朱萬(wàn)濤

（麗水利源工程咨詢(xún)有限公司，浙江麗水，323000）

1 工程概況

余莊水庫(kù)位于浙江省麗水市東側(cè)，距市中心約10 km，庫(kù)容11萬(wàn)m3。水庫(kù)大壩為黏土心墻壩，壩頂高程509.00 m，壩長(zhǎng)65 m，壩高25 m。溢洪道位于大壩右側(cè)，為無(wú)閘式寬頂堰，溢流寬度10 m，堰頂高程507.00 m?，F(xiàn)輸水設(shè)施為右側(cè)壩下瓦制埋管，直徑0.25 m，管長(zhǎng)70 m。

余莊水庫(kù)于1975年建成，而后陸續(xù)維修多次，2014年對(duì)水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)存在壩下涵管滲漏問(wèn)題，決定封堵涵管并重建輸水設(shè)施。

2 輸水建筑物方案選擇

新建輸水設(shè)施型式擬定以下三種方案：

（1）虹吸管方案：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便，便于維修，投資低；缺點(diǎn)是抽水高度受限，不適用于高差大于7 m的情況。

（2）隧洞方案：優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，安全可靠，便于維修；缺點(diǎn)是工期較長(zhǎng)，施工工序較復(fù)雜，施工中需要人員進(jìn)入，對(duì)山體巖石力學(xué)性能要求較高，投資較高。

（3）水平定向鉆方案：優(yōu)點(diǎn)是工期較短，施工中無(wú)需人員進(jìn)入，安全可靠；缺點(diǎn)是設(shè)備靠超聲波控制定向，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)角變向，工藝技術(shù)要求高，需要專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍，投資較高。

本水庫(kù)壩高25 m，若采用虹吸管輸水方案，在滿(mǎn)足水庫(kù)功能前提下，虹吸管須埋置在壩體內(nèi)，高程約497.00 m，在正常蓄水位以下，易形成滲漏通道，對(duì)大壩安全不利；若采用隧洞方案，投資高，工期長(zhǎng)，人員進(jìn)入隧洞易出現(xiàn)安全問(wèn)題。經(jīng)研究和比較，認(rèn)為水平定向鉆輸水管方案雖一次性投資較高，但安全度和可靠性較高，最終選用水平定向鉆輸水管作為輸水設(shè)施。

3 水平定向鉆設(shè)計(jì)及施工

3.1 工程地質(zhì)條件

3.1.1 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件

（1）地形地貌：余莊水庫(kù)位于低山山腰坡地地帶，山體表部植被發(fā)育較好，坡洪積層少量發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化基巖部分裸露，弱風(fēng)化基巖零星裸露，相對(duì)平緩的坡地、坳地為階梯狀田地，山體坡度30°～65°，覆蓋殘坡積含碎石黏性土，自然巖土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）地層巖性：區(qū)內(nèi)出露的地層由老到新為侏羅系上統(tǒng)高塢組（J3g）淺灰、淺黃色凝灰?guī)r，第四系全新統(tǒng)殘坡積含碎石黏性土，分布于山坳溝谷。

（3）地質(zhì)構(gòu)造：工程區(qū)位于華南褶皺系浙東南褶皺帶麗水-余姚深斷裂的北西側(cè)、溫州-淳安大斷裂的南西側(cè)及松陽(yáng)-平陽(yáng)大斷裂的北東側(cè)。區(qū)域褶皺構(gòu)造不發(fā)育，以NE向壓性為主，其次為NW向張性斷裂。場(chǎng)區(qū)主要發(fā)育有少量節(jié)理，陡傾角，呈閉合狀。

3.1.2 壩址工程地質(zhì)條件

壩址處基巖裸露，為侏羅系上統(tǒng)高塢組（J3g）凝灰?guī)r，覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層含碎石黏土及粉質(zhì)黏土，壩基處覆蓋層厚約1~2 m，兩岸邊坡覆蓋層厚約3~4 m。覆蓋層以下為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。大壩工程地質(zhì)情況見(jiàn)圖1。

圖1 大壩工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geologicalprofile of the dam

（1）強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：青灰、淺黃色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。風(fēng)化、構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，呈閉合狀，裂面有鐵猛質(zhì)浸染。巖石較完整。巖芯呈短柱狀、柱狀為主，少量為塊狀和長(zhǎng)柱狀。屬次堅(jiān)石，開(kāi)挖等級(jí)Ⅵ級(jí)。

（2）弱風(fēng)化凝灰?guī)r：青灰、淺黃色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀、大塊狀構(gòu)造。風(fēng)化、構(gòu)造節(jié)理裂隙少量發(fā)育，呈閉合狀，裂面有鐵猛質(zhì)浸染。巖石完整，巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ類(lèi)。弱透水性，巖芯呈柱狀、長(zhǎng)柱狀為主。屬次堅(jiān)石，開(kāi)挖等級(jí)Ⅸ級(jí)。

（3）水文地質(zhì)條件：地下水主要為第四系堆積物孔隙水和基巖裂隙水，以大氣降水補(bǔ)給為主，一方面垂直入滲補(bǔ)給下部基巖裂隙含水層，另一方面從地勢(shì)高處向地勢(shì)低處排泄，基巖裂隙水含水層富水性受裂隙發(fā)育程度控制，在地形低洼處及斷裂破碎處以泉流方式排泄。

3.1.3 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

庫(kù)區(qū)區(qū)域構(gòu)造不發(fā)育，穩(wěn)定性良好。壩基及邊坡以強(qiáng)-弱風(fēng)化凝灰?guī)r為主，地質(zhì)條件良好，邊坡穩(wěn)定。根據(jù)地質(zhì)剖面圖判斷，涵管開(kāi)挖施工中，開(kāi)挖巖石等級(jí)為Ⅵ-Ⅸ級(jí)，適合水平定向鉆開(kāi)挖。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，且壩區(qū)及附近無(wú)污染源，判定庫(kù)水及地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。綜上，本項(xiàng)目工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，適宜水平定向鉆開(kāi)挖方案的施工。

3.2 水平定向鉆輸水管的設(shè)計(jì)

水平定向鉆輸水管進(jìn)水口位于壩軸線(xiàn)上游40 m處，出口位于大壩下游，全長(zhǎng)90 m。水平定向鉆洞內(nèi)為DN300 PE輸水管，進(jìn)口高程494.00 m，出口高程490.00 m，管外進(jìn)行全長(zhǎng)段回填灌漿。放水管出口設(shè)閘閥及閥門(mén)井，閥門(mén)井下游與原有渠道平順連接。

水平定向鉆輸水管造孔時(shí)分3級(jí)實(shí)施擴(kuò)孔，采用?280、?380、?480巖石鉆擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，然后用?480筒式擴(kuò)孔器進(jìn)行清孔。完成清孔后，從進(jìn)水口向出水口進(jìn)行拖管，同時(shí)回拖DN300 PE輸水管及?50 PVC花管，利用花管進(jìn)行回填灌漿。灌漿由下而上，花管隨灌漿同步上拖，直至全段完成灌漿，花管全部拖出。

3.3 水平定向鉆輸水管的施工

3.3.1 施工工序

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線(xiàn)→整修進(jìn)場(chǎng)便道→施工現(xiàn)場(chǎng)布置→設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→設(shè)備調(diào)試→試鉆→鉆導(dǎo)向孔→分級(jí)預(yù)擴(kuò)孔→管道回拖鋪設(shè)→設(shè)備撤場(chǎng)→竣工驗(yàn)收。

3.3.2 場(chǎng)地平整及設(shè)備進(jìn)場(chǎng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察的情況，擬定從下游出水口入土鉆進(jìn)，出土點(diǎn)位于上游進(jìn)水口，對(duì)入、出土點(diǎn)采用挖機(jī)進(jìn)行局部平整后即可滿(mǎn)足施工要求。

3.3.3 鉆桿及鉆具的檢查

設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前指派專(zhuān)人對(duì)以下部位做徹底的檢查：（1）每根鉆桿的絲扣磨損情況，回拖連管U形扣件的磨損情況；（2）回?cái)U(kuò)鉆頭分動(dòng)器旋轉(zhuǎn)的靈活性、間隙大小，并加注黃油；（3）鉆機(jī)動(dòng)力頭起始短節(jié)絲扣的磨損情況，起始短節(jié)的使用小時(shí)數(shù)，短節(jié)上8條預(yù)應(yīng)力螺栓的松緊情況；（4）起始短節(jié)及預(yù)應(yīng)力螺栓的庫(kù)存數(shù)量；（5）設(shè)備所有需要加注潤(rùn)滑油脂的潤(rùn)滑點(diǎn)；（6）無(wú)線(xiàn)控向系統(tǒng)相關(guān)儀器設(shè)備的測(cè)量精度復(fù)核及靈敏度檢查。

3.3.4 鉆機(jī)的安裝和調(diào)試

鉆機(jī)安裝的位置見(jiàn)施工平面布置圖（圖2）。鉆機(jī)安裝后，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 施工平面布置Fig.2 Construction plane

3.3.5 導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)

（1）鉆機(jī)及配套設(shè)備就位。按施工布置圖將鉆機(jī)及附屬配套設(shè)備安放在預(yù)定位置，進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作。

（2）導(dǎo)向軌跡確定。導(dǎo)向軌跡的確定應(yīng)執(zhí)行設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，主要考慮以下因素：滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小曲率半徑（即：R=1 500 D），選擇最佳主力穿越層位，綜合考慮入土角、出土角、曲率半徑等。根據(jù)工程綜合考慮以上因素，確定導(dǎo)向軌跡。

（3）測(cè)量控向參數(shù)。按操作規(guī)程標(biāo)定控向參數(shù)，要求細(xì)心并盡可能多測(cè)取參數(shù)進(jìn)行比較，以確定最佳參數(shù)，在管中心線(xiàn)的三個(gè)不同位置測(cè)取，且每個(gè)位置至少測(cè)四次，并做好記錄。

3.3.6 擴(kuò)孔

鋪設(shè)DN300 PE管，分3級(jí)擴(kuò)孔，采用?280、?380、?480巖石鉆擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，然后用?480筒式擴(kuò)孔器進(jìn)行清孔。最終擴(kuò)孔直徑保證大于或等于1.5倍的鋪管直徑，確保管線(xiàn)鋪設(shè)通道通暢。

3.3.7 管線(xiàn)回拖

管道組焊完成，?480筒式擴(kuò)孔器清孔后，從進(jìn)水口向出水口進(jìn)行管道回拖，管道回拖中，同時(shí)回拖DN300 PE輸水管及?50 PVC花管。

3.3.8 回填灌漿

利用花管由下而上回填灌漿，花管隨灌漿同步上拖，直至全段完成灌漿，花管全部拖出。

水平定向鉆輸水管施工時(shí)間為2015年3—5月。涵管開(kāi)挖施工中，兩頭以Ⅵ級(jí)巖石為主，中部以Ⅸ級(jí)巖石為主，地質(zhì)條件與勘察中地質(zhì)描述相符，施工過(guò)程順利。水平定向鉆輸水管完工至今運(yùn)行良好，未發(fā)生滲漏問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)工程中多出現(xiàn)壩下埋管滲漏問(wèn)題，需封堵重建，目前常用的替代方案以虹吸管、隧洞為主，而水平定向鉆工藝最先應(yīng)用于公路，隨后水利工程中越來(lái)越多地采用該方案。余莊水庫(kù)選用了水平定向鉆工藝作為輸水管的施工方案，于2015年完成施工，輸水設(shè)施運(yùn)行多年，至今未發(fā)生滲漏問(wèn)題，進(jìn)一步證明了水平定向鉆工藝成熟可靠，適應(yīng)性普遍，可為同類(lèi)工程參考。