朱万涛

（丽水利源工程咨询有限公司，浙江丽水，323000）

1 工程概况

余庄水库位于浙江省丽水市东侧，距市中心约10 km，库容11万m3。水库大坝为黏土心墙坝，坝顶高程509.00 m，坝长65 m，坝高25 m。溢洪道位于大坝右侧，为无闸式宽顶堰，溢流宽度10 m，堰顶高程507.00 m。现输水设施为右侧坝下瓦制埋管，直径0.25 m，管长70 m。

余庄水库于1975年建成，而后陆续维修多次，2014年对水库进行安全鉴定，发现水库存在坝下涵管渗漏问题，决定封堵涵管并重建输水设施。

2 输水建筑物方案选择

新建输水设施型式拟定以下三种方案：

（1）虹吸管方案：优点是结构简单，施工简便，便于维修，投资低；缺点是抽水高度受限，不适用于高差大于7 m的情况。

（2）隧洞方案：优点是工艺成熟，安全可靠，便于维修；缺点是工期较长，施工工序较复杂，施工中需要人员进入，对山体岩石力学性能要求较高，投资较高。

（3）水平定向钻方案：优点是工期较短，施工中无需人员进入，安全可靠；缺点是设备靠超声波控制定向，无法实现大转角变向，工艺技术要求高，需要专业施工队伍，投资较高。

本水库坝高25 m，若采用虹吸管输水方案，在满足水库功能前提下，虹吸管须埋置在坝体内，高程约497.00 m，在正常蓄水位以下，易形成渗漏通道，对大坝安全不利；若采用隧洞方案，投资高，工期长，人员进入隧洞易出现安全问题。经研究和比较，认为水平定向钻输水管方案虽一次性投资较高，但安全度和可靠性较高，最终选用水平定向钻输水管作为输水设施。

3 水平定向钻设计及施工

3.1 工程地质条件

3.1.1 库区工程地质条件

（1）地形地貌：余庄水库位于低山山腰坡地地带，山体表部植被发育较好，坡洪积层少量发育，强风化基岩部分裸露，弱风化基岩零星裸露，相对平缓的坡地、坳地为阶梯状田地，山体坡度30°～65°，覆盖残坡积含碎石黏性土，自然岩土体处于稳定状态。

（2）地层岩性：区内出露的地层由老到新为侏罗系上统高坞组（J3g）浅灰、浅黄色凝灰岩，第四系全新统残坡积含碎石黏性土，分布于山坳沟谷。

（3）地质构造：工程区位于华南褶皱系浙东南褶皱带丽水-余姚深断裂的北西侧、温州-淳安大断裂的南西侧及松阳-平阳大断裂的北东侧。区域褶皱构造不发育，以NE向压性为主，其次为NW向张性断裂。场区主要发育有少量节理，陡倾角，呈闭合状。

3.1.2 坝址工程地质条件

坝址处基岩裸露，为侏罗系上统高坞组（J3g）凝灰岩，覆盖层为第四系全新统残坡积层含碎石黏土及粉质黏土，坝基处覆盖层厚约1~2 m，两岸边坡覆盖层厚约3~4 m。覆盖层以下为强风化凝灰岩。大坝工程地质情况见图1。

图1 大坝工程地质剖面图Fig.1 Geologicalprofile of the dam

（1）强风化凝灰岩：青灰、浅黄色，凝灰质结构，块状构造。风化、构造节理裂隙较发育，呈闭合状，裂面有铁猛质浸染。岩石较完整。岩芯呈短柱状、柱状为主，少量为块状和长柱状。属次坚石，开挖等级Ⅵ级。

（2）弱风化凝灰岩：青灰、浅黄色，凝灰质结构，块状、大块状构造。风化、构造节理裂隙少量发育，呈闭合状，裂面有铁猛质浸染。岩石完整，岩体的基本质量等级为Ⅱ类。弱透水性，岩芯呈柱状、长柱状为主。属次坚石，开挖等级Ⅸ级。

（3）水文地质条件：地下水主要为第四系堆积物孔隙水和基岩裂隙水，以大气降水补给为主，一方面垂直入渗补给下部基岩裂隙含水层，另一方面从地势高处向地势低处排泄，基岩裂隙水含水层富水性受裂隙发育程度控制，在地形低洼处及断裂破碎处以泉流方式排泄。

3.1.3 工程地质条件评价

库区区域构造不发育，稳定性良好。坝基及边坡以强-弱风化凝灰岩为主，地质条件良好，边坡稳定。根据地质剖面图判断，涵管开挖施工中，开挖岩石等级为Ⅵ-Ⅸ级，适合水平定向钻开挖。根据区域水文地质资料及当地建筑经验，且坝区及附近无污染源，判定库水及地下水对混凝土无腐蚀性。综上，本项目工程地质条件简单，适宜水平定向钻开挖方案的施工。

3.2 水平定向钻输水管的设计

水平定向钻输水管进水口位于坝轴线上游40 m处，出口位于大坝下游，全长90 m。水平定向钻洞内为DN300 PE输水管，进口高程494.00 m，出口高程490.00 m，管外进行全长段回填灌浆。放水管出口设闸阀及阀门井，阀门井下游与原有渠道平顺连接。

水平定向钻输水管造孔时分3级实施扩孔，采用ϕ280、ϕ380、ϕ480岩石钻扩孔器进行预扩孔，然后用ϕ480筒式扩孔器进行清孔。完成清孔后，从进水口向出水口进行拖管，同时回拖DN300 PE输水管及ϕ50 PVC花管，利用花管进行回填灌浆。灌浆由下而上，花管随灌浆同步上拖，直至全段完成灌浆，花管全部拖出。

3.3 水平定向钻输水管的施工

3.3.1 施工工序

施工准备→测量放线→整修进场便道→施工现场布置→设备进场→设备调试→试钻→钻导向孔→分级预扩孔→管道回拖铺设→设备撤场→竣工验收。

3.3.2 场地平整及设备进场

根据现场勘察的情况，拟定从下游出水口入土钻进，出土点位于上游进水口，对入、出土点采用挖机进行局部平整后即可满足施工要求。

3.3.3 钻杆及钻具的检查

设备进场前指派专人对以下部位做彻底的检查：（1）每根钻杆的丝扣磨损情况，回拖连管U形扣件的磨损情况；（2）回扩钻头分动器旋转的灵活性、间隙大小，并加注黄油；（3）钻机动力头起始短节丝扣的磨损情况，起始短节的使用小时数，短节上8条预应力螺栓的松紧情况；（4）起始短节及预应力螺栓的库存数量；（5）设备所有需要加注润滑油脂的润滑点；（6）无线控向系统相关仪器设备的测量精度复核及灵敏度检查。

3.3.4 钻机的安装和调试

钻机安装的位置见施工平面布置图（图2）。钻机安装后，应进行试运转。

图2 施工平面布置Fig.2 Construction plane

3.3.5 导向孔的钻进

（1）钻机及配套设备就位。按施工布置图将钻机及附属配套设备安放在预定位置，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。

（2）导向轨迹确定。导向轨迹的确定应执行设计和规范要求，主要考虑以下因素：满足规范要求的最小曲率半径（即：R=1 500 D），选择最佳主力穿越层位，综合考虑入土角、出土角、曲率半径等。根据工程综合考虑以上因素，确定导向轨迹。

（3）测量控向参数。按操作规程标定控向参数，要求细心并尽可能多测取参数进行比较，以确定最佳参数，在管中心线的三个不同位置测取，且每个位置至少测四次，并做好记录。

3.3.6 扩孔

铺设DN300 PE管，分3级扩孔，采用ϕ280、ϕ380、ϕ480岩石钻扩孔器进行预扩孔，然后用ϕ480筒式扩孔器进行清孔。最终扩孔直径保证大于或等于1.5倍的铺管直径，确保管线铺设通道通畅。

3.3.7 管线回拖

管道组焊完成，ϕ480筒式扩孔器清孔后，从进水口向出水口进行管道回拖，管道回拖中，同时回拖DN300 PE输水管及ϕ50 PVC花管。

3.3.8 回填灌浆

利用花管由下而上回填灌浆，花管随灌浆同步上拖，直至全段完成灌浆，花管全部拖出。

水平定向钻输水管施工时间为2015年3—5月。涵管开挖施工中，两头以Ⅵ级岩石为主，中部以Ⅸ级岩石为主，地质条件与勘察中地质描述相符，施工过程顺利。水平定向钻输水管完工至今运行良好，未发生渗漏问题。

4 结语

水库工程中多出现坝下埋管渗漏问题，需封堵重建，目前常用的替代方案以虹吸管、隧洞为主，而水平定向钻工艺最先应用于公路，随后水利工程中越来越多地采用该方案。余庄水库选用了水平定向钻工艺作为输水管的施工方案，于2015年完成施工，输水设施运行多年，至今未发生渗漏问题，进一步证明了水平定向钻工艺成熟可靠，适应性普遍，可为同类工程参考。