非開挖技術在水庫壩下輸水涵管重建中的應用

羅林峰 潘明杰 劉 瑩

(1.浙江省水利科技推廣與發展中心， 浙江 杭州 310012；2.浙江省錢塘江管理局勘測設計院， 浙江 杭州 310016)

非開挖技術在水庫壩下輸水涵管重建中的應用

羅林峰1潘明杰1劉 瑩2

(1.浙江省水利科技推廣與發展中心， 浙江 杭州 310012；2.浙江省錢塘江管理局勘測設計院， 浙江 杭州 310016)

非開挖水平定向鉆進技術作為穿越地面及障礙物新技術，是利用水平定向鉆機以可控鉆進軌跡的方式，在不同地層和深度進行鉆進并通過定位儀導向抵達設計位置而鋪設地下管線的施工方法。該技術應用于水庫除險加固項目輸水涵管重建工程時，克服了采用布置虹吸管受工作水頭影響較大和爆破開挖輸水隧洞帶來的安全與進度難題，具有施工進度快、施工安全有保障、不影響壩體安全、建后管理更方便等優勢，目前在我省已經得到了逐步的應用。

非開挖技術；水庫大壩；輸水涵管；重建

1 前 言

浙江地處東南沿海，現有大中型水庫143座，小型水庫3410座，分布在丘陵、山區的10萬m3以下的山塘小水庫更是成千上萬。從近幾年水庫大壩安全鑒定結果看，水庫主要存在滲流安全、結構安全、溢洪道安全、輸水建筑物安全、防洪安全、管理設施不完善及其他安全問題。其中輸水建筑物存在問題主要包括：壩內涵管損壞漏水；建筑材料較差，壩中涵管多以磚石、漿砌石方涵以及陶瓦涵管為主。根據《浙江省山塘綜合整治技術導則》的規定：“土石壩壩下涵管原則上廢除，廢除后根據實際情況可采取設置倒虹吸管、開挖隧洞或在壩頭基巖中明挖設置埋入式的鋼筋混凝土涵管方式”。目前水庫除險加固項目輸水涵管重建中，主要采用布置虹吸管或開挖輸水隧洞的方式。虹吸管受工作水頭影響，主要在壩高10m以下的水庫山塘中應用；開挖輸水隧洞的方式，受工程用炸藥量的限制及施工安全等影響，該方法的使用者也越來越少。非開挖水平定向技術作為穿越地面及障礙物鋪設管道新技術，受到了水利工作者關注，并逐步引入應用于水庫壩下涵管重建中。

2 非開挖水平定向鉆進技術簡介

非開挖水平定向鉆進技術，是利用水平定向鉆機以可控鉆進軌跡的方式，在不同地層和深度進行鉆進并通過定位儀導向抵達設計位置而鋪設地下管線的施工技術。目前在電訊、自來水、污水、燃氣、電力和熱力等管線鋪設中都有廣泛的應用。該技術系在地表(除兩頭工作坑之外)不開挖的情況下即可鋪設多種地下管線的施工方法，社會經濟效益顯著，尤其在不具備開挖條件的地區鋪設管線時，如：穿越道路、河流、鐵路、建筑物等，定向鉆進鋪管技術更能顯示出優越性和科學性。

非開挖水平定向鉆進技術，應用于水庫壩下涵管重建時，可以在不開挖壩體的情況下，鉆頭和鉆桿通過導航儀的引導，穿越壩基巖層先形成一個導向孔，隨后在鉆桿柱端部換接大直徑的擴孔鉆頭和直徑小于擴孔鉆頭的待鋪設管線，在回拉擴孔的同時，將待鋪設的管道拉入鉆孔，完成鋪管作業，再在輸水管與孔壁之間充填混凝土砂漿防滲，最后形成新的輸水隧洞。非開挖水平定向鉆進技術適合鋪設直徑1.0m以內的PE管、鋼管，滿足水庫對不同輸水量管徑的要求。非開挖水平定向鉆進技術與常見水庫重建輸水涵管技術優劣比較見表1。

表1 非開挖水平定向鉆進技術與常見水庫重建輸水涵管技術比較

3 施工工藝

非開挖水平定向鉆進管線施工時，首先用導向鉆具鉆進小口徑的導向孔，然后用回擴鉆頭將鉆孔擴大至所需的口徑，最后將生產管拉入孔內，完成管線穿越工作。應用于水庫壩下涵管重建時，結合水利工程特點，總結為以下8步施工工藝。

a.鉆進線路設計。水庫壩下涵管長度較短，一般在120m以下，依照地質勘查資料，初步擬定設計線路。采用全站儀測定進出口平面位置和高差，依據洞軸線長度和高差計算鉆孔縱坡，確定鉆孔偏角，根據縱坡和偏角調整鉆桿入巖角度，便可完成較為精確的鉆進線路設計。

b.作業平臺開挖。施工平臺開挖應考慮機械設備正常運行、方便交通、孔洞軸線方向及孔洞縱向坡降等因素。作業平臺設置在距離洞口6～10m位置，寬度2.5～5m，長5～8m的操作平臺，主要依據非開挖設備的尺寸設置，平臺高程略低于孔洞進口約0.2～0.3m。

c.設備進場就位。完成施工進場道路修建及作業平臺開挖后，履帶式的非開挖鉆機可自主駛入作業場地。根據穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭和泥漿馬達，待鉆頭就位后，依據設計好的鉆進線路，調整鉆頭位置，將鉆頭定位在設計鉆進線路的入土點。

d.導向孔鉆進。鉆進施工過程在導向儀的指引下，每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求。定向鉆的方向控制系指方向測定、造斜和糾偏，通過導向設備使鉆頭按特定的方向前進，形成一條曲線，并通過有線或無線的方式傳到顯示儀上，如果與設定的坐標不符，說明鉆頭偏離了設計方向，需進行糾偏，如與既定坐標一致說明鉆頭按設計方向前進，直到鉆頭在預定位置出土完成整個導向孔的鉆孔作業。

e.擴孔。導向孔挖掘完成后，在出口將巖石擴孔器連接在鉆桿上，分級擴孔，相鄰兩級擴孔器的尺寸級差控制在80～120mm，具體施工可根據洞徑的大小或地層復雜情況分次回擴，直至達到設計要求。

f.回拖輸水管線。鉆孔回擴完成后將輸水管道連接在鉆桿上，利用鉆機回拉。由于擴好的孔中充有泥漿，輸水管線管壁四周與孔洞之間有泥漿潤滑，減少了回拖阻力，最終成孔直徑一般比管線直徑大100mm，便于將管道拖入已擴鉆孔內。為避免回拖過程中孔內落石、掉渣等情況，要求管線預先連接，避免邊連邊鋪，確保連接質量和鋪管的順利完成。

g.灌漿防滲處理。鋪管完成后，應對管壁與巖石接觸的縫隙進行灌漿，漿液以水泥漿為主，首先對進出口兩端進行封堵并預埋灌漿管，然后水泥漿在一定壓力下經灌漿管，灌入輸水管道與巖石孔直徑的縫隙內，完成防滲處理。

h.進出口處理。防滲處理完成后，安裝進出口設施，主要為進口閘閥、出口渠道等設施的修建。

4 注意事項

非開挖水平定向鉆進技術應用于水庫壩下輸水涵管重建，區別于通常土層非開挖鋪管的應用，有其特殊的注意事項。

a.設計線路巖石地層盡可能單一，若設計線路地層出現褶皺、斷層、裂隙、層間角度不整合等地質構造，地層情況復雜多變，將給水平定向鉆進造成許多困難，容易出現鉆孔用膨潤土漏失，降低鉆進功效。

b.不同的巖石硬度選擇不同的鉆頭，一般認為抗壓強度達到60MPa以上的巖石屬于堅硬巖石，施工過程中需使用硬質合金鑲齒牙輪鉆頭；對于微風化且石英質含量較高的砂巖層，可以考慮使用金剛石鉆頭。

c.鉆進泥漿要求，泥漿是水平定向鉆進的“血液”，具有十分重要的地位。泥漿在巖石隧洞工程的功能是攜帶鉆屑、冷卻鉆頭、噴射鉆進、回擴和拖管時潤滑管道等。泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成，應具有適當的粘度和流動性，攜帶鉆屑能力要強，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。

d.做好施工導流措施，水平定向鉆進導向孔施工一般只需2～3天，但擴孔階段往往占據工期的絕大部分時間。集雨面積大的水庫因降雨導致庫水位猛漲，影響擴孔，威脅鉆孔機械安全，需做好充足的導流預案，利用水庫原有防水設施，配備足夠的排水設備。

5 實例應用

該技術自2013年開始應用于浙江省水庫除險加固項目以來，已在數十座水庫、山塘壩下輸水涵管重建中得到了應用，特別是在浙江省江山市、磐安縣等縣(市、區)的大量應用，積累了許多應用經驗，部分水庫應用實例見表2。

表2 非開挖水平定向鉆進技術應用

6 結 語

非開挖水平定向鉆進技術在市政、電力、油氣等領域的管線鋪設中已經得到了廣泛的應用，引入到水利工程水庫壩下輸水涵管重建中，提出了更高的技術要求；該技術應用于水庫壩下輸水涵管重建時，要求能夠在短距離、正角度的條件下，開展巖體內定向鉆進。該技術克服了采用布置虹吸管重建輸水涵管受工作水頭影響較大、爆破開挖輸水隧洞帶來的安全與進度難題，具有施工進度快、施工安全有保障、不影響壩體安全、建后管理更方便等優勢。通過多座水庫除險加固項目的實施，目前該技術在我省已經得到了逐步的應用，收到了廣大水利工作者的歡迎。

[1] 范連志，張小會.小型水庫放水涵管常見的病險問題及加固處理措施[J].水利建設與管理，2011(9):72-73.

[2] 朱雪坤,劉孔英.虹吸管在小型水庫除險加固工程中的應用[J].水利建設與管理，2007(11):64-65.

[3] DBJ 13—102—2008水平定向鉆進管線鋪設工程技術規程[S].

Application of trenchless technology in water diversion pipeline and culvert reconstruction under reservoir dam

LUO Linfeng1,PAN Mingjie1,LIU Ying2

(1.ZhejiangWaterConservancyScienceandTechnologyPromotionandDevelopmentCenter,Hangzhou310012,China;2.ZhejiangQiantangjiangAdministrationSurveyandDesignInstitute,Hangzhou310016,China)

Trenchless horizontal directional drilling technology is regarded as a new technology of penetrating through the ground and obstacles.It utilizes horizontal directional drill to drill at the mode of controlling drilling trajectory at different strata and depths.Design position is reached through being guided by locator,thereby paving underground pipeline.When the technology is applied to reservoir risk removal reinforcement project water diversion pipeline and culvert reconstruction work,difficulties such as greater influence of working water head on the layout of siphon pipe as well as safety and progress difficulties due to blasting and excavation of water diversion tunnel are overcomed.It has the advantages of fast construction progress,secured construction safety,no influence on dam safety,more convenient management after construction,etc.The technology has been gradually applied in our province.

trenchless technology;reservoir dam;water diversion culvert and pipeline;reconstruction

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.003

TV67

B

1005-4774(2015)09-0008-03