２０１８年第５期 （第４６卷） 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５．２０１８ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４６） 文章编号：１００７—７５９６（２０１８）０５—０１６５—０３ 非开挖定向钻技术在小型水库输水涵管改造中的应用 张以森 （浙江中洋工程管理咨询有限公司，杭州３１００１６） 摘 要：文章介绍了非开挖定向钻技术在小型水库输水涵管改造中的施工工艺及流程，分析了 该方法在小型水库输水涵管改造中具有操作简单、开挖工程量小、施工工期短且对天气适应性 强，对大坝影响较小并避免了沿涵管渗漏现象的发生，根据非开挖定向钻孔技术在工程实际中 的应用，表明该方法在在地质地形条件适合的情况下在放水涵管改造中具有良好的经济及社 会效益。 关键词：非开挖定向钻；水库；输水涵管；工程应用 中图分类号：ＴＶ６９７．３ 文献标识码：Ｂ 施工前准备；②钻导向孔；③回拉扩孔钻头成孔；④ 焊接输水管；⑤牵引输水管道人孔；⑥管道和钻孔孔 隙灌浆。 ０ 引 言 ． 水库作为我国防洪保安工程体系与水利基础设 施的重要组成部分，多年来在防洪、灌溉、供水、发 １．２操作步骤 电、改善生态环境等方面发挥了巨大的作用。我国 Ｉ）施工准备。 共有水库８万余座，这些小型水库大部分建成于２Ｏ 首先摸清施工范围内是否埋设有影响施工的管 世纪的５０—７Ｏ年代，受当时经济条件、技术水平、建 网管线等物品，确定没有不利因素后才能进行施工。 筑材料、管理等方面的，９０％以上的小型水 然后依据施工图纸进行施工放样并设计好钻杆轨 库是土坝，且放水设施大多采用了坝下涵管取水型 迹，同时依据管径、放水管埋深及管道施工放样范围 式。由于建设标准低、工程质量差，加上管理设施和 内的地质情况确定单次牵引的管道长度和管材。 手段落后等原因，大部分涵管已出现各种各样的病 ２）钻导向孔。 险问题，威胁大坝的安全运行，影响水库效益的正常 定向钻机的钻孔压力施加在钻杆尾部，采用钻 发挥，迫切需要对放水涵管进行改造¨ 。 进液辅助碎岩钻头钻压。钻头断面为斜面，因此连 １ 非开挖定向钻技术在涵管改造中的应用 非开挖定向钻技术是利用岩土钻掘手段，在不 开挖地表的条件下进行管道铺设的一项新技术，与 传统的开挖埋设管道相比具有不影响交通、环境破 坏小、施工期短、安全性高及综合成本高的特点，目 前该技术已广泛应用于电力、市政、自来水及煤气管 道的铺设中 。 １．１施工工艺及流程 续转进的钻头钻出的孔纵剖面为直线，当维持钻头 某个方向不回转加压时使钻孔发生偏斜。钻头内或 者紧靠钻头的地方安装钻孔方向探测装置，探测装 置发出信号，根据地面接收器接收到的信号，可以实 时跟踪钻孔的位置、深度及其它参数。 施工时将探测装置安装在钻头内，钻头通过钢 管连接到定向钻机上，然后定向钻机通过钢管对钻 头施加压力，将钻头打人山体；地面接收器可随时接 收探测装置信号确定钻头的钻进方向与深度，定向 钻机根据此信息及时旋转钻头，使钻头按照设计的 采用非开挖定向钻技术在坝肩岩石山体处钻孔 敷设管道作为放水涵管，施工分为以下６个工序：① ［收稿日期］２０１８一ｏ４—１４ ［作者简介］张以森（１９８３一），男，山东嘉祥人，工程师，从事水利工程规划设计工作。 一ｌ６５— ２０１８年第５期 （第４６卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．５．２０１８ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４６） 方向和深度钻进，在山体中形成一条直径为ｌＯＯｍｍ 所有拌制浆液的原材料必须经过计量，搅拌机充分 的圆孔通道，圆孔中心线即为涵管的中心线。 ３）回拉扩孔钻头成孔。 搅拌均匀浆液后（≥３ｍｉｎ）方可开始灌浆，灌浆过程 中搅拌机应不间断缓慢搅拌浆液；④灌浆：灌浆开始 圆孔初步形成后，将原钻头卸下后换装上大一 前应全面检查灌浆材料与设备，包括压力表、拌储浆 号的钻头，然后将钻头钻孔回拉至初始位置，如此来 系统、压浆管、灌浆泵等。为保证灌浆质量，灌浆应 回数次扩大孔洞，直至孔洞直径满足回拖涵管要求。 连续作业，勿随意中断灌浆作业。灌浆从下游开始，将注浆管拔出一段，逐步完成整个过程 为了防止钻孔时塌孔，钻孔时注射的水中添加具有 注满一段后，固化洞壁、润滑钻杆等作用的外加剂。 ４）管道焊接。 的注浆。灌浆机启动后开始灌浆，灌浆压力控制在 ０．１—０．３ＭＰａ，当压力达到０．３ＭＰａ时，停止灌浆，根 管道接口质量的好坏直接影响拉管施工的成功 进行，放水涵管为ＰＥ管，采用热熔焊接连接管道。 在施工条件允许情况下，管道焊接可在在沟槽上操 作，焊接时应临时堵封管口。合格的焊缝管外圆周 上应有两翻边，两翻边的大小及形状应均匀一致，无 鼓泡和裂纹等，翻边之间的缝隙的根部不低于所焊 管子的表面。 ５）牵引输水管道入孔。 钻孑Ｌ完成后，将管材连接成需要长度，检测管道 强度及焊缝均符合要求后即可进入牵引管道人孔施 工。首先用管道堵头将一端管头密封，另一端与钻 头相连，将管道缓慢拉入符合要求的孔洞中，即完成 管道入孔施工。 ６）管道和钻孔孔隙灌浆。 输水管道与孔洞间存在较大的间隙，为防止间 隙渗水，在管道入孔完成后进行水泥灌浆处理。 ①清洗孔道：为保证注浆质量，在注浆开始前需 先对孔道进行清洗，孔道清洗考虑从管道上游端开 始，采用高压水泵向孔道内注水，在下游将产生的泥 浆水引入泥浆池中，然后集中外运。在下游孔道流 出的水基本干净后，方可停止上游注水。在孔道清 洗时，排气管的清洗也采用注水清洗；②孔道注浆： 管道牵引时，为满足日后注浆需要，需事先预设两根 管道，沿管道通长布置，一根用作注浆管，一根用作 排气管，注浆管采用ＰＥ１００ＤＮ３２高密度聚乙烯管，排 气管采用ＰＥ１００ＤＮ４０高密度聚乙烯管，并在管身通 长每隔０．５ｍ钻孔一个，并错开布置，以保证在任何 情况下均能满足排气需要。注浆管和排气管均布置 在管端上游，注浆管布置在孔道底部，排气管布置在 孔道顶部。注浆前需先将上下游之间的孔道间隙进 行封堵，封堵内侧采用麻絮填塞，外侧采用快硬性的 铝酸盐水泥混凝土封堵；③浆液拌制：灌浆浆液的的 配合比严格按照设计的要求利用砂浆搅拌机拌制， 一１６６一 据现场试验情况将灌浆管拔出一段后继续灌浆。再 次灌浆压力保证在０．１ ＭＰａ以上，待灌浆压力再次达 到０．３ＭＰａ时，再将注浆管拔出一段，重复以上循环 过程，完成整个灌浆。灌浆过程中浆液流速控制在０ —４５Ｌ／ｍｉｎ。为确保灌浆浆液达到一定压力，整个灌 浆过程中灌浆管均需埋在浆液内，以填补岩层缝隙。 灌浆采用灌浆压力为主和灌浆量为辅的双控原则， 当灌浆量达到设定值时，终止灌浆。 ２非开挖定向钻技术与其它涵管改造方法 比较分析 ２．１ 挖除老涵管、埋设新涵管 现阶段坝下涵管改造使用方法较多的为挖除老 涵管、埋设新涵管。该方法能发现原涵管破损程度 及破损位置，找出原涵管破坏原因并提出合理的解 决方案，方案施工方便，工序简单。但是该方法土方 开挖量较大、工程投资较高、施工影响大；施工的季 节性较强，遇到雨季无法施工影响工程进度；同时由 于原坝体土与回填土的不均匀沉降较易产生贯穿大 坝的横向裂缝，给大坝安全留下隐患。 ２．２新建虹吸管 虹吸管是利用虹吸作用将水库的水绕过坝顶引 入下游输水系统。该方案放水设施与坝体，工 程管护和维修相互分离，运行过程中相互影响、制约 的因素较少。但工程放水流量因水库水位的影响不 稳定，运行管理难度较大；由于虹吸管真空度的限 制，为了保证虹吸管能正常工作，进水口高程与虹吸 管的最高点高差一般不超过８ｍ，因此虹吸管适用于 坝高小于１０ ｍ的水库，了虹吸管的应用范围。 ２．３新建输水涵洞 开挖隧洞需要有较好的地形及地质条件，在地 址条件较差的地区由于施工安全因素了隧洞的 开凿，且隧洞施工开凿工程量较大，工程造价也较 高，且施工工期较长。 ２０１８年第５期 （第４６卷） 黑龙江水利科技 Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５．２０１８ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４６） ２．４非开挖定向钻技术 非开挖定向钻技术具有左右开挖量少、施工快； 管完成后进行水泥回填灌浆处理。施工总工期１５ｄ， 工期较短，没有对其它施工造成影响，涵管建成后运 对天气状况适应性强；对坝体扰动较小，较好的解决 行良好。 了沿涵管渗漏的问题。 ４ 结 论 非开挖定向钻技术在其它领域应用比较广泛且 ３ 工程应用 应用在小型水库放水涵管改造中具有操 某水库集雨面积０．２２ｋｍ ，水库总容量为２２．１９ 技术成熟，万ｍ ，是一座以灌溉为主的小（２）型水库，大坝为均 作简单、开挖工程量小、施工工期短且对天气适应性 质土坝，坝高１０．１６ｍ，。原放水涵管位于水库大坝 强，对大坝影响较小并避免了沿涵管渗漏现象的发 左岸，为￣３０ｃｍ的坝下埋管，由于年代建设时间较 生，在地质地形条件适合的情况下非开挖定向钻技 长以及建设标准不高，涵管除险漏水现象。本工程 术在放水涵管改造中具有良好的经济及社会效益。对涵管的处理方案为对原有涵管进行封堵，同时在 参考文献： ［１］范连志，张小会．小型水库放水涵管常见的病险问题及 加固处理措施［Ｊ］．水利建设与管理，２０１１（０９）：７２—７３． ［２］李冉，朱丽珊，章广斌．非开挖定向钻牵引技术在市政工 程中的应用［Ｊ］．青岛理工大学学报，２０１０（０６）： 】０３一】０６． 左坝头山体处采用非开挖定向钻技术新建放水涵 管，新建放水涵管长度７８ｍ。 涵管进水口高程４１．５５ｍ，涵管进水口采用ＣＭ 一３０型斜拉式镶铜圆插门，并配ＩＡ一３ｔ手动螺杆启 闭机，涵管出口高程４１．２ｍ，出口与下游现有渠道顺 接。管身段管道使用管材为高密度聚乙烯给水管， 规格型号为ＰＥ１００ＤＮ３１５，钻孔直径为５０ｃｍ，在穿越 （上接第８９页） ３．２．２科普宣教与陶冶情操 计过程中以社会环境、生态系统为依据，使水利工程 与环境、生态等保持和谐与统一，使水利工程的建设 水利工程是水利遗产的重要表现形式，有展现 对自然环境的损坏降到最低，对社会环境、自然环境 水利科技文化、传播科普知识、纪念历史文化、陶冶 与水利水电工程三者间进行协调，使设计具有合理 情操的功能。水利工程往往拥有着许多具有典型意 性和科学性。 义的地质、地貌、地质构造，周围环境存在一些极为 珍贵、甚至濒临灭绝的动植物，这些都是研究生物演 替、生态平衡等良好的天然博物馆，便于向人们普及 随着我国水利事业的蓬勃发展，水利工程景观 化设计越来越被人们重视。在水利工程中加入人文 自然科学、地质学、生物学、环境学等多方面的知识。 艺术性建设，将园林景观设计融入到水利工程中，不 大中型水利工程，充分展示了人类征服自然、改 光为人们提供休闲、观光、度假的良好环境，还能促 造自然的伟大成就，体现了当时科技发展水平，凝结 进水利经济与环境的共同发展。由此可见水利工程 了先辈们的智慧和汗水，人们在参观游览时享受现 景观化在生态文明建设和水利经济效益提升中发挥 代文明和大自然的同时，也使人们寓教于乐，陶冶了 着重要作用。 情操。 ３．３水利工程与生态的结合 ４ 结语 参考文献： 一水利工程在建设之初多是为生产需要考虑，在 ［１］黄璐，邓君承．水利水电工程中渗透景观设计的探讨 定的范围内造成了某些程度的生态破坏，面对这 ［Ｊ］．黑龙江水利科技，２０１４，４２（０９）：７７—７８． 利风景区为例［Ｄ］．福州：福建农林大学，２００８． 江西建材，２０１７（２０）：１２１． 种在建设过程中对生态环保造成的严重损害，必须 ［２］李淑玲．水利风景区景观设计研究一以山东省国家级水 要采取积极有效的手段，在水利工程设计的过程当 现我国水利工程的可持续发展 Ｊ。 在水利工程设计中关注生态理念，在具体的设 刘婧．生态理念在水利工程设计中的应用［Ｊ］． 中，坚持减少对环境以及生态造成的破坏，才能够实 ［３］付二伟，一１６７—
