水平定向鉆孔技術(shù)在長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

楊 靜

(平遠(yuǎn)縣水利服務(wù)中心，廣東 梅州 514600)

水平定向鉆孔技術(shù)作為一種先進(jìn)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中由于成本較低，操作簡(jiǎn)單，得到實(shí)際項(xiàng)目工程的廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)田水庫(kù)屬于小型水庫(kù)，在開(kāi)展除險(xiǎn)加固過(guò)程中，通過(guò)該技術(shù)的合理應(yīng)用，能確保項(xiàng)目安全可靠進(jìn)行，為我國(guó)水利事業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供可靠支持。

1 項(xiàng)目介紹

長(zhǎng)田水庫(kù)于1977年9月開(kāi)工，于1982年10月竣工，長(zhǎng)田水庫(kù)于2008年9月進(jìn)行了大壩安全鑒定，2008年12月長(zhǎng)田水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。水庫(kù)主體工程現(xiàn)有土壩1座、溢洪道1座、輸水涵管1條等?，F(xiàn)有上壩道路與村道相接，距梅州市約24km。通過(guò)對(duì)該水庫(kù)大壩的安全評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)該水庫(kù)大壩為“三類(lèi)壩”，建議盡早對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程主要內(nèi)容包括：①改建溢洪道，重建泄水閘及啟閉機(jī)房；②更換啟閉機(jī)，閘門(mén)及拉桿僅做除銹防腐；③壩頂：瀝青混凝土路面改為泥結(jié)石路面等內(nèi)容。為確保水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的合理開(kāi)展，經(jīng)過(guò)研究分析將水平定向鉆孔技術(shù)應(yīng)用到工程中，并取得良好的應(yīng)用效果。

2 長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的主要內(nèi)容

長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程主要內(nèi)容包括一下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①改建溢洪道，重建泄水閘及啟閉機(jī)房；②更換啟閉機(jī)，閘門(mén)及拉桿僅做除銹防腐；③壩頂：瀝青混凝土路面改為泥結(jié)石路面；④對(duì)壩頂防浪墻批蕩局部鑿除重新批蕩(見(jiàn)爛補(bǔ)爛)、新建路沿石；⑤對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿；⑥增加對(duì)前坡分縫處除草及回填瀝青；⑦壩后坡步級(jí)結(jié)合巡視線(xiàn)路布置，坡面裸露處補(bǔ)種草皮；⑧設(shè)置位移沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，集滲溝接出至下游河道(或排水順暢處)。

3 水平定向鉆孔技術(shù)在小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

水平定向鉆孔技術(shù)屬于一項(xiàng)新型技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)石油行業(yè)的定向鉆機(jī)技術(shù)應(yīng)與傳統(tǒng)管線(xiàn)施工法的融合，創(chuàng)新出一種符合實(shí)際需求，成本較低，且具有較高施工精度的技術(shù)[1]。該技術(shù)能夠使用多種土壤條件，具有良好的應(yīng)用前景。下面就對(duì)水平定向鉆孔技術(shù)在長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹：

3.1 做好技術(shù)準(zhǔn)備

在項(xiàng)目除險(xiǎn)加固之前，要對(duì)各類(lèi)設(shè)備與工具的參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，比如鉆井、鉆具等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，確保能符合該項(xiàng)目的實(shí)際要求。為確保鉆井在鉆進(jìn)期間的穩(wěn)定性與可靠性，要將穩(wěn)定裝置設(shè)置在鉆機(jī)上，通過(guò)桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，將龍門(mén)架加設(shè)在水平方向[2]。同時(shí)，也要做好提引器、提引器取芯卡簧、孔口裝卸架等的改進(jìn)。

3.2 水平定向鉆孔

3.2.1 輸水涵管

輸水涵管的布置需要綜合考慮各種要素，比如長(zhǎng)田水庫(kù)所在區(qū)域的地址、地形等，最終確定在輸水涵管建設(shè)期間，新建的軸線(xiàn)需要與原有軸線(xiàn)保持一定距離，水平距離以15.0m為宜，為防止對(duì)原涵管的封堵及防滲處理造成影響，需要確保進(jìn)出口高程一致[3]。新建輸水涵管對(duì)于施工的安全性與可靠性有較高要求，需要穿過(guò)較厚的覆土，還需經(jīng)歷一段淺薄區(qū)。因此在先導(dǎo)孔軌跡的設(shè)計(jì)上，一定要符合實(shí)際情況與需求。開(kāi)挖從涵管進(jìn)出口段開(kāi)始，深度、寬度需保持在3.0m左右，開(kāi)挖高程為3205.6m，然后形成一個(gè)便于施工的開(kāi)挖平臺(tái)。

3.2.2 管材選擇

在長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，對(duì)于水平定向鉆孔技術(shù)的應(yīng)用，管材選擇十分關(guān)鍵，在本項(xiàng)目中輸水涵管管材采用PE100級(jí)1.60MPaφ315mmPE管道。在選擇好管材之后，要對(duì)管材的各項(xiàng)力進(jìn)行驗(yàn)證，比如管材所能承受的最大回施力、穿越回施力等，通過(guò)計(jì)算，確保所選管材能符合實(shí)際需求[4]。

3.2.3 水平定向鉆機(jī)選型

對(duì)于本項(xiàng)目的實(shí)際情況而言，為確保項(xiàng)目施工的順利進(jìn)行，需要在施工過(guò)程中，做好水平定向鉆機(jī)選型的確定，下面就以泥漿泵流量在40L/min時(shí)，水平定向鉆機(jī)配套設(shè)置的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行介紹：發(fā)動(dòng)機(jī)功率為26.5/2350kW，最大項(xiàng)力、最大回施力、最大扭矩分別為70kN、50kN、1300N·M[5]。除此之外，還有其他參數(shù)需要注意，比如鉆桿直徑、主機(jī)重量等，所以在鉆機(jī)選型的確定上，一定要從實(shí)際出發(fā)，確保選型能符合實(shí)際要求[6]。

3.2.4 鉆孔最終擴(kuò)孔直徑計(jì)算

在本項(xiàng)目中，鉆孔最終擴(kuò)孔直徑的確定需利用公式：鉆孔最終擴(kuò)孔直徑=設(shè)計(jì)管道外徑·1.5mm。同時(shí)，也要確定鉆孔泥漿總用量，即：

(1)

式中：V、De、k分別為鉆孔泥漿用量、終孔直徑、比例系數(shù)(3.0)。

3.3 水平定向鉆孔施工工藝

在該項(xiàng)目中，水平定向鉆機(jī)是重要施工設(shè)備，施工需分為兩個(gè)階段，分別為鉆先導(dǎo)孔與擴(kuò)孔，二者的直徑分別為φ150mm與φ500mm。沿著擴(kuò)大后的導(dǎo)向孔，將引水管回拖到位，確保能順利完成管道穿越工作，水平定向鉆孔施工期間，具體流程為：鉆孔軸線(xiàn)設(shè)計(jì)→測(cè)量放線(xiàn)→鉆機(jī)就位/挖工作平臺(tái)→實(shí)鉆→導(dǎo)向孔施工→擴(kuò)孔施工→管道回施→清理現(xiàn)場(chǎng)，撤場(chǎng)[7]。

比如在鉆機(jī)就位環(huán)節(jié)，需要整理好進(jìn)場(chǎng)道路，確保道路的平整，讓鉆機(jī)順利進(jìn)場(chǎng)。在完成施工平臺(tái)的開(kāi)挖之后，要保證鉆機(jī)可以順利進(jìn)出場(chǎng)地。針對(duì)土質(zhì)實(shí)際情況，選擇適合的鉆頭并安裝就位，調(diào)整鉆頭方向，確?？梢栽陬A(yù)先設(shè)定好的入土點(diǎn)精準(zhǔn)進(jìn)入；在導(dǎo)向鉆孔作業(yè)過(guò)程中，鉆孔要以根據(jù)定位儀進(jìn)行調(diào)整，確保施工符合基本要求。方向控制是鉆孔作業(yè)的關(guān)鍵所在，需對(duì)鉆機(jī)的方向進(jìn)行測(cè)量，確保測(cè)量的連續(xù)性，及時(shí)對(duì)方向進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)偏離；擴(kuò)大孔洞作業(yè)期間，要防止出現(xiàn)孔壁掉渣的情況，鋪設(shè)工作要在管線(xiàn)連接完成之后再進(jìn)行，需要保證管線(xiàn)連接質(zhì)量[8]。在完成連接工作之后，使用混凝土填補(bǔ)縫隙，做好防滲漏工作。

4 其他質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 建立健全工程質(zhì)量終生責(zé)任制

為確保項(xiàng)目工程施工的安全性與質(zhì)量，通過(guò)項(xiàng)目工程質(zhì)量終身責(zé)任制的構(gòu)建與實(shí)施，能滿(mǎn)足這一要求。各級(jí)主管領(lǐng)導(dǎo)需要在合同簽訂完畢之后，能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量責(zé)任的可塑性，在明確的責(zé)任與分工下，一旦項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題也能找到對(duì)應(yīng)的責(zé)任主體。工程質(zhì)量終生責(zé)任制的有效實(shí)施，能確保工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作的規(guī)范性與可靠性。在實(shí)際管理中，需嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系的要求開(kāi)展各項(xiàng)工作，具體見(jiàn)圖1。

圖1 質(zhì)量管理體系

4.2 工程度汛保證措施

根據(jù)本工程施工特點(diǎn)，為確保工程安全度汛，保護(hù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，公司成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)的工程度訊領(lǐng)導(dǎo)小組，采取下列措施：①成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)的工程度訊領(lǐng)導(dǎo)小組，編制工程防汛度汛預(yù)案；②建立與長(zhǎng)清區(qū)防汛指揮部和當(dāng)?shù)卣ㄆ诼?lián)系制度，爭(zhēng)取領(lǐng)導(dǎo)的支持與技術(shù)指導(dǎo)；③指定專(zhuān)人收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，對(duì)雨情、汛情等進(jìn)行及時(shí)了解與掌握，并具有針對(duì)性的采取措施。備好各類(lèi)防汛物料，便有出現(xiàn)汛情能及時(shí)進(jìn)行出來(lái)；④組織專(zhuān)門(mén)的搶險(xiǎn)隊(duì)，當(dāng)有洪水來(lái)臨時(shí)，也能及時(shí)到一線(xiàn)進(jìn)行抗洪搶險(xiǎn)[9]。

4.3 鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速的確定

在鉆機(jī)鉆進(jìn)期間，需針對(duì)不同的巖性確定不同的鉆進(jìn)速度，下面就對(duì)不同巖性的鉆進(jìn)速度選擇進(jìn)行介紹(表1)。

表1 鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速選擇

4.4 管道外壁與管孔間的防滲處理

在管道完成穿越之后，需要做好防滲措施，避免在管道外壁有水流出，發(fā)生比較集中的滲漏問(wèn)題，對(duì)水庫(kù)安全產(chǎn)生威脅。所以在對(duì)管道外壁與管孔間的防滲處理期間，需做好下面幾項(xiàng)工作：①預(yù)留φ25灌漿管道于PE管道在孔壁之間，使用水泥漿進(jìn)行填充灌漿；②將鋼筋混凝土截水墻設(shè)置在引水管道進(jìn)口處，對(duì)滲漏隱患進(jìn)行有效預(yù)防[10]。只有做好管道外壁與管孔間的防滲處理工作，才能避免滲漏問(wèn)題的出現(xiàn)，確保項(xiàng)目工程開(kāi)展的質(zhì)量與效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

文章從長(zhǎng)田水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的實(shí)際情況出發(fā)，合理使用水平定向鉆孔技術(shù)，確保項(xiàng)目開(kāi)展的有效性與合理性。在實(shí)際開(kāi)展期間，需做好輸水涵管、管材選擇、鉆機(jī)機(jī)型等要點(diǎn)控制。為提升施工質(zhì)量，要建立健全工程質(zhì)量終生責(zé)任制、做好工程度汛保證、確定鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速等，為施工的有序進(jìn)行提供幫助。未來(lái)，還要加強(qiáng)對(duì)于水平定向鉆孔技術(shù)的研究與探索，不斷提升該技術(shù)的應(yīng)用安全性與可靠性，為我國(guó)水利事業(yè)的發(fā)展提供可靠支持。