非開挖技術(shù)在水庫除險加固輸水涵管重建工程中的應(yīng)用

□周小龍(梅州市華安工程監(jiān)理有限公司)

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非開挖技術(shù)在水庫除險加固輸水涵管重建工程中的應(yīng)用

□周小龍(梅州市華安工程監(jiān)理有限公司)

摘要:非開挖技術(shù)作為穿越地面及障礙物新技術(shù),具有施工進(jìn)度快、施工安全有保障、建后管理更方便等優(yōu)勢,目前在水庫除險加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用。文章主要針對非開挖技術(shù)在水庫除險加固輸水涵管重建工程中的應(yīng)用展開了探討，通過結(jié)合具體的實(shí)例，對非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)作了簡介，并詳細(xì)闡述了非開挖技術(shù)的施工工藝和注意事項(xiàng)，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞:非開挖技術(shù)；水庫；除險加固；應(yīng)用

0　前言

水庫作為我國大力投資建設(shè)的水利設(shè)施之一，對其除險加固工作中的輸水管道重建工程必須要有高度的重視。而非開挖水平定向技術(shù)作為穿越地面及障礙物鋪設(shè)管道新技術(shù)，在水庫除險加固輸水涵管重建工程的應(yīng)用中，受到了水利工作者關(guān)注。如何更為有效地應(yīng)用非開挖技術(shù)使輸水管道重建的質(zhì)量得到保障，成為了如今水利工作者所要解決的問題。

1　非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)簡介

所謂非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)，是指通過具有可控性的鉆進(jìn)定向軌跡對不同深度的地層進(jìn)行鉆進(jìn)且利用GPS定位儀探抵預(yù)設(shè)位置后實(shí)施地下管線敷設(shè)的一種施工技術(shù)。現(xiàn)階段，非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于熱力、電力等管線敷設(shè)施工中。該技術(shù)除了兩頭工作坑外無需開挖其他地坑即可進(jìn)行多種管線的敷設(shè)施工，極大地節(jié)省了施工成本，特別是在某些難以實(shí)施開挖技術(shù)的地區(qū)敷設(shè)管線時，定向鉆進(jìn)技術(shù)就更能凸顯其優(yōu)點(diǎn)。

水庫重建排水涵管時，應(yīng)用非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)能夠保證壩體無損，鉆機(jī)利用導(dǎo)航儀的引導(dǎo)，在壩基巖層鉆穿一個導(dǎo)向孔后，再切換直徑較大的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔及切換直徑小于鉆孔的待敷設(shè)管線，在實(shí)施回拉擴(kuò)孔同時把待敷設(shè)管線牽入挖好的鉆孔內(nèi)，這樣就完成了管線敷設(shè)的環(huán)節(jié)；之后再采用混凝土漿液填充鉆孔過程中產(chǎn)生的縫隙，起到防滲止漏的效果，水庫排水涵管重建工程就完成了。非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)常用于敷設(shè)直徑在1 m內(nèi)的管線，能夠滿足各種輸水量管線的施工要求。非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)與爆破開挖輸水隧洞技術(shù)的對比情況如表1所示。

表1　非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)與爆破開挖輸水隧洞技術(shù)的對比情況表

2　施工步驟

采用非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行管線敷設(shè)施工時，首先利用導(dǎo)向鉆頭鉆入口徑小的導(dǎo)向孔，其次采用回擴(kuò)鉆頭擴(kuò)大導(dǎo)向孔至合適的直徑寬度，最后把待敷設(shè)管線牽入挖好的鉆孔內(nèi)，完成管線穿越敷設(shè)工作。非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于水庫排水涵管的重建時，根據(jù)水利施工的特點(diǎn)，主要有8個施工步驟。

2.1設(shè)計壩體鉆進(jìn)路線

考慮到水庫排水涵管長度通常在120 m以下，結(jié)合壩體土質(zhì)勘查狀況，進(jìn)行壩體鉆進(jìn)路線的設(shè)定。使用全站型電子測距儀測量鉆頭進(jìn)出口長度與高度差，根據(jù)洞軸線高差與長度公式估算鉆孔的縱坡，初步確定鉆孔的偏角度，按照鉆孔的縱坡與偏角來調(diào)整合適的鉆桿進(jìn)巖角度，至此就完成了壩體鉆進(jìn)路線的設(shè)計。

2.2開挖施工平臺

開挖施工平臺時應(yīng)充分考慮4個方面因素：確保鉆孔設(shè)備能夠正常運(yùn)作、、有足夠的空間方便往來走動、孔洞軸線的方向與孔洞縱向坡度要在正常取值范圍內(nèi)。施工平臺應(yīng)置于距離孔洞6～10 m的地方，施工平臺的長度設(shè)計為5～8 m，寬度設(shè)計為2.50～5 m。此外，還要考慮非開挖機(jī)械的尺寸大小，施工平臺的高度設(shè)計要稍微低于洞口，大概低于0.20～0.30 m，以方便鉆頭進(jìn)洞。

2.3機(jī)械進(jìn)場準(zhǔn)備

鉆機(jī)進(jìn)場道路鋪設(shè)完成及施工平臺開挖完畢后，非開挖鉆機(jī)可憑借履帶式轉(zhuǎn)輪自由出入施工場地。依據(jù)開挖土質(zhì)的特點(diǎn)來選取直徑適合的鉆頭及泥漿馬達(dá)進(jìn)行推進(jìn)作業(yè)，鉆頭安置完成后按照之前設(shè)計好的壩體鉆進(jìn)路線進(jìn)入，適時調(diào)整鉆頭方向，以確保鉆頭準(zhǔn)確落位于預(yù)先設(shè)定的入土點(diǎn)，從而正確駛?cè)朐O(shè)計好的鉆進(jìn)路線。

2.4導(dǎo)向鉆孔作業(yè)

鉆機(jī)在定位儀的指導(dǎo)之下不斷鉆進(jìn)，鉆完一根鉆桿便重新測量鉆頭的方位，以及時調(diào)整鉆機(jī)的鉆入方向，確保最后的導(dǎo)向孔滿足施工要求。所謂控制定向鉆方向，指的就是測量、糾正鉆機(jī)鉆進(jìn)方向，調(diào)整導(dǎo)向儀的導(dǎo)向角度,更好地指引鉆機(jī)按照正確的方向鉆進(jìn)，以形成特定的曲線，鉆進(jìn)狀態(tài)也會通過感應(yīng)方式顯示在傳感儀上。如果鉆機(jī)的鉆進(jìn)方向與原設(shè)定的路線有偏差，則需要及時調(diào)整方位，如果傳感儀上顯示鉆機(jī)的鉆進(jìn)方向與既定方向一致，則說明鉆頭目前的方向是正確的，施工人員可以按照目前的正確方向繼續(xù)鉆進(jìn)直到抵達(dá)預(yù)設(shè)位置，這樣就能順利完成導(dǎo)向孔鉆進(jìn)工作。

2.5擴(kuò)大洞孔

完成導(dǎo)向鉆孔作業(yè)之后，鉆機(jī)切換擴(kuò)孔器安裝在鉆桿上，實(shí)施分級擴(kuò)孔作業(yè)。臨近的兩級擴(kuò)孔器要求尺寸存在一定的級差，通常級差在0.80～1.20 m之間，當(dāng)然具體的級差還要根據(jù)實(shí)際施工要求、洞口大小及土質(zhì)情況等進(jìn)行設(shè)定。在實(shí)施擴(kuò)孔作業(yè)時可分次鉆擴(kuò)，以滿足施工要求。

2.6將管線牽入鉆孔內(nèi)

完成鉆擴(kuò)作業(yè)后使排水管線與鉆桿相接，通過鉆進(jìn)進(jìn)行回拉，便可將管線牽入鉆孔內(nèi)。因?yàn)殂@擴(kuò)好的孔洞會淤積泥漿，排水管線表面與孔洞之間充有泥漿，此時泥漿起到潤滑作用，減少了鉆機(jī)回拉時的阻力，最后的成孔口徑通常會比排水管線寬1 m左右，這樣方便將排水管線回拉牽入鉆孔內(nèi)。回拉排水管線時為了避免出現(xiàn)孔洞上壁掉渣甚至落石的現(xiàn)象，這就需要將管線提前連接好，連接與敷設(shè)不能同時進(jìn)行，這樣才能保證管線的成功敷設(shè)與確保管線的連接質(zhì)量。

2.7實(shí)施封堵防滲

完成管線敷設(shè)工作后，再采用混凝土漿液填充鉆孔過程中產(chǎn)生的縫隙，起到防滲止漏的效果。先實(shí)施進(jìn)出口兩端的封堵并且埋設(shè)好漿液管道，之后對混好的漿液施以壓力灌入管道中，在通過管道直達(dá)管線與孔壁之間的各處縫隙，已達(dá)到封堵防滲效果。

2.8修善進(jìn)出口設(shè)施

實(shí)施封堵防滲之后，還要對進(jìn)出口進(jìn)行相關(guān)設(shè)施的安裝，包括進(jìn)口閘閥與出口渠道等方面設(shè)施的修善。

3　施工事項(xiàng)

3.1設(shè)計鉆進(jìn)路線

設(shè)計鉆進(jìn)路線時要注意土質(zhì)勘察，盡量選擇巖石地層單一的區(qū)域。如果巖石地層較復(fù)雜，如出現(xiàn)裂隙、褶皺等現(xiàn)象，會加大水平定向鉆進(jìn)的施工難度，從而難以確保鉆進(jìn)質(zhì)量。

3.2要根據(jù)巖石層的厚度與硬度來選取合適的鉆頭

我們通常將抗壓強(qiáng)度>60 MPa的巖石劃分為堅(jiān)硬巖石，需選用硬質(zhì)合金鑲齒牙輪鉆頭進(jìn)行鉆穿；如果是遇到風(fēng)化程度低但石英含量比較高的砂巖層，需選用金剛石鉆進(jìn)行鉆穿。

3.3對于鉆進(jìn)泥漿有比較高的施工要求

泥漿就像是定向鉆進(jìn)施工過程中流動的“血液”，影響著整個施工的效果。泥漿在鉆進(jìn)施工中的作用包括對鉆頭進(jìn)行冷卻、攜帶鉆屑、回拉管線時起到潤滑作用等。泥漿的成分主要有水、泥漿添加劑及膨潤土等，具有一定的流動性與粘性，能夠起到攜帶鉆屑的作用。

3.4需充分做好擴(kuò)孔階段的導(dǎo)流準(zhǔn)備

由于定向鉆進(jìn)施工通常為期2～3 d，但擴(kuò)孔的施工期會比較長。如果是集水量大的水庫，一旦降雨就會使得水庫的水位大幅度升高，這會嚴(yán)重影響到鉆孔施工的進(jìn)行。因此，在進(jìn)行水庫排水涵管重建時，需充分做好擴(kuò)孔階段的導(dǎo)流準(zhǔn)備工作，以預(yù)防因水庫水位上漲而影響到施工的進(jìn)行。

4　實(shí)際應(yīng)用情況

非開挖水平定向技術(shù)現(xiàn)已逐漸被應(yīng)用于排水涵管再建、水庫除險加固的實(shí)際工程之中，為非開挖水平定向技術(shù)的改進(jìn)提供許多現(xiàn)實(shí)條件。具體的運(yùn)用如表2所示。

表2　非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況數(shù)據(jù)表

5　結(jié)語

非開挖水平定向技術(shù)是一項(xiàng)鉆穿土層與障礙物進(jìn)行管線敷設(shè)的新技術(shù)，相信經(jīng)過施工人員的不斷研究與開發(fā)，這項(xiàng)技術(shù)將會越來越廣泛地被應(yīng)用于排水涵管再建的工程之中?？偠灾恼轮饕芯苛朔情_挖技術(shù)在水庫除險加固、輸水涵管再建工程中的實(shí)際應(yīng)用，希望能為非開挖技術(shù)的研究與開發(fā)提供一些現(xiàn)實(shí)性參考。

參考文獻(xiàn)

[1]劉蕓華、譚劍波.云山水庫壩下涵管加固處理設(shè)計[J].甘肅水利水電技術(shù). 2014（09）.

（責(zé)任編輯：左英勇）

收稿日期：2015-12-11

中圖分類號：TV672

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）02-0049-02