1.本发明涉及竖
、基于
斜井开挖技术领域，反井方法具体涉及基于反井钻进工艺的钻进二次成井施工方法，适用于抽水蓄能电站
、工艺
常规水电站或其它地下竖井开挖工程
。成井
背景技术：
2.目前水电站竖（斜）井施工主要以人工操作为主的施工钻爆凿井方法，采用此种钻爆凿井方法在凿井爆破过程中不仅会产生大量噪声
、流程
粉尘，基于而且扩挖爆破由于受作业空间限制通常无法采用机械排险
、反井方法
溜渣，钻进只能以人工方法进行，工艺人工作业效率低，成井无法满足工期的施工要求；此外，爆破后极易对围岩结构造成破坏，流程带来围岩滑塌风险，基于另外选择人工排险
、
溜渣易引发安全事故
。
3.工程也有采用反井钻技术进行竖（斜）进施工，但是采用反井钻技术施工竖井时，多数采用反井钻头开挖导井，形成溜渣井，再利用扩挖形成的溜渣井进行人工钻爆扩挖
。
虽简化了施工工艺，但主要的工程量还是在人工扩挖上，同样会有围岩滑塌等风险
。
4.也有一些工程应用到了反井钻机一次成井技术，其基本工艺过程为，从先导孔直接一次扩挖成井，这种方法对导孔偏斜率有极高要求，导孔的偏斜会直接影响到竖井的成型质量，如果导孔产生偏斜，就需要进行纠偏作业，导孔的纠偏通常选择撤杆
、
灌浆
、
重打的方式，就增加了工程量；而且过度偏斜的竖井无法衬砌，需要选择人工爆破对竖井进行二次施工纠偏
。
这些情况都会严重影响施工效率，导致一次成井技术应用范围受较大限制
。
5.在
cn104196442a
中公开了一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，利用反井钻机在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一导孔，导孔形成后在下弯段钻头更换成扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成溜渣导井
。
尽管，其采用导孔和反井钻机的组合施工方法，但是其在导孔施工过程中仍然存在导孔偏斜问题，这就无法保证后续溜渣导井在施工过程中发生偏斜的问题
。
6.在
cn111441718a
中公开了大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法
、
系统及应用，先采用钻爆法开挖上平洞和下平洞，并在上平洞和下平洞中进行导孔施工，接着对导孔进行刷大，再采用反井钻机正向钻进开挖，最后在下部更换扩挖钻头，反向钻进扩挖形成导井
。
尽管也采用多次钻进施工，但是反井钻机的第一次钻进是基于原始导孔直接进行正向钻孔，第二次钻进与第一次钻进共用反井钻机和钻杆，并不能真正解决导井偏斜从而造成后续竖井成型偏斜的问题
。
技术实现要素：
7.为解决上述问题，本发明提供基于反井钻进工艺的二次成井施工方法，此方法在第一次反井钻机挖出导井的基础上进行第二次扩挖施工，有效消除了先导孔偏斜对成井的影响，避免了传统方式扩孔后需人工爆破纠偏；提高了施工效率与安全性，提高了扩孔施工的自动化程度，有效杜绝安全事故的发生
。
8.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：基于反井钻进工艺的二
次成井施工方法，包括以下步骤：步骤1，定向钻孔的施工：在地下岩体内预先挖掘隧洞，在与隧洞相对应的地面上布置安装定向钻机，在定向钻机上安装复合钻杆和定向钻头，沿着竖
/
斜井的设计方向钻进地层并打穿地层，并连通隧洞完成定向钻孔的施工，再回撤复合钻杆；步骤2，定向钻孔的偏差测量：测量定向钻孔的轴线与竖
/
斜井设计中轴线的最大偏差距离
δ
；步骤3，先导孔的施工：拆卸定向钻机并安装反井钻机，连接小型反井钻杆和扩孔钻头，沿定向钻孔方向自上而下钻进扩孔钻头，进行二次刷孔形成先导孔，并保证小型反井钻杆不回撤；步骤4，导井的施工：选择半径为r的小型反井钻头，其中保证r＞
δ
，拆卸扩孔钻头并在小型反井钻杆端头更换安装小型反井钻头，回撤小型反井钻杆带动小型反井钻头反向开挖地层，延先导孔方向开挖形成导井；步骤5，竖
/
斜井的施工：拆卸小型反井钻头和小型反井钻杆，沿着竖
/
斜井设计方向下放大型反井钻杆至隧洞，并在大型反井钻杆头部安装大型反井钻头，通过反井钻机回撤大型反井钻杆，带动大型反井钻头沿着竖
/
斜井设计中轴线反向开挖地层，并贴合竖
/
斜井设计开挖线一次形成竖
/
斜井
。
9.优选的，所述步骤1中定向钻机布置安装之前，先采用混凝土在地面浇筑形成基础平台，再使用地脚螺栓将定向钻机固定于基础平台上，然后，再用混凝土将所有地脚螺栓完全封盖
。
10.优选的，所述步骤1中复合钻杆包括多根定向钻杆和稳定钻杆；钻进时，将定向钻杆安装在定向钻机上，将定向钻头安装在定向钻杆的头部，再在定向钻头尾端连接稳定钻杆组成复合钻杆，并启动定向钻机带动复合钻杆自上而下钻进地层
。
11.优选的，复合钻杆继续钻进过程中，当复合钻杆长度不足时，再在复合钻杆尾端固定连接相应的定向钻杆和稳定钻杆组成新的复合钻杆，继续沿自上而下的方向钻进地层，重复交替连接定向钻杆和稳定钻杆，直至获得与隧洞连通的定向钻孔，回撤复合钻杆，拆除定向钻机
。
12.优选的，所述定向钻杆向下钻进的过程中，定向钻杆相连处会发生一定的偏斜，定向钻杆受压力影响发生弯曲应力变形，定向钻杆相连处的偏斜与定向钻杆自身的弯曲应力变形叠加，导致整个定向钻杆偏离竖
/
斜井设计中轴线成螺旋式向下的定向钻孔
。
13.优选的，所述定向钻孔的直径尺寸能够保证定向钻杆在其内部上下自由移动，但直径比小型反井钻杆的直径小；定向钻孔中轴线成螺旋状，相对竖
/
斜井设计中轴线存在一定偏斜率
。
14.优选的，所述步骤4中导井中轴线与先导孔中轴线基本重合，成螺旋状，相对竖
/
斜井设计中轴线也存在一定偏斜率，但是，保证导井半径r大于先导孔的偏差，使得大型反井钻杆能沿竖
/
斜井设计中轴线笔直下放至底部的隧洞
。
15.优选的，所述大型反井钻杆的直径大于小型反井钻杆的直径，并能带动大型反井
钻头自下而上反向开挖地层
。
16.优选的，所述大型反井钻头直径大于
4 m
，能安装在大型反井钻杆末端，随大型反井钻杆上升开挖地层形成竖
/
斜井
。
17.优选的，所述竖
/
斜井的中轴线与竖
/
斜井设计中轴线基本重合，偏斜率接近于
0。
18.优选的，所述步骤3中扩孔钻头直径在
250 mm~600 mm
之间
。
19.优选的，所述步骤5中竖
/
斜井成型之后，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁
。
20.优选的，扩孔过程是大量破碎岩石的过程，需要根据地层岩石条件来确定扩孔钻头的型号以及破岩滚刀的布置形式，并制定相应的钻进参数，以达到最高效率钻进的目的
。
21.优选的，所述大型反井钻杆的直径尺寸选择要保证其在导井内部下放过程中不会受到导井内壁的干涉，以使得大型反井钻杆的轴线与竖
/
斜井设计中轴线相重合
。
22.本发明有如下有益效果：
1、
采用本发明的施工方法，通过定向钻机和先导钻头率先开挖出先导孔，接着用小型反井钻头替换先导钻头，反向开挖地层形成导井，最后将大型反井钻杆置于导井内，保证了大型反井钻杆轴线与竖
/
斜井设计中轴线完全重合，再采用大型反井钻头二次反向开挖地层形成竖井
。
一方面，提高了扩孔施工的自动化程度，真正实现“零爆破”，提高了施工效率，有效杜绝安全事故的发生；另一方面，采用反井钻进工艺进行两次扩挖形成竖井，可以最大限度效消除了先导孔偏斜对竖井的影响，既避免定向钻钻孔时的撤杆
、
灌浆
、
重打等纠偏方式，又解决了反井钻机工艺一次扩挖成井后需人工爆破纠偏的问题，提高了施工效率
。
23.2、
本发明中通过选用通过稳定钻杆配合定向钻杆能够尽可能的保证所施工的定向钻孔的精度，尽可能降低其与竖
/
斜井设计中轴线之间的偏差
。
24.3、
本发明中针对偏斜问题，采用后续的先导孔
、
导井和二次反井施工的工艺来克服初始偏差的影响，进而保证最终竖
/
斜井的一次成型
。
25.4、
本技术中通过选用半径r大与最大偏差距离
δ
的尺寸选择，保证了所形成的导井能够钻出沿着竖
/
斜井设计中轴线的导井，使得导井的尺寸能够覆盖竖
/
斜井设计中轴线，进而露出竖
/
斜井设计中轴线，为后续二次反挖提供施工基础
。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
。
27.图1为本发明施工流程图
。
28.图2为本发明定向钻孔的施工示意图
。
29.图3为本发明图2中a局部放大图
。
30.图4为本发明先导孔的施工示意图
。
31.图5为本发明图4中b局部放大图
。
32.图6为本发明导井的施工示意图
。
33.图7为本发明图6中c局部放大图
。
34.图8为本发明竖
/
斜井的施工示意图
。
35.图中：
1-隧洞，
2-基础平台，
3-定向钻机，
4-定向钻头，
5-复合钻杆，
6-竖
/
斜井设计
中轴线，
7-竖
/
斜井设计开挖线，
8-定向钻孔，
9-反井钻机，
10-小型反井钻杆，
11-扩孔钻头，
12-先导孔，
13-小型反井钻头，
14-导井，
15-大型反井钻杆，
16-大型反井钻头，
17-竖
/
斜井
。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明
。
37.实施例1：参见图
1-8
，基于反井钻进工艺的二次成井施工方法，包括以下步骤：步骤1，定向钻孔8的施工：在地下岩体内预先挖掘隧洞1，在与隧洞1相对应的地面上布置安装定向钻机3，在定向钻机3上安装复合钻杆5和定向钻头4，沿着竖
/
斜井的设计方向钻进地层并打穿地层，并连通隧洞1完成定向钻孔8的施工，再回撤复合钻杆5；进一步优选的，为了保证定向钻机3的安装稳定性，以保证后续的正常钻孔施工，在定向钻机3布置安装之前，先采用混凝土在地面浇筑形成基础平台2，再使用地脚螺栓将定向钻机3固定于基础平台2上，然后，再用混凝土将所有地脚螺栓完全封盖
。
通过上述结构来保证定向钻机3固定的可靠性
。
38.进一步优选的，由于地层的岩层结构相对复杂，定向钻头4在钻进过程中，无可避免的会产生偏差，为了尽可能的减小定向钻头4的钻进偏差，复合钻杆5包括多根定向钻杆和稳定钻杆；钻进时，将定向钻杆安装在定向钻机3上，将定向钻头4安装在定向钻杆的头部，再在定向钻头4尾端连接稳定钻杆组成复合钻杆5，并启动定向钻机3带动复合钻杆5自上而下钻进地层
。
进而通过稳定钻杆配合定向钻杆能够尽可能的保证所施工的定向钻孔8的精度，尽可能降低其与竖
/
斜井设计中轴线6之间的偏差
。
39.进一步优选的，复合钻杆5继续钻进过程中，当复合钻杆5长度不足时，再在复合钻杆5尾端固定连接相应的定向钻杆和稳定钻杆组成新的复合钻杆，继续沿自上而下的方向钻进地层，重复交替连接定向钻杆和稳定钻杆，直至获得与隧洞1连通的定向钻孔8，回撤复合钻杆5，拆除定向钻机
3。
通过上述的复合钻杆5的接长能够实现大长度的竖
/
斜井施工，有效增强了其适应性
。
40.进一步优选的，所述定向钻杆向下钻进的过程中，定向钻杆相连处会发生一定的偏斜，定向钻杆受压力影响发生弯曲应力变形，定向钻杆相连处的偏斜与定向钻杆自身的弯曲应力变形叠加，导致整个定向钻杆偏离竖
/
斜井设计中轴线6成螺旋式向下的定向钻孔
8。
其中，也正是由于定向钻孔8的偏斜无法避免，也无法从跟本上进行克服，这样采用传统的施工方法，就会导致后续所成型的竖
/
斜井就会偏斜，进而无法满足设计要求，造成废孔的问题
。
基于此，本发明中，针对偏斜问题，采用后续的先导孔
、
导井和二次反井施工的工艺来克服初始偏差的影响，进而保证最终竖
/
斜井
17
的一次成型
。
41.步骤2，定向钻孔8的偏差测量：测量定向钻孔8的轴线与竖
/
斜井设计中轴线6的最大偏差距离
δ
；其中，偏差距离
δ
为定向钻孔8避免不了的偏差，若要控制偏差距离
δ
较小，则需要耗费大量的时间和经济成本，但只要选择半径r＞
δ
的小型反井钻头，并进行二次反井钻进施工成井，则可以避免定向钻孔偏差带来的影响；进一步优选的，所述定向钻孔8的直径尺寸能够保证定向钻杆在其内部上下自由
移动，但直径比小型反井钻杆
10
的直径小；定向钻孔8中轴线成螺旋状，相对竖
/
斜井设计中轴线6存在一定偏斜率；其中，进行定向钻孔8的偏差距离
δ
的测量，其主要是为了后续便于对小型反井钻头
13
的尺寸进行选定，进而保证了后续采用小型反井钻头
13
施工过程中，能够通过小型反井钻头
13
一次性的形成先导孔
12
进而完成露出竖
/
斜井设计中轴线6，以便于后续对小型反井钻杆
10
的布置安装
。
42.步骤3，先导孔
12
的施工：拆卸定向钻机3并安装反井钻机9，连接小型反井钻杆
10
和扩孔钻头
11
，沿定向钻孔8方向自上而下钻进扩孔钻头
11
，进行二次刷孔形成先导孔
12
，并保证小型反井钻杆
10
不回撤；由于先导孔
12
主要是参照定向钻孔8的方向进行钻进，因此，在先导孔
12
钻进过程中也不可避免的会产生形成螺旋状，进而存在一定的偏差，但是此先导孔
12
主要是后续的导井
14
的施工提供基础，尽管其跟随定向钻孔8一致，还是存在偏差，但是并不会影响后续的反井施工工艺，基于此，此处的偏差，在具体施工过程中不需要额外进行处理
。
43.步骤4，导井
14
的施工：选择半径为r的小型反井钻头
13
，其中保证r＞
δ
，拆卸扩孔钻头
11
并在小型反井钻杆
10
端头更换安装小型反井钻头
13
，回撤小型反井钻杆
10
带动小型反井钻头
13
反向开挖地层，延先导孔
12
方向开挖形成导井
14
；进一步优选的，所述步骤4中导井
14
中轴线与先导孔
12
中轴线基本重合，成螺旋状，相对竖
/
斜井设计中轴线也存在一定偏斜率，但是，保证导井
14
半径r大于先导孔
12
的偏差，使得大型反井钻杆
15
能沿竖
/
斜井设计中轴线6笔直下放至底部的隧洞1；基于此，本技术中通过选用半径r大与最大偏差距离
δ
的尺寸选择，保证了所形成的导井
14
能够钻出沿着竖
/
斜井设计中轴线6的导井
14
，使得导井
14
的尺寸能够覆盖竖
/
斜井设计中轴线6，进而露出竖
/
斜井设计中轴线6，为后续二次反挖提供施工基础
。
44.步骤5，竖
/
斜井
17
的施工：拆卸小型反井钻头
13
和小型反井钻杆
10
，沿着竖
/
斜井设计方向下放大型反井钻杆
15
至隧洞1，并在大型反井钻杆
15
头部安装大型反井钻头
16
，通过反井钻机9回撤大型反井钻杆
15
，带动大型反井钻头
16
沿着竖
/
斜井设计中轴线6反向开挖地层，并贴合竖
/
斜井设计开挖线7一次形成竖
/
斜井
17。
45.进一步优选的，所述大型反井钻杆
15
的直径大于小型反井钻杆
10
的直径，并能带动大型反井钻头
16
自下而上反向开挖地层
。
46.进一步优选的，所述大型反井钻头
16
直径大于
4 m
，能安装在大型反井钻杆
15
末端，随大型反井钻杆
15
上升开挖地层形成竖
/
斜井
17。
47.进一步优选的，所述竖
/
斜井
17
的中轴线与竖
/
斜井设计中轴线6基本重合，偏斜率接近于
0。
48.进一步优选的，所述步骤3中扩孔钻头
11
直径在
250 mm~600 mm
之间
。
49.进一步优选的，所述步骤5中竖
/
斜井
17
成型之后，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁
。
通过上述的布置方式，能够用于对成型之后的竖
/
斜井
17
进行有效的支护
。
50.进一步优选的，扩孔过程是大量破碎岩石的过程，需要根据地层岩石条件来确定扩孔钻头的型号以及破岩滚刀的布置形式，并制定相应的钻进参数，以达到最高效率钻进的目的
。
通过上述的钻头选择，增强了适应性，进而保证了能够适应不同岩层
。
51.进一步优选的，所述大型反井钻杆
15
的直径尺寸选择要保证其在导井
14
内部下放过程中不会受到导井
14
内壁的干涉，以使得大型反井钻杆
15
的轴线与竖
/
斜井设计中轴线6相重合
。
通过上述的尺寸选择保证了在最后的反井施工过程中，所成型的竖
/
斜井
17
是刚好满足竖
/
斜井设计中轴线6的井，保证了成型精度，并有效克服了原始定向钻孔8的偏差影响
。
52.实施例2：本发明提供了一种基于反井钻进工艺的二次成井施工方法，本发明采用如下技术方案
。
方案中定向钻孔开孔和先导孔扩孔钻进方向为正向钻进方向，小型反井钻头
13
和大型反井钻头
16
扩孔钻进方向为反向钻进方向
。
本实施例以反井钻竖井钻进施工为例进行说明，步骤如下：
s1
：施工前准备
。
地下岩体内挖掘有隧洞1，在与隧洞相对应的地面上布置定向钻机3的过程前，先用混凝土浇筑形成基础平台2，再使用地脚螺栓将定向钻机3固定于基础平台2上，然后再用混凝土将所有地脚螺栓完全封盖；
s2
：按照定向钻机3的使用要求，在与隧洞1相对应的地面上布置定向钻机3，提供
φ
195mm
定向钻头
4、
多根稳定钻杆和定向钻杆；
s3
：将定向钻头4安装在定向钻机3上，再在定向钻头尾端连接一根稳定钻杆组成复合钻杆5，并启动定向钻机带动复合钻杆5自上而下钻进地层；
s4
：在复合钻杆尾端固定连接一根定向钻杆组成新的复合钻杆5，继续沿自上而下的方向钻进地层；
s5
：重复
s4
，交替连接定向钻杆和稳定钻杆，直至获得与隧洞连通的定向钻孔8，回撤复合钻杆，拆除定向钻机；
s6
：采用测量仪器测出定向钻孔中轴线相对竖井设计中轴线最大偏差
δ
为
0.7m
，选择小型反井钻头
13
的半径r为
1m
，大于
0.7m
；
s7
：按照反井钻机的使用要求安装反井钻机9，提供小型反井钻杆
10、
φ
350mm
扩孔钻头
11、
φ
2m
小型反井钻头
13、
大型反井钻杆
15
和
φ
7m
大型反井钻头
16
；
s8
：在小型反井钻杆
10
末端安装扩孔钻头
11
，由反井钻机9带动小型反井钻杆和扩孔钻头自上而下沿定向钻孔方向钻入地层到达隧洞，形成先导孔
12
；
s9
：拆除扩孔钻头
11
，在小型反井钻杆末端装配小型反井钻头
13
；
s10
：沿先导孔
12
方向回撤小型反井钻头
13
，带动小型反井钻头
13
反向开挖地层形成导井
14
，其中导井半径为
1m
，在施工过程中导井中轴线相对竖井设计中轴线产生的最大偏差为
0.7m
，小于导井半径，符合二次钻进的要求；
s11
：沿竖井设计中轴线方向笔直下放大型反井钻杆
15
至隧洞1，并在大型反井钻杆
15
末端安装大型反井钻头
16
；
s12
：回撤大型反井钻杆
15
，带动大尺寸的大型反井钻头
16
沿竖井设计方向自下而上开挖地层，形成竖井，竖井的边界线与设计竖井边界线基本重合；
s13
：反井钻机二次扩挖成井后，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员
功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁
。