文章介紹了非開挖定向鉆技術(shù)在小型水庫輸水涵管改造中的施工工藝及流程，分析了該方法在小型水庫輸水涵管改造中具有操作簡(jiǎn)單、開挖工程量小、施工工期短且對(duì)天氣適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)大壩影響較小并避免了沿涵管滲漏現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)非開挖定向鉆孔技術(shù)在工程實(shí)際中的應(yīng)用，表明該方法在在地質(zhì)地形條件適合的情況下在放水涵管改造中具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。
引言
水庫作為我國(guó)防洪保安工程體系與水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，多年來在防洪、灌溉、供水、發(fā)電、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大的作用。我國(guó)共有水庫8萬余座，這些小型水庫大部分建成于20世紀(jì)的50-70年代，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平、建筑材料、管理體制等方面的限制，90%以上的小型水庫是土壩，且放水設(shè)施大多采用了壩下涵管取水型式。由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差，加上管理設(shè)施和手段落后等原因，大部分涵管已出現(xiàn)各種各樣的病險(xiǎn)問題，威脅大壩的安全運(yùn)行，影響水庫效益的正常發(fā)揮，迫切需要對(duì)放水涵管進(jìn)行改造。
1非開挖定向鉆技術(shù)在涵管改造中的應(yīng)用
非開挖定向鉆技術(shù)是利用巖土鉆掘手段，在不開挖地表的條件下進(jìn)行管道鋪設(shè)的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)的開挖埋設(shè)管道相比具有不影響交通、環(huán)境破壞小、施工期短、安全性高及綜合成本高的特點(diǎn)，目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力、市政、自來水及煤氣管道的鋪設(shè)中。
1.1施工工藝及流程
采用非開挖定向鉆技術(shù)在壩肩巖石山體處鉆孔敷設(shè)管道作為放水涵管，施工分為以下6個(gè)工序：①施工前準(zhǔn)備；②鉆導(dǎo)向孔；③回拉擴(kuò)孔鉆頭成孔；④焊接輸水管；⑤牽引輸水管道入孔；⑥管道和鉆孔孔隙灌漿。
1.2操作步驟
1）施工準(zhǔn)備。
首先摸清施工范圍內(nèi)是否埋設(shè)有影響施工的管網(wǎng)管線等物品，確定沒有不利因素后才能進(jìn)行施工。
然后依據(jù)施工圖紙進(jìn)行施工放樣并設(shè)計(jì)好鉆桿軌跡，同時(shí)依據(jù)管徑、放水管埋深及管道施工放樣范圍內(nèi)的地質(zhì)情況確定單次牽引的管道長(zhǎng)度和管材。
2）鉆導(dǎo)向孔。
定向鉆機(jī)的鉆孔壓力施加在鉆桿尾部，采用鉆進(jìn)液輔助碎巖鉆頭鉆壓。鉆頭斷面為斜面，因此連續(xù)轉(zhuǎn)進(jìn)的鉆頭鉆出的孔縱剖面為直線，當(dāng)維持鉆頭某個(gè)方向不回轉(zhuǎn)加壓時(shí)使鉆孔發(fā)生偏斜。鉆頭內(nèi)或者緊靠鉆頭的地方安裝鉆孔方向探測(cè)裝置，探測(cè)裝置發(fā)出信號(hào)，根據(jù)地面接收器接收到的信號(hào)，可以實(shí)時(shí)跟蹤鉆孔的位置、深度及其它參數(shù)。
施工時(shí)將探測(cè)裝置安裝在鉆頭內(nèi)，鉆頭通過鋼管連接到定向鉆機(jī)上，然后定向鉆機(jī)通過鋼管對(duì)鉆頭施加壓力，將鉆頭打入山體；地面接收器可隨時(shí)接收探測(cè)裝置信號(hào)確定鉆頭的鉆進(jìn)方向與深度，定向鉆機(jī)根據(jù)此信息及時(shí)旋轉(zhuǎn)鉆頭，使鉆頭按照設(shè)計(jì)的方向和深度鉆進(jìn)，在山體中形成一條直徑為100mm的圓孔通道，圓孔中心線即為涵管的中心線。
3）回拉擴(kuò)孔鉆頭成孔。
圓孔初步形成后，將原鉆頭卸下后換裝上大一號(hào)的鉆頭，然后將鉆頭鉆孔回拉至初始位置，如此來回?cái)?shù)次擴(kuò)大孔洞，直至孔洞直徑滿足回拖涵管要求。為了防止鉆孔時(shí)塌孔，鉆孔時(shí)注射的水中添加具有固化洞壁、潤(rùn)滑鉆桿等作用的外加劑。
4）管道焊接。
管道接口質(zhì)量的好壞直接影響拉管施工的成功進(jìn)行，放水涵管為PE管，采用熱熔焊接連接管道。在施工條件允許情況下，管道焊接可在在溝槽上操作，焊接時(shí)應(yīng)臨時(shí)堵封管口。合格的焊縫管外圓周上應(yīng)有兩翻邊，兩翻邊的大小及形狀應(yīng)均勻一致，無鼓泡和裂紋等，翻邊之間的縫隙的根部不低于所焊管子的表面。
5）牽引輸水管道入孔。
鉆孔完成后，將管材連接成需要長(zhǎng)度，檢測(cè)管道強(qiáng)度及焊縫均符合要求后即可進(jìn)入牽引管道入孔施工。首先用管道堵頭將一端管頭密封，另一端與鉆頭相連，將管道緩慢拉入符合要求的孔洞中，即完成管道入孔施工。
6）管道和鉆孔孔隙灌漿。
輸水管道與孔洞間存在較大的間隙，為防止間隙滲水，在管道入孔完成后進(jìn)行水泥灌漿處理。
①清洗孔道：為保證注漿質(zhì)量，在注漿開始前需先對(duì)孔道進(jìn)行清洗，孔道清洗考慮從管道上游端開始，采用高壓水泵向孔道內(nèi)注水，在下游將產(chǎn)生的泥漿水引入泥漿池中，然后集中外運(yùn)。在下游孔道流出的水基本干凈后，方可停止上游注水。在孔道清洗時(shí)，排氣管的清洗也采用注水清洗；
②孔道注漿：管道牽引時(shí)，為滿足日后注漿需要，需事先預(yù)設(shè)兩根管道，沿管道通長(zhǎng)布置，一根用作注漿管，一根用作排氣管，注漿管采用PEIO0DN32高密度聚乙烯管，排氣管采用PE100DN40高密度聚乙烯管，并在管身通長(zhǎng)每隔0.5m鉆孔一個(gè)，并錯(cuò)開布置，以保證在任何情況下均能滿足排氣需要。注漿管和排氣管均布置在管端上游，注漿管布置在孔道底部，排氣管布置在孔道頂部。注漿前需先將上下游之間的孔道間隙進(jìn)行封堵，封堵內(nèi)側(cè)采用麻絮填塞，外側(cè)采用快硬性的鋁酸鹽水泥混凝土封堵；
③漿液拌制：灌漿漿液的的配合比嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求利用砂漿攪拌機(jī)拌制，所有拌制漿液的原材料必須經(jīng)過計(jì)量，攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆驖{液后（≥3min）方可開始灌漿，灌漿過程中攪拌機(jī)應(yīng)不間斷緩慢攪拌漿液；
④灌漿：灌漿開始前應(yīng)全面檢查灌漿材料與設(shè)備，包括壓力表、拌儲(chǔ)漿系統(tǒng)、壓漿管、灌漿泵等。為保證灌漿質(zhì)量，灌漿應(yīng)連續(xù)作業(yè)，勿隨意中斷灌漿作業(yè)。灌漿從下游開始，注滿一段后，將注漿管拔出一段，逐步完成整個(gè)過程的注漿。灌漿機(jī)啟動(dòng)后開始灌漿，灌漿壓力控制在0.1-0.3MPa，當(dāng)壓力達(dá)到0.3MPa時(shí)，停止灌漿，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況將灌漿管拔出一段后繼續(xù)灌漿。再次灌漿壓力保證在0.1MPa以上，待灌漿壓力再次達(dá)到0.3MPa時(shí)，再將注漿管拔出一段，重復(fù)以上循環(huán)過程，完成整個(gè)灌漿。灌漿過程中漿液流速控制在0-45L/min。為確保灌漿漿液達(dá)到一定壓力，整個(gè)灌漿過程中灌漿管均需埋在漿液內(nèi)，以填補(bǔ)巖層縫隙。灌漿采用灌漿壓力為主和灌漿量為輔的雙控原則，當(dāng)灌漿量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，終止灌漿。
2非開挖定向鉆技術(shù)與其它涵管改造方法比較分析
2.1挖除老涵管、埋設(shè)新涵管
現(xiàn)階段壩下涵管改造使用方法較多的為挖除老涵管、埋設(shè)新涵管。該方法能發(fā)現(xiàn)原涵管破損程度及破損位置，找出原涵管破壞原因并提出合理的解決方案，方案施工方便，工序簡(jiǎn)單。但是該方法土方開挖量較大、工程投資較高、施工影響大；施工的季節(jié)性較強(qiáng)，遇到雨季無法施工影響工程進(jìn)度；同時(shí)由于原壩體土與回填土的不均勻沉降較易產(chǎn)生貫穿大壩的橫向裂縫，給大壩安全留下隱患。
2.2新建虹吸管
虹吸管是利用虹吸作用將水庫的水繞過壩頂引入下游輸水系統(tǒng)。該方案放水設(shè)施與壩體獨(dú)立，工程管護(hù)和維修相互分離，運(yùn)行過程中相互影響、制約的因素較少。但工程放水流量因水庫水位的影響不穩(wěn)定，運(yùn)行管理難度較大；由于虹吸管真空度的限制，為了保證虹吸管能正常工作，進(jìn)水口高程與虹吸管的最高點(diǎn)高差一般不超過8m，因此虹吸管適用于壩高小于10m的水庫，限制了虹吸管的應(yīng)用范圍。
2.3新建輸水涵洞
開挖隧洞需要有較好的地形及地質(zhì)條件，在地址條件較差的地區(qū)由于施工安全因素限制了隧洞的開鑿，且隧洞施工開鑿工程量較大，工程造價(jià)也較高，且施工工期較長(zhǎng)。
2.4非開挖定向鉆技術(shù)
非開挖定向鉆技術(shù)具有左右開挖量少、施工快；對(duì)天氣狀況適應(yīng)性強(qiáng)；對(duì)壩體擾動(dòng)較小，較好的解決了沿涵管滲漏的問題。
3. 工程應(yīng)用
某水庫集雨面積0.22km2，水庫總?cè)萘繛?2.19萬m3，是一座以灌溉為主的?。?）型水庫，大壩為均質(zhì)土壩，壩高10.16m，。原放水涵管位于水庫大壩左岸，為④30cm的壩下埋管，由于年代建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高，涵管除險(xiǎn)漏水現(xiàn)象。本工程對(duì)涵管的處理方案為對(duì)原有涵管進(jìn)行封堵，同時(shí)在左壩頭山體處采用非開挖定向鉆技術(shù)新建放水涵管，新建放水涵管長(zhǎng)度78m。
涵管進(jìn)水口高程41.55m，涵管進(jìn)水口采用CM-30型斜拉式鑲銅圓插門，并配IA-3t手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)，涵管出口高程41.2m，出口與下游現(xiàn)有渠道順接。管身段管道使用管材為高密度聚乙烯給水管，規(guī)格型號(hào)為PE100DN315，鉆孔直徑為50cm，在穿越管完成后進(jìn)行水泥回填灌漿處理。施工總工期15d，工期較短，沒有對(duì)其它施工造成影響，涵管建成后運(yùn)行良好。
