機(jī)鉆輸水洞在小型水庫(kù)（山塘）輸水涵管改造中的應(yīng)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(zhì)量監(jiān)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(shí)踐中摸索經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)鉆輸水洞應(yīng)用于小型水庫(kù)（山塘）輸水涵管改造，造價(jià)低且安全可靠、施工速度快。湘西州的實(shí)踐，對(duì)廣大丘陵和山區(qū)同類工程建設(shè)有借鑒意義。

一、湘西州小型水庫(kù)涵管整治方案比選

湘西州位于湖南省西北部，州內(nèi)已建成各類水庫(kù)686座，其中中型水庫(kù) 23 座、?。?）型水庫(kù) 138 座、?。?）型水庫(kù)525座，水庫(kù)總庫(kù)容約13億m3。這些水庫(kù)多數(shù)修建于20世紀(jì)60—70年代，其中85%以上為土石壩，由于歷史原因存在施工質(zhì)量差等問(wèn)題，特別是放水設(shè)施多采用壩體中埋設(shè)簡(jiǎn)易涵管，材料以石灰及水泥漿為主，個(gè)別甚至為木涵管。經(jīng)過(guò)40多年的運(yùn)行，許多涵管砌石風(fēng)化溶蝕十分嚴(yán)重，且層面粘結(jié)材料質(zhì)量差，沿接觸面滲水嚴(yán)重，導(dǎo)致涵管周邊壩體土粒掏空而產(chǎn)生塌陷及滲透破壞，還有部分涵管堵塞，無(wú)法放水，嚴(yán)重影響了水庫(kù)效益發(fā)揮，并危及大壩安全。

當(dāng)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(wèn)題，且壩體開(kāi)挖回填工程量大，施工質(zhì)量要求高，因此工期較長(zhǎng)，工程造價(jià)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(zhǎng)，工程造價(jià)也較高。針對(duì)上述情況，湘西州水利局、永順縣水利局經(jīng)過(guò)方案比選，同地質(zhì)部門合作，在永順縣青坪、細(xì)作湖、二克、董格溪等小型水庫(kù)和米家灣、桐司湖山塘等工程建設(shè)中采用地質(zhì)鉆機(jī)在地質(zhì)條件較好的山體側(cè)鉆水平輸水洞的方法進(jìn)行輸水涵管改造工程建設(shè)，不僅工期短，施工安全，運(yùn)行可靠，且造價(jià)較低，收到了良好的效果，達(dá)到了改善輸水條件的目的。該技術(shù)已在湘西州小型水庫(kù)（山塘）除險(xiǎn)加固中得到了全面推廣應(yīng)用。

二、采用機(jī)鉆輸水洞法改造小型水庫(kù)（山塘）輸水涵管

1.適用范圍

機(jī)鉆輸水洞的施工主要受現(xiàn)有鉆進(jìn)機(jī)械和輸水洞長(zhǎng)度限制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，輸水洞鉆進(jìn)長(zhǎng)度宜小于100m，機(jī)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(duì)于?。?）型水庫(kù)、山塘等壩下涵管堵塞、險(xiǎn)情嚴(yán)重但地質(zhì)條件好的工程非常適用。

2.工藝及流程

采用地質(zhì)鉆機(jī)從壩端下游鉆水平孔，孔內(nèi)套PE、PVC塑管或鋼管代替原輸水涵管，同時(shí)對(duì)原存在問(wèn)題的涵管進(jìn)行封堵。主要工藝流程：機(jī)鉆輸水洞選線→測(cè)定進(jìn)出口高程→開(kāi)挖鉆機(jī)平臺(tái)→架設(shè)鉆機(jī)→調(diào)整鉆進(jìn)角度→鉆孔并擴(kuò)孔→洗孔→套管→充填灌漿→原涵管封堵。

3.操作步驟

①機(jī)鉆輸水洞選線及進(jìn)出口高程的控制。在施工前應(yīng)詳細(xì)了解工程的地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，探明工程范圍內(nèi)地層的裂隙、破碎帶、溶洞、斷層等不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布情況，盡量選擇在山體巖層較厚、巖石堅(jiān)硬完整、透水率低、洞線較短等無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，且便于修建放水臥管、消力井及與下游渠道連接的區(qū)域。通過(guò)三角控制測(cè)量或視準(zhǔn)線法確定較短的合理機(jī)鉆輸水洞軸線，在開(kāi)孔端布置好基準(zhǔn)樁及工作樁，采用水準(zhǔn)儀閉合測(cè)量，布設(shè)好洞線的高程基點(diǎn)。軸線基準(zhǔn)樁、工作樁、高程基點(diǎn)宜選在地基穩(wěn)固、便于監(jiān)測(cè)和不受外界影響的地點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)不少于3個(gè)。

②開(kāi)挖鉆機(jī)平臺(tái)。用人工或機(jī)械將施工場(chǎng)地平整好，以便地質(zhì)潛孔鉆機(jī)能行駛、進(jìn)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(nèi)。

③鉆孔。鉆機(jī)就位時(shí)要事先檢查鉆機(jī)的性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機(jī)正常工作。鉆機(jī)安裝必須平正穩(wěn)固，鉆孔應(yīng)埋設(shè)孔口管，鉆機(jī)鉆桿軸和孔口管方向必須與設(shè)計(jì)方向一致。鉆機(jī)基座地基必須穩(wěn)固，必要時(shí)對(duì)鉆機(jī)平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)處理，并在周邊設(shè)好排水溝。鉆孔采用改裝過(guò)的地質(zhì)鉆機(jī)或潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)，調(diào)整好鉆進(jìn)角度，開(kāi)口孔位與設(shè)計(jì)位置偏差不大于10 cm，鉆具采用金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭。鉆孔孔壁應(yīng)平直完整。鉆孔時(shí)應(yīng)對(duì)巖層、巖性及孔內(nèi)各種情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。如鉆孔過(guò)程中遇有洞穴、塌孔導(dǎo)致卡鉆或鉆孔困難時(shí)，應(yīng)利用壓力水洗孔或重新開(kāi)孔。在鉆孔過(guò)程中采用視準(zhǔn)線法對(duì)軸線基準(zhǔn)樁與鉆孔軸方向隨時(shí)觀測(cè)，及時(shí)糾偏。終孔后應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)軸線、高程進(jìn)行復(fù)核，若終孔的位置及高程偏差超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)按監(jiān)理指示采取其他補(bǔ)救措施，或報(bào)廢原孔重新鉆孔。

④鉆孔沖洗、裂隙沖洗。鉆孔結(jié)束后，通入大流量水流對(duì)孔壁進(jìn)行沖洗，直至回水清凈延續(xù)5～10分鐘止。在巖溶、斷層、大裂隙等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)裂隙沖洗方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)后確定。

⑤套管。套管前一般都需對(duì)管材進(jìn)行加工，加工時(shí)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(jī)鉆輸水洞內(nèi)，套管可以從上游往下游進(jìn)入，也可以從下游往上游進(jìn)入，具體視施工現(xiàn)場(chǎng)條件而定。

⑥封口并灌漿。在套管套入機(jī)鉆輸水洞后，用混凝土將套管進(jìn)出口兩端與山體接合部封堵，并在進(jìn)出口的頂部預(yù)留排氣孔，在進(jìn)口設(shè)置灌漿孔。當(dāng)進(jìn)出口封堵的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，灌漿即可開(kāi)始。灌漿一般采用多缸活塞式灌漿泵，有條件時(shí)也可采用重力流灌，若采用機(jī)械灌漿，一般灌漿壓力達(dá)到0.2MPa即可。若采用重力灌漿，泥漿桶與涵管進(jìn)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(qiáng)度等級(jí)為32.5，灌純水泥漿。水灰比開(kāi)始為 10∶1，逐漸加濃，終期可采用3∶1。漿液由進(jìn)口預(yù)留的灌漿管灌入，待到出口排氣孔出漿后，關(guān)閉排氣孔閥門，然后繼續(xù)灌注，進(jìn)口排氣孔冒漿后，關(guān)閉進(jìn)口排氣孔閥門，同時(shí)對(duì)灌漿孔進(jìn)行壓力灌漿，當(dāng)漿液入注率低于1 L/min后，繼續(xù)灌注30分鐘，即可結(jié)束灌漿。

⑦原涵管封堵。先將原涵管的進(jìn)口和出口適當(dāng)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(jìn)出口上側(cè)設(shè)置排氣孔，進(jìn)口設(shè)置灌漿孔，待進(jìn)出口封堵體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行管內(nèi)回填灌漿，壩頂（涵管的正上方）沿軸線涵管內(nèi)進(jìn)行充填灌漿。灌漿結(jié)束后，原涵管上方進(jìn)出口內(nèi)外壩坡用砂壤土回填夯實(shí)，必要時(shí)鋪設(shè)土工膜進(jìn)行防滲處理。

4.施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

①機(jī)鉆輸水洞位置的選擇。在鉆孔過(guò)程中常會(huì)由于地質(zhì)原因，如出現(xiàn)洞穴、塌孔等，易出現(xiàn)卡鉆、無(wú)法鉆進(jìn)等現(xiàn)象，所以機(jī)鉆輸水洞應(yīng)盡量選擇在山體巖層較厚、巖石堅(jiān)硬完整、透水率低等無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)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(qū)域。

②輸水洞軸線、終孔高程的控制。鉆機(jī)的平臺(tái)基礎(chǔ)必須穩(wěn)固，鉆機(jī)必須與基礎(chǔ)固結(jié)牢固，同時(shí)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(guò)程中要隨時(shí)對(duì)軸線基準(zhǔn)樁與鉆桿軸方向進(jìn)行觀測(cè)，及時(shí)糾偏。

③套管。套管的選擇可以根據(jù)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(shù)對(duì)套管與孔壁之間縫隙進(jìn)行充填，主要是控制好漿液的變換和壓力。對(duì)地質(zhì)情況較差的工程，為防止泥漿過(guò)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(yīng)將有關(guān)機(jī)械設(shè)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(shí)，兩側(cè)必須開(kāi)鑿齒槽并逐層填土、逐層夯實(shí)（每層填土厚30 cm，夯實(shí)為20 cm），以防新舊體發(fā)生裂縫滲泄。

三、實(shí)例分析與經(jīng)濟(jì)比較

細(xì)作湖水庫(kù)位于湘西州永順縣石堤鎮(zhèn)友誼村境內(nèi)，壩址距永順縣城43 km，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高8.6m，總庫(kù)容19.76萬(wàn)m3。本次除險(xiǎn)加固主要是對(duì)壩體、壩基、壩肩進(jìn)行防滲處理，對(duì)大壩上下游壩坡進(jìn)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(nèi)側(cè)2～3m處采用地質(zhì)鉆機(jī)，按照與原涵管洞線平行且進(jìn)出口高程基本相同的條件新鉆輸水洞，全長(zhǎng)54m，鉆機(jī)鉆孔孔徑為φ300，內(nèi)部安裝φ250 PE塑管套管。輸水洞進(jìn)出口兩端采用C15混凝土封堵墩進(jìn)行封堵，套管與鉆孔間縫隙內(nèi)進(jìn)行充填灌漿處理。

細(xì)作湖水庫(kù)機(jī)鉆輸水洞施工選擇CYG-300型履帶式全液壓多功能鉆機(jī)。鉆機(jī)進(jìn)入操作基坑后，為保障鉆機(jī)基座基礎(chǔ)穩(wěn)固，一是在鉆機(jī)液壓支撐桿與基坑接觸面之間應(yīng)用楔形塊塞緊，二是在孔口設(shè)置排水溝防止?jié)B水進(jìn)入基坑。細(xì)作湖水庫(kù)機(jī)鉆輸水洞施工設(shè)計(jì)鉆孔孔徑為φ300，鉆機(jī)采用φ75的金剛石鉆頭后接擴(kuò)孔器，鉆桿每根長(zhǎng)為1.5m。鉆具安裝調(diào)試完成后即可開(kāi)鉆。

與新建輸水隧洞施工相比較，機(jī)鉆輸水隧洞優(yōu)勢(shì)多，一是機(jī)鉆輸水洞造價(jià)低，僅為開(kāi)挖隧洞造價(jià)的37%；二是工期短，機(jī)鉆輸水洞僅需10天左右，而開(kāi)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(yè)，且不需增設(shè)棄渣用地。 ■