機鉆輸水洞在小型水庫（山塘）輸水涵管改造中的應用

符 佳，丁洪波

（1.湖南省湘西土家族苗族自治州水利局水利水電工程質量監督站，416000，吉首；2.湖南省永順縣水利局，416700，永順）

近年，湖南省湘西土家族苗族自治州在實踐中摸索經驗，將機鉆輸水洞應用于小型水庫（山塘）輸水涵管改造，造價低且安全可靠、施工速度快。湘西州的實踐，對廣大丘陵和山區同類工程建設有借鑒意義。

一、湘西州小型水庫涵管整治方案比選

湘西州位于湖南省西北部，州內已建成各類水庫686座，其中中型水庫 23 座、小（1）型水庫 138 座、小（2）型水庫525座，水庫總庫容約13億m3。這些水庫多數修建于20世紀60—70年代，其中85%以上為土石壩，由于歷史原因存在施工質量差等問題，特別是放水設施多采用壩體中埋設簡易涵管，材料以石灰及水泥漿為主，個別甚至為木涵管。經過40多年的運行，許多涵管砌石風化溶蝕十分嚴重，且層面粘結材料質量差，沿接觸面滲水嚴重，導致涵管周邊壩體土粒掏空而產生塌陷及滲透破壞，還有部分涵管堵塞，無法放水，嚴重影響了水庫效益發揮，并危及大壩安全。

當前涵管整治方法大多采用翻壩換涵管法或新建輸水隧洞法。翻壩換涵管法宜用于壩體不高的山塘等工程，在施工中還存在新涵管與壩體、新填筑壩體與老壩體接觸面防滲處理問題，且壩體開挖回填工程量大，施工質量要求高，因此工期較長，工程造價較高。新建輸水隧洞法又由于工程量大，施工安全影響因素等，工期較長，工程造價也較高。針對上述情況，湘西州水利局、永順縣水利局經過方案比選，同地質部門合作，在永順縣青坪、細作湖、二克、董格溪等小型水庫和米家灣、桐司湖山塘等工程建設中采用地質鉆機在地質條件較好的山體側鉆水平輸水洞的方法進行輸水涵管改造工程建設，不僅工期短，施工安全，運行可靠，且造價較低，收到了良好的效果，達到了改善輸水條件的目的。該技術已在湘西州小型水庫（山塘）除險加固中得到了全面推廣應用。

二、采用機鉆輸水洞法改造小型水庫（山塘）輸水涵管

1.適用范圍

機鉆輸水洞的施工主要受現有鉆進機械和輸水洞長度限制，根據經驗，輸水洞鉆進長度宜小于100m，機鉆輸水洞坡降宜在1/200以下，孔徑宜在400mm以下。這一施工方法對于小（2）型水庫、山塘等壩下涵管堵塞、險情嚴重但地質條件好的工程非常適用。

2.工藝及流程

采用地質鉆機從壩端下游鉆水平孔，孔內套PE、PVC塑管或鋼管代替原輸水涵管，同時對原存在問題的涵管進行封堵。主要工藝流程：機鉆輸水洞選線→測定進出口高程→開挖鉆機平臺→架設鉆機→調整鉆進角度→鉆孔并擴孔→洗孔→套管→充填灌漿→原涵管封堵。

3.操作步驟

①機鉆輸水洞選線及進出口高程的控制。在施工前應詳細了解工程的地形、地質和水文地質情況，探明工程范圍內地層的裂隙、破碎帶、溶洞、斷層等不良地質現象的分布情況，盡量選擇在山體巖層較厚、巖石堅硬完整、透水率低、洞線較短等無不良地質現象，且便于修建放水臥管、消力井及與下游渠道連接的區域。通過三角控制測量或視準線法確定較短的合理機鉆輸水洞軸線，在開孔端布置好基準樁及工作樁，采用水準儀閉合測量，布設好洞線的高程基點。軸線基準樁、工作樁、高程基點宜選在地基穩固、便于監測和不受外界影響的地點，基準點應不少于3個。

②開挖鉆機平臺。用人工或機械將施工場地平整好，以便地質潛孔鉆機能行駛、進出及操作。一般需要修一條寬3m左右的便道，坡度控制在30%以內。

③鉆孔。鉆機就位時要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好，保證鉆機正常工作。鉆機安裝必須平正穩固，鉆孔應埋設孔口管，鉆機鉆桿軸和孔口管方向必須與設計方向一致。鉆機基座地基必須穩固，必要時對鉆機平臺進行基礎處理，并在周邊設好排水溝。鉆孔采用改裝過的地質鉆機或潛孔鉆機鉆進，調整好鉆進角度，開口孔位與設計位置偏差不大于10 cm，鉆具采用金剛石或硬質合金鉆頭。鉆孔孔壁應平直完整。鉆孔時應對巖層、巖性及孔內各種情況進行詳細記錄。如鉆孔過程中遇有洞穴、塌孔導致卡鉆或鉆孔困難時，應利用壓力水洗孔或重新開孔。在鉆孔過程中采用視準線法對軸線基準樁與鉆孔軸方向隨時觀測，及時糾偏。終孔后應對設計軸線、高程進行復核，若終孔的位置及高程偏差超過設計值時，應按監理指示采取其他補救措施，或報廢原孔重新鉆孔。

④鉆孔沖洗、裂隙沖洗。鉆孔結束后，通入大流量水流對孔壁進行沖洗，直至回水清凈延續5～10分鐘止。在巖溶、斷層、大裂隙等地質條件復雜地區裂隙沖洗方案經現場灌漿試驗后確定。

⑤套管。套管前一般都需對管材進行加工，加工時必須注意接頭要牢固防止拉脫，接縫要密封防止漏漿。將套管送入機鉆輸水洞內，套管可以從上游往下游進入，也可以從下游往上游進入，具體視施工現場條件而定。

⑥封口并灌漿。在套管套入機鉆輸水洞后，用混凝土將套管進出口兩端與山體接合部封堵，并在進出口的頂部預留排氣孔，在進口設置灌漿孔。當進出口封堵的混凝土達到設計強度后，灌漿即可開始。灌漿一般采用多缸活塞式灌漿泵，有條件時也可采用重力流灌，若采用機械灌漿，一般灌漿壓力達到0.2MPa即可。若采用重力灌漿，泥漿桶與涵管進口的高度差不小于最大壩高。漿液水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級為32.5，灌純水泥漿。水灰比開始為 10∶1，逐漸加濃，終期可采用3∶1。漿液由進口預留的灌漿管灌入，待到出口排氣孔出漿后，關閉排氣孔閥門，然后繼續灌注，進口排氣孔冒漿后，關閉進口排氣孔閥門，同時對灌漿孔進行壓力灌漿，當漿液入注率低于1 L/min后，繼續灌注30分鐘，即可結束灌漿。

⑦原涵管封堵。先將原涵管的進口和出口適當挖除一段（一般為3m），并采用混凝土或漿砌石封堵，在原涵管進出口上側設置排氣孔，進口設置灌漿孔，待進出口封堵體達到設計強度后，進行管內回填灌漿，壩頂（涵管的正上方）沿軸線涵管內進行充填灌漿。灌漿結束后，原涵管上方進出口內外壩坡用砂壤土回填夯實，必要時鋪設土工膜進行防滲處理。

4.施工中應注意的事項

①機鉆輸水洞位置的選擇。在鉆孔過程中常會由于地質原因，如出現洞穴、塌孔等，易出現卡鉆、無法鉆進等現象，所以機鉆輸水洞應盡量選擇在山體巖層較厚、巖石堅硬完整、透水率低等無不良地質現象，且便于修建放水臥管、消力井及與下游渠道易于連接的區域。

②輸水洞軸線、終孔高程的控制。鉆機的平臺基礎必須穩固，鉆機必須與基礎固結牢固，同時要做好施工排水，以免因鉆孔排水造成地基沉陷，影響軸線及高程的偏差控制。在鉆孔過程中要隨時對軸線基準樁與鉆桿軸方向進行觀測，及時糾偏。

③套管。套管的選擇可以根據鉆孔的大小選用合適的管材，可以采用PVC管、PE管或鋼管。在套管前做好洗孔和掃孔，以免卡管。

④灌漿。灌漿工藝采用充填灌漿技術對套管與孔壁之間縫隙進行充填，主要是控制好漿液的變換和壓力。對地質情況較差的工程，為防止泥漿過多流失，可采用低壓濃漿、間歇停灌的方法。每次灌漿停止后，應將有關機械設備、輸漿管、灌漿孔沖洗干凈，防止凝塞。

⑤回填。涵管的上、下游壩坡回填土方時，兩側必須開鑿齒槽并逐層填土、逐層夯實（每層填土厚30 cm，夯實為20 cm），以防新舊體發生裂縫滲泄。

三、實例分析與經濟比較

細作湖水庫位于湘西州永順縣石堤鎮友誼村境內，壩址距永順縣城43 km，大壩為均質土壩，最大壩高8.6m，總庫容19.76萬m3。本次除險加固主要是對壩體、壩基、壩肩進行防滲處理，對大壩上下游壩坡進行整形，封堵原涵管和新建涵管、臥管、消力井等。處理方案是將原涵管封堵后，在其內側2～3m處采用地質鉆機，按照與原涵管洞線平行且進出口高程基本相同的條件新鉆輸水洞，全長54m，鉆機鉆孔孔徑為φ300，內部安裝φ250 PE塑管套管。輸水洞進出口兩端采用C15混凝土封堵墩進行封堵，套管與鉆孔間縫隙內進行充填灌漿處理。

細作湖水庫機鉆輸水洞施工選擇CYG-300型履帶式全液壓多功能鉆機。鉆機進入操作基坑后，為保障鉆機基座基礎穩固，一是在鉆機液壓支撐桿與基坑接觸面之間應用楔形塊塞緊，二是在孔口設置排水溝防止滲水進入基坑。細作湖水庫機鉆輸水洞施工設計鉆孔孔徑為φ300，鉆機采用φ75的金剛石鉆頭后接擴孔器，鉆桿每根長為1.5m。鉆具安裝調試完成后即可開鉆。

與新建輸水隧洞施工相比較，機鉆輸水隧洞優勢多，一是機鉆輸水洞造價低，僅為開挖隧洞造價的37%；二是工期短，機鉆輸水洞僅需10天左右，而開挖隧洞需60天以上；三是施工安全可靠，避免了爆破等高危作業，且不需增設棄渣用地。 ■