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踐中摸索經(jīng)驗，將機鉆輸水洞應用于小型水庫（山塘）輸水涵管改造，造價低且安全可靠、施工速度快。湘西州的實踐，對廣大丘陵和山區(qū)同類工程建設有借鑒意義。

一、湘西州小型水庫涵管整治方案比選

湘西州位于湖南省西北部，州內(nèi)已建成各類水庫686座，其中中型水庫 23 座、?。?）型水庫 138 座、?。?）型水庫525座，水庫總庫容約13億m3。這些水庫多數(shù)修建于20世紀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)量差等問題，特別是放水設施多采用壩體中埋設簡易涵管，材料以石灰及水泥漿為主，個別甚至為木涵管。經(jīng)過40多年的運行，許多涵管砌石風化溶蝕十分嚴重，且層面粘結材料質(zhì)量差，沿接觸面滲水嚴重，導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，無法放水，嚴重影響了水庫效益發(fā)揮，并危及大壩安全。

當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題，且壩體開挖回填工程量大，施工質(zhì)量要求高，因此工期較長，工程造價較高。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，工程造價也較高。針對上述情況，湘西州水利局、永順縣水利局經(jīng)過方案比選，同地質(zhì)部門合作，在永順縣青坪、細作湖、二克、董格溪等小型水庫和米家灣、桐司湖山塘等工程建設中采用地質(zhì)鉆機在地質(zhì)條件較好的山體側鉆水平輸水洞的方法進行輸水涵管改造工程建設，不僅工期短，施工安全，運行可靠，且造價較低，收到了良好的效果，達到了改善輸水條件的目的。該技術已在湘西州小型水庫（山塘）除險加固中得到了全面推廣應用。

二、采用機鉆輸水洞法改造小型水庫（山塘）輸水涵管

1.適用范圍

機鉆輸水洞的施工主要受現(xiàn)有鉆進機械和輸水洞長度限制，根據(jù)經(jīng)驗，輸水洞鉆進長度宜小于100m，機鉆輸水洞坡降宜在1/200以下，孔徑宜在400mm以下。這一施工方法對于?。?）型水庫、山塘等壩下涵管堵塞、險情嚴重但地質(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，同時對原存在問題的涵管進行封堵。主要工藝流程：機鉆輸水洞選線→測定進出口高程→開挖鉆機平臺→架設鉆機→調(diào)整鉆進角度→鉆孔并擴孔→洗孔→套管→充填灌漿→原涵管封堵。

3.操作步驟

①機鉆輸水洞選線及進出口高程的控制。在施工前應詳細了解工程的地形、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、巖石堅硬完整、透水率低、洞線較短等無不良地質(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。通過三角控制測量或視準線法確定較短的合理機鉆輸水洞軸線，在開孔端布置好基準樁及工作樁，采用水準儀閉合測量，布設好洞線的高程基點。軸線基準樁、工作樁、高程基點宜選在地基穩(wěn)固、便于監(jiān)測和不受外界影響的地點，基準點應不少于3個。

②開挖鉆機平臺。用人工或機械將施工場地平整好，以便地質(zhì)潛孔鉆機能行駛、進出及操作。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。鉆機就位時要事先檢查鉆機的性能狀態(tài)是否良好，保證鉆機正常工作。鉆機安裝必須平正穩(wěn)固，鉆孔應埋設孔口管，鉆機鉆桿軸和孔口管方向必須與設計方向一致。鉆機基座地基必須穩(wěn)固，必要時對鉆機平臺進行基礎處理，并在周邊設好排水溝。鉆孔采用改裝過的地質(zhì)鉆機或潛孔鉆機鉆進，調(diào)整好鉆進角度，開口孔位與設計位置偏差不大于10 cm，鉆具采用金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭。鉆孔孔壁應平直完整。鉆孔時應對巖層、巖性及孔內(nèi)各種情況進行詳細記錄。如鉆孔過程中遇有洞穴、塌孔導致卡鉆或鉆孔困難時，應利用壓力水洗孔或重新開孔。在鉆孔過程中采用視準線法對軸線基準樁與鉆孔軸方向隨時觀測，及時糾偏。終孔后應對設計軸線、高程進行復核，若終孔的位置及高程偏差超過設計值時，應按監(jiān)理指示采取其他補救措施，或報廢原孔重新鉆孔。

④鉆孔沖洗、裂隙沖洗。鉆孔結束后，通入大流量水流對孔壁進行沖洗，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)條件復雜地區(qū)裂隙沖洗方案經(jīng)現(xiàn)場灌漿試驗后確定。

⑤套管。套管前一般都需對管材進行加工，加工時必須注意接頭要牢固防止拉脫，接縫要密封防止漏漿。將套管送入機鉆輸水洞內(nèi)，套管可以從上游往下游進入，也可以從下游往上游進入，具體視施工現(xiàn)場條件而定。

⑥封口并灌漿。在套管套入機鉆輸水洞后，用混凝土將套管進出口兩端與山體接合部封堵，并在進出口的頂部預留排氣孔，在進口設置灌漿孔。當進出口封堵的混凝土達到設計強度后，灌漿即可開始。灌漿一般采用多缸活塞式灌漿泵，有條件時也可采用重力流灌，若采用機械灌漿，一般灌漿壓力達到0.2MPa即可。若采用重力灌漿，泥漿桶與涵管進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，水泥強度等級為32.5，灌純水泥漿。水灰比開始為 10∶1，逐漸加濃，終期可采用3∶1。漿液由進口預留的灌漿管灌入，待到出口排氣孔出漿后，關閉排氣孔閥門，然后繼續(xù)灌注，進口排氣孔冒漿后，關閉進口排氣孔閥門，同時對灌漿孔進行壓力灌漿，當漿液入注率低于1 L/min后，繼續(xù)灌注30分鐘，即可結束灌漿。

⑦原涵管封堵。先將原涵管的進口和出口適當挖除一段（一般為3m），并采用混凝土或漿砌石封堵，在原涵管進出口上側設置排氣孔，進口設置灌漿孔，待進出口封堵體達到設計強度后，進行管內(nèi)回填灌漿，壩頂（涵管的正上方）沿軸線涵管內(nèi)進行充填灌漿。灌漿結束后，原涵管上方進出口內(nèi)外壩坡用砂壤土回填夯實，必要時鋪設土工膜進行防滲處理。

4.施工中應注意的事項

①機鉆輸水洞位置的選擇。在鉆孔過程中常會由于地質(zhì)原因，如出現(xiàn)洞穴、塌孔等，易出現(xiàn)卡鉆、無法鉆進等現(xiàn)象，所以機鉆輸水洞應盡量選擇在山體巖層較厚、巖石堅硬完整、透水率低等無不良地質(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。鉆機的平臺基礎必須穩(wěn)固，鉆機必須與基礎固結牢固，同時要做好施工排水，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。在鉆孔過程中要隨時對軸線基準樁與鉆桿軸方向進行觀測，及時糾偏。

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對套管與孔壁之間縫隙進行充填，主要是控制好漿液的變換和壓力。對地質(zhì)情況較差的工程，為防止泥漿過多流失，可采用低壓濃漿、間歇停灌的方法。每次灌漿停止后，應將有關機械設備、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，兩側必須開鑿齒槽并逐層填土、逐層夯實（每層填土厚30 cm，夯實為20 cm），以防新舊體發(fā)生裂縫滲泄。

三、實例分析與經(jīng)濟比較

細作湖水庫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，總庫容19.76萬m3。本次除險加固主要是對壩體、壩基、壩肩進行防滲處理，對大壩上下游壩坡進行整形，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2～3m處采用地質(zhì)鉆機，按照與原涵管洞線平行且進出口高程基本相同的條件新鉆輸水洞，全長54m，鉆機鉆孔孔徑為φ300，內(nèi)部安裝φ250 PE塑管套管。輸水洞進出口兩端采用C15混凝土封堵墩進行封堵，套管與鉆孔間縫隙內(nèi)進行充填灌漿處理。

細作湖水庫機鉆輸水洞施工選擇CYG-300型履帶式全液壓多功能鉆機。鉆機進入操作基坑后，為保障鉆機基座基礎穩(wěn)固，一是在鉆機液壓支撐桿與基坑接觸面之間應用楔形塊塞緊，二是在孔口設置排水溝防止?jié)B水進入基坑。細作湖水庫機鉆輸水洞施工設計鉆孔孔徑為φ300，鉆機采用φ75的金剛石鉆頭后接擴孔器，鉆桿每根長為1.5m。鉆具安裝調(diào)試完成后即可開鉆。

與新建輸水隧洞施工相比較，機鉆輸水隧洞優(yōu)勢多，一是機鉆輸水洞造價低，僅為開挖隧洞造價的37%；二是工期短，機鉆輸水洞僅需10天左右，而開挖隧洞需60天以上；三是施工安全可靠，避免了爆破等高危作業(yè)，且不需增設棄渣用地。 ■