在国内LM-200型反井钻机通过孔口自流形式冷却扩孔钻头的基础上，在各扩孔滚刀上增加冷却系统，增加了扩孔钻头使用寿命，提高了造孔速度。1.5项目应用前景采用国内反井钻机进行竖井及斜井的导井施工进度快、安全性高、操作简便，成本不是太高。但由于该钻机原来仅在中软岩中应用较多，在硬岩、不良地质段应用仍存在不少问题，如能解决在硬岩、不良地质段施工中的一些关键性技术，国内反井钻机就能在水电工程施工中推广应用。我局通过在大朝山电站、水布垭电站、小湾电站、三板溪电站、广东惠蓄电站等进行工程实践后，在中硬岩（如灰岩）、硬岩（玄武岩、花岗岩）或不良地质段（水布垭电站）的竖井及斜井施工中均有重大突破。并对反井钻机进行了针对性改良，掌握了一些如造孔过程中难点的解决方法及保证钻孔精度方面的一些关键性技术。相信通过对这些关键性技术的掌握，国内反井钻机导井法施工将会在水电施工行业全面推广，从而对发展生产力，提高安全生产与文明施工管理水平，保证国民经济持续、快速、健康发展具有重大意义。专业技术资料 word资料下载可编辑第二章各种导井法施工的比较2.1概述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。2.2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。2.3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专业技术资料 word资料下载可编辑，都是采用2×3m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。云峰四条压力管道，倾角45°，开挖直径6.3m，钢衬后直径5.3m，斜长74.37m。斜井采用上导坑反井溜碴法开挖，导井宽3m，每排炮钻孔19个，孔深1.6m，进尺1.4m。这种开挖方法通风条件较差，由于倾角较小，溜碴比较困难。2.4反井爬罐导井开挖法十三陵抽水蓄能电站竖井深54m，应用反井爬罐法开挖导井，采用由葛州坝工程局设计制造的PCD-4型电动爬罐。主罐由罐笼、操作平台和传动装置组成，辅助设备由轨道、安全装置和风水电系统组成。2台手风钻，22天向上开挖导井54m，平均日进尺2.45m，最高日进尺4m。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。2.5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，总长295.21m，其中竖井为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专业技术资料 word资料下载可编辑，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。2.6一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，φ24m，深90m以上，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。2.7反井钻机导井开挖法北京十三陵抽水蓄能电站出线竖井和黄河小浪底导流洞φ200cm通风竖井，导井开挖都使用由中国煤炭总公司建井研究所研制的LM-200型反井钻机，全液压驱动，中心孔上部主机重10t，可钻钻孔倾角60°～90°，钻深孔度可达150～200m，钻孔顺序为：先钻φ21.6cm的导孔，再扩φ140cm导井。十三陵出线竖井高161m，导孔每小时进尺2.12m，φ141cm扩孔每小时进尺1.11m，20个班完成161m，每班完成8.05m，偏差20cm，偏差率1.18‰。小浪底通风竖井，深61.5m，岩石饱和抗压强度40～60MPa。φ21.6cm导孔钻进每小时进尺3.2m，φ141cm导井扩孔每小时进迟0.82m，φ200cm扩孔成井每小时进尺0.69m，综合日进尺8.3m，折合月进尺211m。孔斜达1.14%，超过设计要求的0.14%。每班3～4人工作。在煤炭系统中，导孔钻孔每小时进尺1.25～3.8m，φ141cm扩孔每小时进尺专业技术资料 word资料下载可编辑0.73～1.5m，月进尺150m。2.8各种竖井导井开挖方法指标比较将各种竖井导井开挖方法的有关技术指标列入表2-1。各种开挖方法比较表2-1项目某矿导井天生桥二级压力管道广蓄斜井压力管道十三陵竖井浙江湖南镇调压井渔子溪压力管道太平哨调压井三门峡闸门井天生桥二级调压井十三陵出线竖井小浪底通风竖井导井开挖方法溜碴法开挖导井反井爬罐反井爬罐反井爬罐反井吊罐反井爬罐反井爬罐深孔分段爆破深孔分段反井钻机反井钻机开挖断面（m2）3.526.254.843.143.243.213.24φ2.4φ140cmφ200cm导井深度（m）60159.5753.675463.791×326517216161.5开挖天数（d）54127221682710.3320个班孔数（个）16～2015～1614～1614～16107炸药消耗（kg/m2）12.511.83.7511.137.8平均日进尺（m）1.071.83m2.282.452.362.888.344.60.67m2516最高日进尺（m）2.83.244.205.58.191.5m47说明：（1）十三陵φ21.6cm导孔，进尺2.12m/h，偏差率1.18%；（2）小浪底φ21.6cm，导孔进尺3.2m/h，偏差率1.14%，φ140cm扩孔，进尺0.82m/h，综合日进尺16m。专业技术资料 word资料下载可编辑第三章反井钻机主要性能及参数3.1反井钻机型号及生产商采用的反井钻机为苏南煤机厂生产的LM-200型。3.2设备组成图1LM-200型反井钻机示意图LM-200型反井钻机如上图1所示,主要由钻机车、泵车和操作车组成，另外还有钻具（包括钻杆、钻头）以及辅助工具。（1）钻机车钻机车是钻机的主机，钻架与钻机平车通过销轴铰接在一起。钻机竖立时，主液压缸反向推进，便将钻架竖立起来，用下支撑调平钻架并锁紧，再将上支撑顶牢，拆下起架拉杆，安装好转盘吊、机械手、前后拉杆，便可进行钻进。（2）泵车专业技术资料 word资料下载可编辑泵车由油箱、主液压泵、付液压泵、驱动电机、冷却器、吸回油过滤器、平车等组成。油泵系统将电能转换为液压能，不断地提供给操存台及各执行机构，完成钻进工作。（3）操作车操作车由操作台，座椅和平车组成，操作台为一框架结构，里面安装了多种控制阀，压力表，除转盘吊在钻机车上操作外，其它所有机构的动作均在此操作台上控制。（4）钻具钻具包括φ216mm导孔钻头、φ1.4m扩孔钻头、φ2.0m扩孔钻头（因为φ2.0m扩孔钻头比φ1.4m钻头一边只大30cm，且钻头较重、钻进速度较慢，所以一般不采用。）、钻杆（开孔钻杆、稳定钻杆和普通钻杆）等。在斜井施工中，为减少阻力，使用φ1.4m扩孔钻头更为有效。3.3施工技术参数（1）我局竖井、斜井施工设备选取的反井钻机机型为LM-200型。详细参数见表3-1、表3-2。LM-200型反井钻机主要部件尺寸及重量表3-1名称外形尺寸（mm）数量重量（kg）总重钻机运输：2950×1370×157069008277工作：3230×1770×344818277操作车2282×1040×17151885885泵车2917×1190×1715124972497控制开关100kW2200400导孔钻头φ216mm24692φ１.４扩孔钻头φ1400×1100128252825普通钻杆φ182×110722015534100稳定钻杆φ210×110761791074TBW850/50泥浆泵4975×1120×2050155005500合计55650专业技术资料 word资料下载可编辑LM系列反井钻机主要技术参数表3-2钻机型号导孔(mm)钻孔(m)钻深(m)转速(rpm)拉力(kN)扭矩(kN.m)功率(kW)主机重(kg)LM-2002161.42002085040758277（2）、导孔钻进参数钻进参数选择主要依据地层条件，钻进部位等多方面因素确定。一般按表3-3所示参数施工，但在施工时根据不同情况予以调整。导孔钻进参数选择表3-3钻进位置或岩石情况钻压(kN)转速(rpm)预计钻速(m/h)导孔开孔5010-200.3-0.6钻透到下平洞前50-70200.5砂岩15-25202-3泥岩10-15203-43.4辅助设备及相关设施3.4.1反井钻机施工作业辅助设备主要辅助设备有：φ216mm导孔施工时配置TBW850/50泥浆泵(850L/min)一台、用于输送循环冷却水的潜水泵2台，另外可根据现场供水情况自备一台16m3水车进行施工供水。3.4.2其它相关设施（1）反井钻机砼基础：基础尺寸为6×3×0.75m（长×宽×高），砼标号为C20，用来固定反井钻机并以此作为操作平台。（2）沉碴池和泥浆循环池：沉碴池约2m3，泥浆池约5m3，均紧邻反井钻机基础布置，用于导孔钻进排碴及循环供浆（水）（3）钢板水箱：体积为3m3，主要用于主机冷却循环供水。专业技术资料 word资料下载可编辑第四章反井钻机导井法施工技术4.1反井钻机施工原理反井钻机导井法主要利用反井钻机钻进原理：由电机带动液压马达，利用液压动力将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转，并向上、下升降，采用镰齿盘形滚刀破岩，滚刀在钻压的作用下沿井底滚动，从而对岩石产生冲击，挤压和剪切作用，使其破碎。导孔（Ф216mm）施工时排碴：采用泥浆泵将高压洗井液注入钻杆内，再从钻头的排水孔压出，将石碴从钻杆与孔壁间的环行空间排至排碴槽。导孔贯通后在下平洞将导孔钻头卸下，并安装Ф1.4m扩孔钻头，再由下向上扩孔。扩孔时的石碴经过冷却水的冲刷和自重坠落到下平洞。4.2施工程序反井钻机导井法施工程序如下框图作业平台的施工反井钻机基础及循环水池的施工安装液压系统冷却循环水箱安装反井钻机并进行调试由上往下钻进Φ216mm导孔导孔贯通后，拆除导孔钻头，安装Φ1.4m扩孔钻头，由下往上进行扩孔施工拆除钻机及井口好防护4.3施工机械设备组合及人员配置（1）机械设备组合反井钻机导井法施工分为导孔施工、扩孔施工两个步骤。专业技术资料 word资料下载可编辑导孔施工时采用泥浆泵将水（或泥浆）沿钻杆内壁压入孔内，作为排渣及冷却钻头用水。石渣经排渣槽进入沉渣池，沉淀后人工捞至堆放位置。在施工过程中，如果出现塌孔、返水较小、不返水等异常情况，则需要拌制泥浆，用泥浆护壁及堵塞溶洞和裂隙。必要时要暂停钻井，取出钻杆后用水泥砂浆进行固结灌浆。扩孔施工，使用自流水冷却钻头和冲渣，不再使用泥浆泵。使用的机械设备有：泥浆泵、循环水输送的潜水泵、泥浆拌制机等。主要施工设备见《施工机械设备组合表》。施工设备组合表表4-1序号设备名称设备型号设备数量备注1反井钻机LM-20082.5kw1台套2泥浆泵(850L/min)TBW850/5090kw1台套在导孔施工时使用3电焊机BX-3001台4潜水泵0.75kw3～4台循环水及冷却水输送5吊车16T1辆最大构件重量为8.3T6砼搅拌机0.35m31台反井钻机的基础砼拌制7氧焊1套8砂浆搅拌机1套9水车16m31辆运输施工用水10载重车(随车吊)5T1辆运送钻杆及设备场内转移11装载机3m31辆扩孔时出渣设备12自卸车15T2辆扩孔出渣设备（2）人员配置反井钻机作业主要有主机、泥浆泵（导孔施工）的操作，换钻杆、接钻杆、搬运钻杆，导孔施工时捞渣等。按8小时一班，每班5人计（人名值班人员），总共15人，其中机械操作手3人，普工3人，电工3人，机修工3人，技术员3人。专业技术资料 word资料下载可编辑4.4施工准备(1)施工用水，主要用于钻机油泵冷却、导孔排渣、扩孔冷却钻头及冲渣，用水流量约15～17m3/小时。导孔施工时的耗水量根据基岩的溶洞、裂隙等地质情况确定（导孔施工时不能断水，否则会卡钻），扩孔时的耗水量为7.5～8m3/小时。为了保证导孔施工用水，需要设置容量约30m3的蓄水池，再从水池接至各用水点。水布垭电站地下厂房的通风竖井离水源较远，采用16m3的油罐车运水至蓄水池，单边运距约4公里，水池的容量为90m3。（2）施工用电，施工设备的额定功率：泥浆泵90kw、主机82.5kw、照明及潜水泵约10kw，共约183kw。需要250KVA的变压器一台。（3）钻机基础清理及砼浇筑，以钻孔中心为中心，开挖或直接在基础上浇筑厚不小于75cm、强度为200#的基础砼，在砼浇筑时预留机架固定螺栓、前拉杆螺栓槽，砼基础在离钻头中心70cm内严禁放置含金属物体，以防损坏钻头。钻机基础结构及形式见图1。（4）沉渣池、泥浆池砌筑，在钻机基础周围适当位置，开挖或砌筑一长约3m，宽2m，深1.0m的水池用于导孔钻进排碴及循环供浆（水），沉渣池（2m3）和泥浆池（4m3）中间用网栅（网眼为5×5mm）隔开。地质条件较差地段采用泥浆泵供泥浆排碴；地质条件较好地段采用泥浆泵供水排碴。水池顶高要低于钻机基础浇筑砼面；沉渣池、泥浆池紧连钻机基础砼布置，以便导孔施工时排出的石渣进入沉渣池沉淀。4.5施工布置（1）施工用电布置，施工用电从可直接从变压器接至配电柜，距离长度不超过300m。（2）施工用水布置，蓄水池布置在比钻机基础高2m以上的位置，便于水池的水以自流的方式流入泵车冷却系统，或直接从系统供水管接入。（3）水循环布置，用2寸胶管以自流方式从蓄水池接至泵车冷却系统进水口，水流量约15m3专业技术资料 word资料下载可编辑/h，出水口用2寸胶管连接，胶管的另一端设置一个三通接头，三通接头的一头用胶管接入3m3的循环水箱，再用潜水泵抽回蓄水池；另一头，在导孔施工时根据耗水量补充泥浆池用水。扩孔施工时则接至孔口，以自流的方式冷却扩孔钻头，为确保扩孔钻头的冷却效果，自流水流量不低于7.5m3/h。图1反井钻机基础专业技术资料 word资料下载可编辑沉渣池和泥浆池的水循环系统布置，用泥浆泵抽取泥浆池内的水（或泥浆）从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽，最后排入沉渣池，石渣沉淀后捞至堆放位置，石渣水经过滤网流入泥浆池，再用泥浆泵抽入导孔内，使之循环。如果出现塌孔、导孔不返水情况，则在沉渣池内拌制泥浆，用泥浆泵将泥浆压入孔内，进行泥浆护壁、封堵裂隙和溶洞，泥浆的配比则根据实际情况确定。4.6施工工艺流程（1）工艺流程反井钻机钻孔工艺流程图井口定位钻机基础清理及砼浇筑沉渣池、泥浆池砌筑安装钻机及调平安装预埋螺栓、Ⅱ期砼浇筑导孔施工扩孔施工蓄水池砌筑结束泵车冷却系统水箱石碴进入沉池送水或泥浆送水专业技术资料 word资料下载可编辑4.7施工方法钻机基础砼浇筑2~3天后，将轻型轨道铺设在砼平台上，轨距为64cm，轨道下垫枕木（20×20cm，长120cm）或20#工字钢，每隔60～80cm垫一根，然后将钻机吊至轨道上，调好钻机位置，锁紧卡轨器，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机。钻机调平后，用螺栓将钢垫板连接在钻架上，安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机并浇筑Ⅱ期砼。4.7.1导孔施工Ⅱ期砼达到一定的强度后，安装转盘吊和翻转架，调平钻机。开孔钻进，钻机调平后，调整动力水龙头的转速为预定值，并将动力水龙头升到最高位置、把事先与异型钻杆相接的导孔钻头移入钻架底孔并用下卡瓦卡住异型钻杆的下方卡位，然后将卡瓦放入卡座。用钻机辅助设备连接钻杆。接好钻杆后，开启泥浆泵供洗井液和冷却用水，开始开孔钻进。导孔开始钻进时采用高转速低钻压，动力水龙头的转速使用快速挡，钻压为2～5Mpa，一般情况下，对于松软地层和过渡地层应采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。背压根据实际情况调整，背压过大动力水龙头不能向下推进，背压过小时动力水龙头向下推进过快而容易卡钻，背压的调整原则是既能使动力水龙头向下推进也不能卡钻。洗孔，动力水龙头向下推进至最低位置时，停止向下推进，检查棘轮套的插销是否往上顶出来，如果插销被顶出来，说明孔内石渣没有冲洗干净，继续冲洗至插销回到原位。导孔石碴冲洗干净后，关闭泥浆泵，连接钻杆，钻杆连接完成后开启泥浆泵，继续往下钻进。稳定钻杆布置，稳定的作用主要控制导孔的偏斜率，开始钻进时放置一根，一般情况下稳定钻杆的配置采取钻头后连续装6-8根稳定钻杆，以后间隔一定的距离放置1根。后面的稳定钻杆放置需根据地层情况和钻孔角度确定。专业技术资料 word资料下载可编辑对于精度控制要求不高的竖井或斜井中，稳定钻杆不宜放置过多，否则容易出现卡钻现象。导孔在钻穿约有5～8m时，在预测钻穿位置设置围栏，禁止人员进入，防止石块坠落伤人。4.7.2φ1.4m扩孔钻进（1）φ1.4m扩孔钻头连接导孔钻透地层后，在下平洞用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下，大大致修平下平洞顶拱的扩孔钻进范围。用吊车或装载机将钻头运至导孔下方，将上下提吊块分别同钻头、导孔钻杆固定，上下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，连接扩孔钻头。（2）调节动力水龙头出轴转速调为慢速挡。（3）用一个三通将冷却水泵的水分出一部分供扩孔钻头，以冷却钻头、消尘。（4）在扩孔钻头未全进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，应使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进时，方可加压钻进。扩孔钻压的大小根据地层的具体情报况而定，软岩低压、硬岩高压，但是，主泵油压不得超过24.0Mpa；副泵油压不得超过18.5Mpa。（5）拆卸钻杆，第二根钻杆上方卡位升至卡座上方约20cm，将下卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头一圈，升起翻转架并将机械手抱住钻杆，动力水龙头反转并提升约10cm，取出上卡瓦，再将动力水龙头升至最高位置，下降翻转架并松开机械手，同时下降动力水龙头连接钻杆，取出下卡瓦，继续扩孔钻进。在卸钻杆过程中，钻杆接头无法松动时，使用辅助卸扣辅助动力水龙头反转，如果使用辅助卸扣装置也不能松动接头时，则在待松动的接头四周用氧焊烘烤，边烘烤边反转动力水龙头直至松动为止。专业技术资料 word资料下载可编辑第五章工程实例分析5.1概述水电十四局首次使用反井钻机导井法施工是在水布垭电站，共施工5条竖井、3条斜井，并取得了极大的成功。在此基础上，我局又在三板溪电站、小湾电站、广东惠蓄电站等工程的竖井及斜井施工中进行了应用和推广，我局采用反井钻机进行导井法施工的电站相关工程特性见下表5-1。竖井及斜井工程特性表表5-1工程工程部位开挖典型断面尺寸（m）长（高）（m）数量导井尺寸（m）岩性及岩石级别水布垭电站通风竖井Φ1.4183.01Φ1.4以灰岩为主，岩石级别为八级，母线竖井1#～3#母线竖井5.0×6.0118.234#母线竖井115.01Φ1.4交通竖井7.8×7.0115.01Φ1.41#、2#、4#引水斜井（倾角60度）Φ8.8139.083Φ1.4小湾电站地下厂房电梯井Φ10.42121Φ1.4以花岗岩为主，岩石级别为十二级地下厂房主排风洞Φ8.82101Φ1.4左岸砂石系统2#竖井Φ6.01921Φ1.4三板溪电站1#～4#引水竖井Φ8.2914Φ1.4以灰岩为主，岩石级别为十四~十六级电缆竖井6.1×9.751201Φ1.42#尾水调压井Φ26431Φ1.4广东惠蓄电站A厂房1#通风竖井Φ1.41781Φ1.4以花岗岩为主，岩石级别为十二级5.2各工程造孔统计记录专业技术资料 word资料下载可编辑水布垭地下电站厂房现布置1条通风竖井、4条母线竖井、1条交通竖井，4条引水斜井，其中单条竖井长度为115m，单条引水斜井长度为160m，斜井坡度为60度，开挖总长度约为1400m，开挖方量达5.7万m3，施工工期紧、任务重，施工难度大，采用常规施工方案安全隐患多。为此，在业主、设计及监理单位的大力支持下，我局通过反复研究及探讨，在竖井及斜井施工中采用反井钻机先小导井贯通形成φ1.4m留碴通道及临空面，然后再扩挖的程序进行施工。截止目前，已采用反井钻机成功地贯通了通风竖井、1#～4#母线竖井、交通竖井、1#、2#、4#引水斜井，反机钻机扩孔总长度已达1221m，攻克了竖井及斜井施工难关。特别是在4#引水斜井导井施工中，其钻孔倾角达60度，造孔孔深达158m，我局克服重重困难，在经历了一次因导孔偏离斜井设计位置而无法贯通的失败教训后。通过调整钻孔角度、钻进速度、稳定钻杆配置方案、对不良地质段采用灌浆等方式最终将导孔成功贯通。比两个月前施工的采用人工开挖导井的2#引水斜井仍可提前两个月，保证了反井钻机施工这项新工艺在水电行业得以成功应用及推广。可以说以往传统的导井施工所采用的吊笼法、爬罐法等与反井钻机导井法施工在进度、质量及安全上是难以相提并论的，后者带有更大的先进性。水布垭地下电站竖井及斜井反井钻机导井施工造孔统计记录见表5-2水布垭电站竖井及斜井反井钻机造孔统计记录表5-2序号钻孔部位孔深(m)拆装机器日期开钻日期扩孔日期完工日期施工全过程（天）导孔纯钻进时间(台班)扩孔φ1.4m纯钻进时间(台班)扩孔φ2m纯钻进时间(台班)小计(台班)备注1地下厂房通风竖井1832002年8月1日2002年9月6日2002年9月18日2002年9月26日565.0715.6220.69因导孔前24m试机故不能进入考核的范围21号母线洞竖井1102003年2月1日2003年2月15日2003年2月18日2003年2月24日248.5916.4325.0243号母线洞竖井1102003年2月25日2003年3月9日2003年3月12日2003年3月17日206.881521.8831号支洞通风竖井232003年3月18日2003年3月24日2003年3月25日2003年3月27日113.363.772.539.6652号母线洞竖井1112003年3月28日2003年4月12日2003年4月19日2003年5月1日346.4920.9527.4464号母线洞竖井1042003年5月2日2003年5月5日2003年5月24日2003年6月1日308.1617.9926.15灌浆6次,共耗水泥8.4t,耗砂2.24m37交通电梯井1102003年6月2日2003年6月12日2003年6月17日2003年6月21日203.928.7112.63灌浆3次,灌注砂浆7m3小计75119542.4798.472.53143.4784#引水斜井1562003年6月21日2003年7月14日2003年7月23日2003年8月26日4414.0420.4134.45灌浆5次,灌注砂浆18m3,共耗水泥14t,专业技术资料 word资料下载可编辑速凝剂65kg93#引水斜井1562003年8月26日2003年9月10日2003年9月14日2003年10月14日347.9824.9832.96101#引水斜井1582003年11月1日2003年11月5日2003年10月14日237.9641.3549.31小计47010129.9886.740117另外，我局也在三板溪电站、小湾电站的竖井及斜井施工中采用了反井钻机施工，现将各工程的反井钻机钻孔统计记录列表如下，形成对比，具体见表5-3、5-4、5-5。小湾电站竖井反井钻机造孔统计记录表5-3序号钻孔部位孔深(m)拆装机器日期开钻日期扩孔日期完工日期施工全过程（天）导孔纯钻进时间(台班)扩孔1.4m纯钻进时间(台班)小计(台班)备注1地下厂房电梯井2122004年1月9日2004年1月14日2004年3月16日2004年5月19日132276289其中因待料38天2地下厂房主排风洞2102004年5月25日2004年6月1日2004年6月11日2004年8月31日66265480其中设备维修9天3左砂2#竖井1922004年8月10日2004年8月15日2004年9月5日2004年12月10日122264975导孔前60m灌浆6次耗水泥2.5t砂2m3。以下132m导孔采取送水强打,钻屑随破碎地层排走。其中设备维修15天,扩孔停电、待水等18天。三板溪电站竖井反井钻机造孔统计记录表5-4序号钻孔部位孔深(m)拆装机器日期开钻日期扩孔日期完工日期施工全过程（天）导孔纯钻进时间(台班)扩孔1.4m纯钻进时间(台班)小计(台班)备注11#引水竖井912003年11月27日2003年12月4日2003年12月12日2003年12月21日255263122#引水竖井912004年4月26日2004年5月3日2004年5月6日2004年5月26日306273333#引水竖井912004年2月14日2004年2月22日2004年3月22日2004年12月10日3752631专业技术资料 word资料下载可编辑44#引水竖井912004年4月3日2004年4月10日2004年4月13日2004年5月10日27527325电缆竖井1202003年6月26日2003年7月3日2003年7月9日2003年8月20日547364362#尾水调压井432003年8月20日2003年8月28日2003年9月30日2003年10月5日3132427下平洞未通等待30天广东惠蓄电站竖井反井钻机造孔统计记录表5-5序号钻孔部位孔深(m)拆装机器日期开钻日期扩孔日期完工日期施工全过程（天）导孔纯钻进时间(台班)扩孔1.4m纯钻进时间(台班)小计(台班)备注1A厂1#通风竖井1782004年1月9日2004年1月14日2004年3月16日2004年5月19日1325150155其中因待料38天5.3不同岩性的可钻性分析从表5-2、5-3、5-4、5-5记录的时间来分析，在水布垭电站工程中，导孔平均钻进速度38～40m/天，最大钻进速度为54m/天；φ1.4m平均扩井速度18～20m/天，最大扩孔速度为28m/天。在斜井钻进中，导孔平均钻进速度32～34m/天，最大钻进速度为46m/天；φ1.4m平均扩井速度14～16m/天，最大扩孔速度为23m/天；φ2.0m平均扩井速度10m/天。在三板溪电站工程中，导孔平均钻进速度19～32m/天，最大钻进速度为36m/天；φ1.4m平均扩井速度8～10m/天，最大扩孔速度为14m/天。在小湾电站工程中，导孔平均钻进速度30～35m/天，最大钻进速度为42m/天；φ1.4m平均扩井速度13～16m/天，最大扩孔速度为22m/天。具体见下表，表中我们还收集了大朝山电站及周宁电站的反井钻机造孔资料作为参考。不同岩性可钻性分析对比表5-6电站类型特性数理岩性井深（m）倾斜度φ216导孔速度(m/d)φ1400扩孔速度（m/d）水布垭电站竖井7条灰岩115～18390º38～4018～20斜井3条灰岩15860º32～3414～16专业技术资料 word资料下载可编辑三板溪电站竖井6条灰岩43～12090º19～328～10小湾电站竖井3条花岗岩192~21290º30～3513～16广东惠蓄电站竖井1条花岗岩17890º25～2712～16福建周宁电站竖井3条花岗岩71～16790º23～2612～14从以上表可看出，反井钻机在含泥灰岩地带可钻性较好，玄武岩地带次之，花岗岩最差，即，软岩地带造孔条件最好，岩石硬度加大，造孔难度加大，但总的来说，该型反井钻机只要经过一定改良后能适应各种岩石条件。第六章反井钻机导井法施工在复杂地质中的精度控制要点在竖井及斜井施工中，导孔精度控制是反井钻机导井法施工的关键。如水布垭电站交通竖井、母线竖井等部位开挖断面大、相对而言，控制精度稍低，而厂房通风竖井施工时，造孔深度达183m，下巷道宽度仅为3m，且紧靠厂房下游边墙。引水斜井深长度为154m，倾角为60度，断面小，控制精度非常高。以前施工无类似经验，同时水布垭地下厂房岩性以灰岩为主，整个岩体呈上软下硬趋势，施工中遇到断层裂隙较多，控制难度加大。通过水布垭电站、小湾电站等几个电站的实践应用，总结出主要从测量、合理配置稳定钻杆、合理控制钻压、造孔速度、对不良地质段进行加固处理、合理调整斜井施工中钻孔倾角等几方面进行精度控制，具体如下：6.1竖井施工精度控制要点1、通过测量手段控制精度专业技术资料 word资料下载可编辑精确控制测量放样，先制定详实可行的测量放样措施，在现场采用全站仪仪对开口点进行放样，然后在安装机身时一定要采用水平尺和铅垂球从多角度进行精确测量，再对中心点进行校核，为便于调节钻机位置精确，底座上螺孔都加工成条型孔，最后通过调节螺栓来固定钻机，确保钻杆垂直于水平面（竖井）如果是斜井施工要求就更高，首先是基础砼的浇筑，按设计倾角通过测量设备定出导线，然后是机身倾斜后的下部支撑及上部牵拉一定要牢固稳定，最后通过调节螺栓来固定，钻机造孔过程中可通过测斜仪进行孔内测斜控制钻孔偏差。2、通过配置稳定钻杆及开孔服正器控制造孔精度稳定钻杆的作用主要是控制钻头在钻进过程中顺开孔方向直线钻进。所以稳定钻杆和钻头直径的配置合理是保证钻孔精度的重要条件之一。导孔的钻进施工中一般采用碳化钨稳定钻杆（适用软弱岩层）和硬质合金稳定钻杆（适用坚硬岩层）。稳定钻杆与反井钻机其它钻杆（外径为φ18.2cm）长度相同，是在其它钻杆的基础上沿轴向平行镶了3条宽度为3cm，厚度为1.4cm钢板，镶了钢板后的稳定钻杆外径为φ210cm，比导孔钻头直径（φ21.6cm）小0.6cm，比其它钻杆外径大2.8cm，以保证导孔钻进不偏离。可以说通过配置稳定钻杆是控制造孔精度的重要措施，而如何配置稳定钻杆来确保造孔精度是关键，如稳定钻杆配置过多，则会影响导孔钻进过程中的排碴甚至会导致堵孔，而配置过少或不合理均会影响造孔精度，原来的稳定钻杆配置方案是在钻进过程中，每隔15~20m加设一根稳定钻杆，且在孔口加设扶正器，以确保导井偏差，该方案在中软岩、煤层或精度要求不高的工程中能达到要求，但我局在硬岩、不良地质段、或斜井中进行实践觉得偏差仍较大，精度不尽如人意，在水布垭电站4#引水斜井导井施工中，就经历了一次因导孔偏离斜井而无法贯通的失败教训后，通过几个不同工程施工总结，认为通过如下稳定钻杆配置方案能保证在硬岩、斜井或不良地质段中的造孔精度。（1）开孔前对合金稳定钻杆进行测量，选取与钻头直径相同的稳定钻杆进行配置，以保证钻头与钻杆同心，确保钻孔的精度。（2）配置时可采取新钻头配新的稳定钻杆，旧钻头配旧的稳定钻杆，并要求直径一致。当稳定钻杆磨损较大时（直径小于标准孔径10mm以上）则需更换新钻杆。磨损后要重新进行加工或更换。专业技术资料 word资料下载可编辑（3）一般情况下稳定钻杆的配置采取钻头后连续装6-8根稳定钻杆，以后间隔一定的距离放置1根。后面的稳定钻杆放置需根据地层情况和钻孔角度确定。（4）后面的稳定钻杆在直井和破碎地层中可以不考虑放置或少放置（间隔80m-100m）。在斜井中需按40m-50m来进行放置，使后面的钻杆与钻头在同一条直线上，确保钻孔的精度。（5）在8级以下岩层或8级以上岩层100m以内的导孔中钻进时，稳定钻杆放置后可一次打通导孔。在8级以上岩层中钻进时，导孔深度大于100m以上的，需在每钻进100m后取钻测量稳定钻杆和钻头的磨损情况，如磨损不一至则应重新配置。3、通过合理控制钻压、造孔速度等手段确保造孔精度钻杆是个钢性体，具有一定的挠度，在造孔过程中其挠度与长度及所施加的钻压成正比，钻压越大，长度越长，挠度也越大，这样钻杆偏离轴线的机率也越大，精度越难以保证，而钻压较小，造孔速度就会下降，因此正确使用钻压是保证导孔精确度的重要条件之一。同时钻进参数选择还要依据地层条件，钻进部位等多方面因素确定，通过工程实践，在不同岩层及不同条件下的钻压和造孔速度控制见表6-1，同时在施工时根据不同的地层情况予以适当调整,导孔钻进参数选择表6-1钻进位置或岩石情况钻压(kN)转速(rpm)预计钻速(m/h)导孔开孔5010-200.3-0.6钻透到下水平前50-70200.5砂岩20-40202-3泥岩10-30203-412级花岗岩70-90200.5-1.212级破碎花岗岩40-70200.5-0.8注：钻压是指扣除钻杆重量，实际作用在钻头的压力。当钻杆重量大于钻压时，可采用背压油压扣除。（1）开孔钻进待主机、油泵及操作系统准备就绪，检查泥浆泵管路是否与主机相连，主油泵的循环冷却系统是否调试完成，且钻孔中心及钻孔角度经校核均准确无误后，方可开孔。开孔钻进时，启动泥浆泵供洗井液至孔内，采用慢转速，低钻压进行钻进，利用开孔扶正器和开孔钻杆配合开孔，开孔深度一般宜在10m-15m，开孔后，即可按正常钻压进行钻进，随后将开孔钻杆和扶正器提出，清洗后擦上油后保存。专业技术资料 word资料下载可编辑（2）导孔钻进导孔钻进时各方面必须全力配合，必须做到以下几点：（1）一般情况下，导孔钻进转速应高于开孔钻进转速，所以应调节动力头转速，可以用Ⅱ档，一般情况下，对于松软地层过渡地层和破碎地层采用低钻压低转速，采用钻进参数表内的下限置。对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压高转速，取钻进参数表内的上限置。（2）离钻透下水平通道3米左右，应逐渐降低钻压。（3）一根钻杆完成后，冲洗2-3分钟必须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆。（4）导孔钻透后，停止泥浆（水）循环，但钻机不能停转，开始向孔与钻杆之间加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时才能停钻。（5）在整个导孔钻进过程中，不得中途出现停电、停水等情况，否则会导致卡钻等恶性事故发生。4、通过对不良地质段进行加固处理等手段确保造孔精度由于导孔在钻进过程中，钻杆遇软岩会发生偏斜。容易导致造孔偏离原设计轴线，小湾左岸砂石系统2#竖井、水布垭电站4#引水斜井、4#母线竖井、交通电梯井均是在造孔过程中遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，然后通过灌浆手段固孔后保证造孔精度的。其中小湾左岸砂石系统2#竖井前60m共灌浆6次，耗水泥2.5t，砂2m3。水布垭电站4#母线竖井灌浆6次,共耗水泥8.4t，耗砂2.24m3，交通电梯井灌浆3次,灌注砂浆7m3，4#引水斜井灌浆5次,灌注砂浆18m3,共耗水泥14t,速凝剂65kg。对于造孔过程中遭遇不良地质段可通过设计提供的地质图、造孔速度的变化、造孔返碴、返水情况进行判断，具体灌浆方法为在现场制备0.4~0.55水灰比的水泥砂浆，可通过灌浆设备或人工输送浆液的方法对不良地质段进行固孔。6.2长斜井施工精度控制要点LM-200反井钻机可进行55o-90o之间的斜井施工，在长度大于100m专业技术资料 word资料下载可编辑的长斜井的施工中，为保证造孔精度，除按竖井施工中一样的精度控制方法外，还需视情况增加如下措施。由于钻杆的自重、地层的软硬不同、钻压及长斜井施工中钻杆接长后挠度加大等多方面因素下，钻孔的直线性很难保证，根据我局在水布垭电站154m长、倾角为60º的3条长斜井几次造孔经验，成孔倾角均大于开孔倾角0.5º-1º，即造孔存在往下偏的可能性较大，为此在长斜井施工中可通过适当计算后将钻孔实际倾角略低于设计倾角，计算原则为调整后倾角在设计上不得偏离于贯通范围内，调整的原则为孔较深、角度较小的孔，可取大值，反之取小值。以下是我局根据斜井造孔得出的经验参数，请参考使用。（1）在8级以下较好的软岩层中，导孔的开孔角度可小于设计角度0.5º-1º之间；（2）在8级以下破碎的软岩层中，导孔的开孔角度可小于设计角度1º-1.5º之间；（3）在8级以上较好的硬岩层中，导孔的开孔角度可小于设计角度0º-0.5º之间；（4）在8级以上破碎的硬岩层中，导孔的开孔角度可小于设计角度0.5º-1º之间；（5）在钻进过程中，钻压和钻速应适当慢于同类岩层直井导孔的钻孔速度；（6）开孔时，开孔钻杆和扶正器的使用不得小于40m-50m,在放第一根间隔稳定钻杆时方可拆除开孔钻杆和扶正器。6.3竖井、斜井施工精度控制实例分析水布垭电站6条竖井和3条斜井经过精心控制测量、科学施工管理先后顺利贯通。各条竖井和斜井贯通测量精度成果统计见下表：水布垭电站竖井开挖导孔贯通测量成果表表6-2部位实放孔口中心坐标（m）实测孔底坐标(m)相对偏差垂直偏差专业技术资料 word资料下载可编辑XcfYcfHXcfYcfH水流方向上下游方向％1#竖井55.0136.75317.4655.4037.17204.600.400.4240.512#竖井86.0036.75317.5986.5437.25207.490.540.4960.663#竖井117.0136.76317.70117.4937.07207.930.490.3160.534#竖井148.0036.75317.45150.0638.52207.642.061.7632.47交通竖井148.0072.87314.76148.4572.90207.500.450.0300.42通风竖井34.2010.06400.4934.6311.26220.940.431.1980.71备注1.设计中心轴线坐标与实放孔口中心坐标相差很小,故本表未列入统计表中。2.在相对偏差中水流方向都是左偏，上下游方向都是向下游偏。水布垭电站斜井开挖导孔贯通测量成果表表6-3部位实放孔口坐标（m）实测孔底坐标（m）偏差值XYHXYH△Y孔斜度％沿轴线法向偏差值1#引水斜井162.970329.00239.790.35192.900.350.97偏下1.52m3#引水斜井182.880329.00259.950.60193.290.600.71偏下1.11m4#引水斜井193.670329.00264.270.62197.670.623.03偏下4.52m备注表中坐标为施工坐标；由于2#引水斜井采用人工导井开挖的施工方案本表未列入。(1)从表6-2、6-3中分析，在竖井施工中，反井钻机导孔贯通后除4#母线竖井由于地质条件较差，其偏差率在2.47%外，其余偏差率均在1%以内，平均偏差率在0.88%，在60º斜井施工中，反井钻机导孔贯通后最大偏差率在3.03%，平均偏差率在1.57%。(2)竖井开挖导孔贯通测量成果统计表显示，以竖井中心轴线施工坐标系来衡量：偏差值沿水流方向向左偏，上下游方向偏差值向下游偏，都是偏向直角坐标系的同一区域。这间接说明反井钻机造孔在反井钻机砼基础稳定、地质条件相似、钻机进钻压力一定的情况下，孔底出露处的坐标值的变化与反井钻机机身的加工精度有关。反井钻机机身的加工精度越高，反井钻机机身相对铅垂关系与钻杆中心铅垂线及竖井中心轴线重合或平行性越高，在孔底出露处坐标值的变化越小。(3)专业技术资料 word资料下载可编辑在斜井反井钻机造孔过程中钻杆定位既要考虑到左右方向的偏差，又要考虑到高度方向的偏差，测量控制的难度相当大。在4#斜井第一次按设计轴线放样无法贯通的情况下，经过认真分析讨论总结经验后认为:钻杆中心轴线与斜井中心轴线开钻前是重合或平行的，在造孔进钻过程中主要由于钻杆不断掘进，钻杆的自重不断增加，使得钻杆随进尺增加而逐渐向下偏移；钻杆在左右方向不会有太大的偏差。在科学分析总结的基础上，及时调整钻杆的进钻角度。使钻杆中心轴线与斜井中心轴线上下方向不再平行，有一个向上的夹角。经计算把钻杆的进钻倾角调整为59°59′00″。经调整后钻杆的进钻角度使钻杆轴线往上走,同时能够满足在下弯段的孔底出露处不会偏离设计开挖线范围。4#斜井二次开钻造孔施工到156m处见钻杆出露。经过对孔底进行贯通测量分析计算,贯通精度为:导孔偏斜井中心轴线右边△y=+0.62m，斜井中心轴线法向偏下△h=-4.7m。贯通测量成果与分析结果及调整措施相吻合。在此基础上我们在2#、3#斜井施工中将进钻角度调整至59°30′00″后成形斜井中心轴线偏差更小，向偏下△h=-1.11m～1.52m。有利地保证了造孔精度。(4)．斜井开挖导孔贯通测量成果统计表显示，以斜井中心轴线施工坐标系来衡量：沿中心轴线起点距方向的偏差值都较小，沿中心轴线纵向法向偏差值随钻杆进尺增加而逐渐沿中心轴线法向向下偏移。若以满足在下弯段的孔底出露处的偏移值不超出设计开挖底板范围来表示极限偏移最大值，符号为MAXh。可以通过向下极限偏移最大值MAXh来调整开孔钻杆的进钻角度。该措施可以控制贯通的导孔不超出设计开挖轮廓线范围。专业技术资料 word资料下载可编辑第七章硬岩中的反井钻机导井法施工关键技术控制7.1硬岩施工难点分析目前，国际上的反井钻机导井法施工发展速度较快，但由于昂贵的价格使得许多施工单位难以接受，而国内的反井钻机一般在煤炭、矿山中应用较多，对中软岩较为适用，在花岗岩等硬岩中实施基本上属于空白。水布垭电站竖井及斜井岩性为灰岩，岩石级别为八级，属于中硬岩，由于该工程地质条件较差，在该阶段的施工中，我们主要总结出了复杂地质条件下及斜井施工的精度控制办法。小湾电站、三板溪电站岩性为花岗岩，岩石级别为十二级，属于硬岩，致使反井钻机造孔难度加大。如果采用反井钻机常规钻进参数施工，将难以达到破岩成孔目的，而如果将施工参数调大，将会导致钻机承受负荷过重。因此如何保证钻机在硬岩中顺利施工成了反井钻机导井法施工的关键，在此情况下。我局广大科技人员大胆创新，勇于偿试，通过实践对反井钻机的进行了钻压调整、并对反井钻机扩孔钻头、扩孔中心管、扩孔钻头中心管、扩孔钻头破岩滚刀等进行了积级有益的改良等一系统措施，取得了较好的效果，具备了国内反井钻机在硬岩中施工的条件，攻克了反井钻机在硬岩中施工的难题。7.2硬岩针对性施工措施1、调整钻进压力由于小湾电站、三板溪电站岩性为花岗岩，岩石级别为十二级，岩石硬度特别大，采用厂家目前提供的钻进压力基本上无法满足破岩要求，因此首当其冲要增加钻机的钻进压力，但钻进压力过大，会导致钻机本身其它机械事故增加，我局经过几次调试，基本确定为十二级花岗岩要增加到70~90KN专业技术资料 word资料下载可编辑的钻压下能达到施工要求。并且机械故障较少，同时我局在增加设备保养及维护的同时又自行设计了一套扩孔钻头冷却系统保证了钻头在提高钻压后的使用保障。2、设备改良（1）在12级花岗岩地层及破碎地层中扩孔钻头的改进LM-200型反井钻机扩孔钻头由6把对称扩孔滚刀组成，其中2把在中心，另外4把在外侧，呈对称布置。在实际扩孔钻进过程中，我们发现外面4把扩孔盘刀扩孔负荷较大，容易受磨损，需要经常更换，而里面2把的负荷较小，基本不需要更换。这样由于负荷不均匀导致外面钻头盘刀更换频繁，降低了造孔速度，同时也造成了里面扩孔盘刀闲置，在经过反复验证并仔细研究了各滚刀的运行轨迹后。我局将里面的其中1把扩孔盘刀改装到了外面，这样保证了每把扩孔盘刀均匀受力，在不增加任何投入的情况下，加快了施工进度，降低了施工成本。改装前和改装后的扩孔钻头布置见附图7-1。a:由厂家提供的对称扩孔盘刀b:经改良的非对称扩孔盘刀（按滚刀的工作量布刀）附图7-1：改装前、后的扩孔钻头布置图（2）扩孔钻头中心管的改进LM-200型反井钻机扩孔钻头中心管主要作用为连接扩孔钻头与钻杆，长度约为50cm。由于接头部位离扩孔钻头较近且该部位所承受的扭矩较大，应力容易集中，在初期扩孔施工中经常出现与其它钻杆的连接部位断裂。为此我局经过研究后，将扩孔中心管长度加长至1.5m，并将扩孔中心管采用合金稳定条加固，经过加固后的扩孔钻头在后期施工中基本不出现断裂现象。改装前和改装后的扩孔中心管布置见附图7-2。专业技术资料 word资料下载可编辑a:由厂家提供的扩孔钻头中心管b:经改良的扩孔钻中心管（加长并增加合金稳定条）附图7-2：改装前、后的扩孔钻头钻头中心管布置（3）扩孔钻头冷却系统的改进LM-200型反井钻机扩孔钻头扩孔施工期间的冷却主要靠采用在孔口通过自流形式落至钻头上进行冷却。由于导孔较小，而扩孔钻头较大，通过自流的水仅能冷却位于中间的扩孔滚刀，而外围几把滚刀无法冷却，导致外围滚刀在工作中因过热容易损坏。鉴于此情况，我局将冷却系统进行了改造，即在原利用孔口自流水冷却的同时，从钻机顶部连接一根2寸冷却水管通过钻杆中心孔，然后在扩孔钻头底盘上各引一4分管进入附图7-3：改良后钻头冷却系统各滚刀。使各滚刀在运转中均能受到冷却，这样不仅使滚刀使用时间比原来增加了一倍，同时也加快了施工进度。改装后所增加的扩孔冷却系统见附图7-3。（4）扩孔钻头破岩滚刀的改进专业技术资料 word资料下载可编辑LM-200型反井钻机扩孔钻头破岩滚刀一般为4齿滚刀，齿间距为6cm，采用4齿滚刀在八级以下的岩石基本能满足破岩要求，我局在水布垭电站的竖井及斜井施工中就是采用由厂家提供的4齿滚刀进行破岩，在进入小湾电站和三板溪电站后，岩性为花岗岩，岩石级别十二级。在初期进行主排风洞的扩孔施工中，发觉扩孔速度相当缓慢，而钻头磨损较大。最初是认为合金钻头难以满足造孔要求，于是先将合金钻头改为金钢石钻头，但效果仍不是太明显，后仔细分析滚刀破岩原理后，认为是齿间距过大，难以达到破岩效果，在将4齿滚刀调整为5齿滚刀、齿间距调整为5cm后，造孔速度明显提高，最后将滚刀调整为6齿滚刀、齿间距调整为4cm后，在花岗岩中造孔速度基本能满足要求。改装前和改装后的破岩滚刀见附图7-4。a:由厂家提供滚刀（四齿）b:第一次改良的滚刀（五齿）c:第一次改良的滚刀（六齿）（适用于十级以下岩石）（适用于十一～十三岩石）（适用于十四以上岩石）附图7-4：改装前、后的扩孔钻头扩孔钻头破岩滚刀目前我局根据不同的岩石级别设计了三种扩孔钻头，扩孔钻头的滚刀布置采用改良的布景形式。硬度八至十级的岩石采4齿合金滚刀、齿间距为6cm；十一至十三级的岩石采用5齿金刚石滚刀、齿间距调整为5cm；十四至十六级的岩石采用6齿金刚石滚刀、齿间距调整为4cm。并委托钻头生产厂家按我局设计的钻头类型进行生产。同时希望在施工中进一步总结经验，设计出更加完美的扩孔钻头。专业技术资料 word资料下载可编辑第八章不良地质地层导孔钻进的施工技术控制要点8.1导孔在不良地质的施工情况分析利用反井钻机导井法比用人工导井法安全、可靠，机械化程度高、速度快、效率高，在很大程度上能提高经济效益和社会效益。但在施工钻进过程中可能会遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，轻则加大处理时间，影响施工进度。重则导致卡钻、埋钻、掉钻或钻孔偏斜等恶性事故。我们在小湾电站、水布垭电站的反井钻机竖井及斜井施工中均有发生。常见情况如下：在断层，破碎带和煤层中钻进，有时会出现突然塌孔，岩块稍大时会卡住钻头，此时如不加大循环水的水量和压力，也可出现因细粒沉积卡钻或埋钻，被迫停止钻进。有轻微塌落时出现个别浮石卡住钻杆，亦可使钻杆不能正常旋转，在清水钻进时经常有此现象出现。由于溶洞和裂隙等存在，导致循环水流失。由于外界水压力不够，致使孔内岩渣沉淀而堵塞，钻进无法继续，严重会导致卡钻、埋钻。在钻机经过软弱夹层后，由于钻机遇软会偏斜的特点，导致钻孔无法沿正常轴线钻进导致钻孔无法满足要求。8.2常见情况的解决方法（1）通过几个工程的施工实践，我们认为采用反井钻机施工竖井、斜井时，首先应根据井位的柱状图对井筒所通过的岩性、断层、溶洞、风化带厚度、含水层及地下水流动情况等进行详细的了解与分析。对施工中可能出现的问题和应采取的措施列入施工组织设计，并在施工前向施工人员进行交底。负责施工的技术人员要及时掌握进度，在预计不良地质段前采取预防措施。具体措施如下：专业技术资料 word资料下载可编辑（2）塌孔处理。这种现象多出现在断层、破碎带和松软砾石层，一般表现为循环水正常，严重时循环水减少或堵塞，钻进扭矩增大，水泵压力上升，此时应立即提钻，然后再试探性钻井，并用手扶住钻杆，此时可感觉到井底碎石与钻头接触情况，据此决定是否改清水钻进为泥浆钻进，并确定泥浆的参数以护壁。如系中间某处塌孔，应立即边旋转边提升至塌孔上部，如遇岩块阻卡导向器，可上下窜动，不可强行提钻，待浮石松动后再徐徐扫孔，认为中继续钻进时再将钻头下到孔底。否则亦应采用混浆护壁，此后方可正常钻进；（3）导向器被卡。此种故障多出现于膨胀性岩层破碎带和煤层中，此时扭矩增大。遇此情况也要进行动钻提升，扫孔后继续钻进，在一定时间内再行提钻扫孔，并根据地层情况决定采用泥浆或清水钻进。若用泥浆钻进，应确定合理的泥浆参数。亦可在该段设置宽导向器护壁；（4）钻杆内孔堵塞。此时只有将全部钻具提出井外进行疏通，且应注意的是当钻杆停转时要将钻头提升至离孔底0.5m以上，以防孔底岩屑继续堵孔。此外接钻杆的时间应控制在5min之内；（5）循环水流失。钻进中无循环水返回时可停钻注水，如注入一定水量后循正常，说明溶洞或裂隙与外界无水力联系或联系不大，此时可继续钻进。如果循环水流失过多，而钻进扭矩又大，说明岩渣向孔底堆积，此时应增加辅助压气管协助排渣。当钻孔与外界水源相通，且水位高于钻孔，循环水量增加，如压力不大，流量恒定，但排渣不畅，亦可采用压气排渣；如流量较大，压力很高，应立即停钻封孔。8.3关键性技术的解决方法在导孔钻进过程中有时会出现由于塌孔、水压力不够、停电等导致孔内石碴滞留堆积后出现卡钻，或是导孔、扩孔施工过程中钻杆断裂后钻杆、钻头滞留在孔内，这些情况处理起来相当困难，并且发生的频率也较多，属于反井钻机导井法施工的难点及重点，在此我们根据经验谈几点体会。1、导孔钻进过程中的卡钻专业技术资料 word资料下载可编辑我们采取了几种方法进行处理，其中一种方法是采取高压水强行冲孔，在冲孔过程中起动钻机转动钻杆，直至钻杆转动提升。另外一种方法是导孔离下下平洞较近的情况下，从下往上人工打导井贯通导孔，贯通后用高压水冲孔。2、扩孔过程中的掉钻在扩孔过程中，由于钻杆断裂，如果扩孔钻头卡在已扩挖成形的孔内，此时若从下面处理非常危险。所以我们考虑从上面导孔中进行，第一种方法：将钻杆接上后采取钻杆对钻头施加压力使其自然坠落至下平洞。第二种方法：在孔口通过钢丝绳将炸药送入钻头卡住部位，引爆后将钻头震落至下平洞。该方法每次炸药用量控制在5～8kg，对钻头不会构成大的损伤。3、导孔施工过程中的钻杆断裂部份长期使用的钻杆在导孔钻进及扩孔过程中可能会发生断裂，反井钻机单根钻杆长度为1m，重达180Kg。在钻杆断裂后，如果不将钻杆取出，那么一方面要丢失钻杆、钻头，造成经济。另一方面还得重新造孔，有些特殊部位还不允许重新造孔。因此如何打捞钻具成了反井钻机导井法施工的一个难题。为此我们发明了一种钻杆打捞器，钻杆打捞器的原理跟膨胀螺栓原理相同，其上部与钻杆呈直螺纹连接，下部为椎形套，前进过程中可以直接进入已断裂钻杆的内壁，进入内壁后，在打捞器提升过程中椎形套会张开，与断裂钻杆内壁紧紧连接，越拉越紧，然后通过打捞器将孔内钻杆提升到孔口用夹钎器固定后逐一取出钻杆。该打捞器一次能提升40吨以上的重量。即能提取200m以上的钻杆长度。基本能满足取钻要求。附图8-1：钻杆打捞器示意图8.4不良地质地层施工方法经过实践，我局总结出以下两种方法进行不良地质地层施工。1、循环钻灌成孔法专业技术资料 word资料下载可编辑我局在小湾左岸砂石系统遇2#竖井、水布垭电站4#引水斜井、4#母线竖井、交通电梯井及三板溪电站的2#、4#引水竖井在钻孔过程中遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，在钻进过程中不同程度的出现孔口不返水排碴现象。均采用循环钻灌成孔法进行处理。具体方法为在现场制备0.4~0.55水灰比的水泥砂浆或泥浆，通过灌浆设备或人工自流输送浆液的方法进行灌注，利用浆液填充断层、裂隙、溶沟、溶槽，灌注浆液24小时后即可进行钻孔施工。这个方法实施较为安全可靠，但由于要反复取钻、灌浆，对施工进度影响较大。2、强行成孔法该方法适合于断层、裂隙带范围不大，且处于竖井及斜井的深孔带，该方法就是在竖井及斜井孔深超过100m后，在遇到断层、裂隙后出现孔口不返水时，继续钻进并不断的用泥浆泵向孔内压水，直至孔口返水。该方法的特点是利用水压力将钻孔时的积碴强行通过裂隙、断层或孔口排除并堵塞裂隙里的渗水通道。我局在三板溪电站、小湾电站竖井施工均采用过该方法，对加快施工进度方面非常有效。在实际施工中，可根据情况两种方法均酌情采用。专业技术资料 word资料下载可编辑第九章反井钻机导井施工方法效益评判9.1引言一项科研成果能否被广泛应用，除了技术上是否可行之外，更重要的要看经济上是否合理，是否能以较小的投入获得较高的经济效益，或者在产值相同的条件下，是否比其它施工工艺或措施具有更低的成本。下面以开挖一条104米高，断面为3×3米的竖井导井（岩石为八级）为例，分别采用手风钻正反井同时结合施工和先采用反井钻机钻216mm、φ1.4m孔，然后手风钻扩挖至3×3m施工方式，来分析反井钻机导井施工在成本及施工进度方面所具有的特点。9.2手风钻导井法施工成本及进度分析竖井导井施工所采用的较为传统的施工方法就是手风钻导井施工，现采用手风钻开挖一条104m高断面为3×3m的竖井导井（岩石为八级）为例来分析常规施工方法的成本及进度特点。根据一般情况，手风钻竖井导井施工的每班配置为：手持式风钻6台，卷扬机1台，斗车5台，值班班长1名，钻手6人，装药工3名，出碴工8名，卷扬机操作工1名，安全员1名，杂工2人，分三班施工。依据上述施工配置情况，每一施工循环时间间隔为：施工准备1小时，钻孔3小时，装药2小时，爆破、散烟及安全处理4小时，竖井洞碴垂直运输8小时；每循环进尺为1.5m，每天1个循环，每天开挖进尺平均为1.5m。开挖一条深104米断面为3×3米的竖井需69天。根据以上配置情况、施工效率、正常消耗水平以及水布垭工区人、材、机市场价格可以测算出手风钻竖井导井开挖单价为：187.42元/m3。详见下表：竖井手风钻开挖3×3m开挖量：936m3表9-1工作内容：正井、反井钻爆开挖，洞碴垂直运输。专业技术资料 word资料下载可编辑序号项目名称单位单价数量合计一人工费元61544.00人工工日31.401960.0061544.00二材料费元19933.41合金钻头个36.0078.992843.67空心钢kg8.7645.49398.53炸药(2#岩石胺锑)kg4.672192.4910238.91火雷管8#个0.543023.801632.85导火线m0.636056.743815.75电kwh0.601672.821003.69三机械费元50495.80风钻手持式台班95.32188.9618012.14修钎设备台班607.012.021227.23轴流通风机7.5-14kW台班107.84179.5619363.99载重汽车汽油型5.0t台班214.701.50321.53卷扬机起重量5t台班72.70155.5911311.08V型斗车窄轨,容积0.6m3台班1.67155.59259.83四其他费用元9502.07其他费用%7.20%131973.209502.07五综合管理费元24.00%141475.2733954.07六合计元175429.34七单价元187.429.3反井钻机导井法施工成本及进度分析反井钻机导井法施工是水电施工中的一种新技术、新工艺，这种新技术能否被普遍采用主要取决于它所产生的效率及效果。下面主要从应用成本及进度方面分析一下反井钻机导井施工特点。以开挖一条长104m，断面为3×专业技术资料 word资料下载可编辑3m的竖井为例，根据施工方案，先采用216mm的钻头自上而下钻孔，小孔贯通后再采用1.4m的钻头从下往上反向扩孔1.4m，然后采用手风钻扩挖成3×3m断面，钻216mm导孔时采用一台反井钻机、一台污水泵，操作工及换钻杆人员为5人，纯钻进速度为24m/天；扩孔φ1.4m时，采用一台反井钻机，操作工及换钻杆人员为5人，扩孔纯钻进速度为8m/天，采用手风钻扩挖时每班配置为：手风钻9台，班长1人，钻工9人，电工1人，安全员1人，杂工2人，每天2个循环，每循环进尺2.5m，扩挖速度为5m/天。由此可见采用上述施工方法开挖一条深104m、断面为3×3m的导洞需要39(21+13+5)天时间。根据实际施工消耗及施工进度可以测算出开挖单价为元449.74/m3，详见下表：反井钻机竖井导孔φ216mm总长度：104m表9-2序号项目名称单位单价数量合计备注一人工费元780.00人工工日60.00013.000780.00二材料费元9992.20三刀轮钻头Φ216mm个12000.0000.5006000.00钻杆Φ182mmm3500.0000.9373279.28水m30.960247.000237.12其他材料费元9516.0000.050475.80三机械费元54359.25反井钻机LM-200台班3828.55213.00049771.18污水泵22-55kW台班299.07413.0003887.96载重汽车汽油型5.0t台班214.7003.261700.11四其他费用元4689.46其他费用%7.20%65131.4464689.46五综合管理费(含利润)元24.00%69820.91016757.02六合计元86577.93七单价元832.48反井钻机竖井扩挖φ1.4m总长度：104m表9-3序号项目名称单位单价数量合计备注一人工费元2340.00专业技术资料 word资料下载可编辑人工工日60.00039.0002340.00二材料费元45933.32扩孔体钻头Φ1400mm个80000.0000.40032000.00普通钻杆Φ182mmm3000.0000.9372810.81滚刀把10000.0000.8528517.61水m30.960435.000417.60其他材料费元43746.0000.0502187.30三机械费元150387.03反井钻机LM-200台班3828.55239.000149313.53载重汽车汽油型5.0t台班214.7005.0001073.50四其他费用元14303.55其他费用%7.20%198660.34714303.55五综合管理费(含利润)元24.00%212963.89251111.33六合计元264075.23七单价元2539.18竖井手风钻3×3m断面扩挖总长度：104m表9-4序号项目名称单位单价数量合计备注一人工费元27412.20人工工日31.40873.0027412.20二材料费元13615.53合金钻头个36.0052.241880.65空心钢kg8.7626.82234.93炸药(2#岩石胺锑)kg4.671610.987523.26火雷管8#个0.542225.571201.81导火线m0.634404.582774.88三机械费元11866.93风钻手持式台班95.32110.8110562.68修钎设备台班607.011.49904.40载重汽车汽油型5.0t台班214.701.86399.86专业技术资料 word资料下载可编辑四其他费用元3808.42其他费用%7.20%52894.663808.42五综合管理费(含利润)元24.00%56703.0713608.74六合计元70311.81七单价元676.08（备注：竖井3×3m断面扩挖根据竖井设计开挖尺寸是否采用，根据经验，断面面积小于40m2的可不需要进行3×3m断面扩挖）根据上表开挖3×3m竖井每米单价为676.08+832.48+2539.18=4047.74元/m，拆合成方量为4047.74/(3×3×1)=449.74元/m3。对于斜井施工这里暂不作分析。9.4反井钻机导井法施工效益分析根据以上的分析可以得知，在其它条件相同的情况下，反井钻机施工纯经济成本比统传工艺高262.32元/m3，但施工时间缩短30天。由此可见，反井钻机施工在进度上具有较大的优越性。除此以外，反井钻机还具有其它特定的优点：(1)提高了水电施工的机械化程度，提高了生产率，缩短了水电站及水利枢纽建设周期，使投资单位提前获得经济效益成为可能。(2)不需要施工人员至开挖面施工，提高了竖井、斜井施工的安全性，保证了施工人员的生命安全，具有良好的社会安全效益。(3)由于不使用炸药，避免了空气污染，保护了工区附近的生态环境，且不会对周边建筑物造成损坏。(4)解决了按常规施工方法竖井、斜井施工过程中通风散烟问题，改善了施工环境，保护了施工人员的身体健康。并且由于进度快，能很快形成通风通道，改善了其它相连施工部位通风条件，节省了通风散烟费用。专业技术资料 word资料下载可编辑9.5反井钻机导井法施工方法综合效益评判模型9.5.1层次结构模型的建立把复杂的问题的有关的各个因素按照不同属性自上而下分解为若干层次。同一层次的诸多因素从属上一层因素或对上一层因素有影响，同时又支配下一层因素或受下层的作用。最上层为目标层，一般只有一个元素。中间为准则层、自准则层、最下层为方案层，如图9-1所示。9.5.2构造比较判断矩阵根据层次结构，对上一层因素而言，要其下一层次中所有与它有关联的元素之间两两比较其重要关系，比较结果按1－9的比较尺度定量表示标出(表9－5)，构造比较判断矩阵，直到最下层。专业技术资料 word资料下载可编辑标度值的确定表9-5Xi与Xj比较bijbji同样重要11稍微重要31/3明显重要51/5强烈重要71/7极端重要91/9注：相邻判断取上述中值9.5.3判断矩阵的排序这一步又称层次单排序，即在层次分析中由单一判断矩阵计算元素之间相对其准则的重要性权重，层次单排序是通过求下述特征值得到的：其中B是判断矩阵，λmax是B的最大特征值，W是λmax对应的特征向量，W就是我们要找的各因素相对重要性权重向量，下面用算术方根法求出权重向量W和对应的最大的特征值λmax。(1)计算判断矩阵B每一行元素的乘积＝(=1，2，...，n)(2)计算Mi的n次方根，，＝(3)对向量＝[，，.....]进行归一化由此得到的即矩阵W＝[W1，W2，...，Wn]就是所要得到的判断矩阵特征向量，即单层次排序权重值。(4)判断矩阵的最大特征根为专业技术资料 word资料下载可编辑9.5.4一致性检验所谓判断一致性，是指判断矩阵具备完全一致性，即判断矩阵B的元素应满足如下条件bij＝bik/bjk(j，i，K＝1，2，...，n)根据矩阵理论，这时判断矩阵具有唯一非零的，也就是最大特征值λmax＝n，其余的特征值均为零；当判断矩阵具备一致性时，λmax会稍大于n，且其余的特征根会趋于零。矩阵偏离完全一致性时，其余特征根会发生相应的变化，所以可以利用判断矩阵特征的变化来检验其完全一致性程度，这也是一致性检验的理论依据，用一致性指标CI来作为一致性检验。即由于矩阵阶数越大，完全一致性越难达到，为测量不同阶层的判断矩阵的一致性，再给出平均随机一致性指标RI，RI值可通过查表18得到。RI取值表表9-6n123456789RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.45不难看出，CI值越小，说明λmax与n相差越小，即判断矩阵更接近完全一致性，所以希望CI值越小越好。当随机一致性比率CR＝CI/RI＜0.10时，判断矩阵的一致性检验通过，即认为具有满意的一致性。否则就应重新考虑并调整判断矩阵的元素，使之达到满意的一致性为止。9.5.5层次总排序若Ak（k＝1,2,3…,m）为上层因素，BJ（j＝1,2,3…n）为相邻的下层因素，在求出上层因素的总排序ak（k＝1,2,3,…m）和下层因素Bi相对于AK的单排序bjk（j＝1,2,3…n）之后，Bj相对于最高层因素的总排序为。（＝1,2,3…n）每进行一层的递推，都须作相应的层次总排序的一致性检验。假定B层次因素对AK单排序的一致性指标为CIK，相应的平均随机一致性指标为RIK，则B专业技术资料 word资料下载可编辑层次总排序的随机一致性比率为当求出CR＜0.10时，表时该层次总排序的结果具有满意的一致性。9.6反井钻机导井法施工与手风钻导井法施工效益评判9.6.1反井钻机导井施工法与手风钻导井施工法层次模型将手风钻导井施工法与反井钻机导井施工法设定为两种效益方案：(1)手风钻导井施工法(方案一)：是用传统的手风钻钻孔,人工装药爆破形成导井,再扩孔形竖井和斜井。(2)反井钻机导井施工法(方案二)：是采用机械方法形成一定直径的导井,再扩孔形竖井和斜井。为了全面进行两种方案综合效益，主要考虑施工工艺、施工安全程度、施工成本、施工工期等影响因素进行综合分析，通过系统分析和专家评议建立了图9-2的层次模型。综合效益施工工艺施工安全程度施工成本施工工期Pl（方案一）Pl（方案二）目标层A准则C方案层P图9－2层次结构模型图共为三层，第一层为目标层（即综合效益(A)），第二层为准则层，分为施工工艺(C1)、施工安全成度(C2)、施工成本(C3)、施工工期(C4)；第三层为方案层(P)，分为手风钻导井施工法(P1)和反井钻机导井施工法(P2)。专业技术资料 word资料下载可编辑9.6.2层次分析结果综合效益分析评价体系的层次结构模型中共五个判断矩阵，即准则层判断矩阵1个(A－C)，不同准则大方案判断矩阵4个（A1－P、A2－P，A3－P，A4－P），其判断矩阵各元素取值及分别计算出的最大特征根、特征向量向一致性检验性结果如表9-7所示。综合效益分析模型中的判断矩阵及其单层次计算结果。表9-7AC1C2C3C4C1C2C3C413791/31681/71/6111/91/8110.0430.0800.40860.4677λmax=4.1257,CI=0.0419,RI=0.90CR=0.04655C1P1P2P111/30.2499P2310.7500λmax=1.998,CI=0.0002,RI=0.00CR=C2P1P2P1P211110.50.5λmax=2,CI=0,RI=0.00CR=C1P1P2专业技术资料 word资料下载可编辑P1P2131/310.24990.75000.2499λmax=1.998,CI=0.0002,RI=0.00CR=C4P1P2P111/20.3333P2210.6666λmax=,CI=0,RI=0.00,CR=在本次计算结果基础上,分别可以得出综合效益分析为目标的总排序结果(如表9-8)总排序结果表9-8CC1C2C3C4P层次P0.0430.0800.40860.4677总排序P10.50000.66660.24990.33330.3087P20.50000.33330.75000.66660.6904CI=,RI=0.90CR=从表9-8，可知，综合效益评价方案(A－P)的权属为[0.3087，0.6904]，即综合效益最优为采用反井钻机导井法施工。专业技术资料 word资料下载可编辑第十章施工总结随着电站的发展，竖井及斜井的长度在不断增加，采用人工手风钻的施工方法已逐步满足不了工程施工进度及安全的需要。而反井钻机导井法施工由于不需要爆破、钻进速度快、效率高、比钻爆法相比工期缩短很多、且施工人员不需留在井内施工，安全性较好等特点。因此，反井钻机已被世界众多国家采用，可以说，国际上的反井钻机导井法施工发展速度正在日新月异。但对我国来说，还是一种新型的施工机械，一般在煤炭、矿山中应用较多，主要应用于中软岩地层，在水电行业还在刚刚起步，在花岗岩等硬岩中实施基本上属于空白，无成功实例。由于国外反井钻机昂贵的价格使得许多施工单位目前仍难以接受，而国内反井钻机仍有许多问题正在待解决。我局在采用LM-200型反井钻机进行导井法施工后，经过广大科技工作者的不懈努力，特别是通过水布垭电站、小湾电站、三板溪电站、广东惠蓄电站等工程实践应用后，已在中硬岩（如灰岩）、硬岩（玄武岩、花岗岩）或不良地质段（水布垭电站）的竖井及斜井施工中均有重大突破，并掌握了在硬岩及不良地质段施工中的关键技术，对国内反井钻机的改良提出了很好的思路，相信通过这些关键技术的掌握，将会对推动国内反井钻机导井法施工在水电施工行业的全面推广起到很大的作用，从而对发展生产力，提高安全生产与文明施工管理水平，保证国民经济持续、快速、健康发展具有重大意义。另外，在今后的研究与实践中，我局将向如下几方面努力：（1）结合我局采用其它钻机钻孔的经验。由工程局总工程师负责组织局内技术人员将导孔钻进改为风动冲击钻进进行理论证和实践，以进一步加快导孔施工速度。（2）仔细分析导孔排碴粒径及造孔速度情况，进一步研究适应各种岩石的钻头，提高钻机使用效率。（3）根据目前钻杆的刚度及斜井造孔存在偏斜情况，与反井钻机制造厂家共同配合对钻杆、钻机作进一步改良，提高斜井造孔精度。专业技术资料