非开挖技术在山塘整治工程中的应用

邵红艳，厉富强

（浙江省金华市农村水利管理处，321000，金华）

一、工程概述

1.工程简况

磐安县位于浙江省中部,是一个典型的山区县，素有 “九山半水半分田”之称，为纯山区地质特征，“中间高四周低”地形地貌，相对落后的经济状况。全县1～10万m3重要山塘131座，其中53座为屋顶山塘。近几年随着对水库、河道加固改造，有效保障了工程的安全运行。目前水利工程防汛压力主要集中在山塘安全运行上。山塘一旦出现安全问题，将严重威胁到下游人民生命财产安全。全县山塘总蓄水量315.13万m3，是30个小型灌区近5万亩 （1 hm2=15亩）农田的主要水源。此外，山塘还承担着农民饮水、农村环境、农居消防等综合功能，是山区农民赖以生存的基础，为磐安县工农业生产和发展发挥了巨大作用。

这些山塘大多建于20世纪五六十年代,受当时条件限制,普遍存在工程设计标准较低、管理不规范、施工质量不高等问题，特别是坝内埋置的放水涵管，结构材料多种多样。据统计，有素混凝土管、石板盖涵、瓦管和木管等，经多年运行，90%以上山塘涵管存在老化、破损、裂缝、沉陷、坍塌等安全隐患。因此，对放水涵管进行处理是山塘整治的重要建设内容，也是保证山塘大坝安全运行的首要条件。

2.磐安非开挖技术实施的背景

2012年7月,磐安县被列入浙江省第四批中央财政小型农田水利重点县。根据三年建设方案，磐安县小型农田水利重点县总投资为1.01亿元，其中62座病险山塘整治列入重点县水利专项山塘整治，这些山塘均需对涵管进行处理。

浙江省山塘综合整治技术导则规定：土石坝坝下涵管原则上废除，废除后根据实际情况可采取设置倒虹吸管、开挖隧洞或在坝头基岩中明挖设置埋入式的钢筋混凝土涵管方式。这些处理方法虽为近年山塘除险加固发挥了巨大的作用，但在具体实施与工程建后运行中，三种涵管处理方法也存在一定的局限性，不是很理想。①设置倒虹吸管。在2002年至2005年之间，磐安县对尚湖镇沙塘坞山塘、南树坞山塘等6座山塘在原涵管废除后采用虹吸管放水。采用该方式投资较省，施工也方便，但在实际运行中，由于管道锈蚀、漏气等原因运行寿命不长。同时由于每次放水都要进行冲水，管理麻烦，农民对采用倒虹吸放水不太愿意接受。②开挖隧洞。由于山塘开挖隧洞普遍不长，工程量较小，加上炸药审批困难，在山塘整治等小工程上施工队伍也非常难找，隧洞开挖方案不易实施，特别是在隧洞施工中因离坝头较近，易存在对坝肩振动的问题。③坝头明挖埋管。该方案相对来说开挖工程量较大，磐安属山区县，山塘大坝不长，坝高较高，采用涵管开挖重新埋设的方案，大半个山塘都得重建，不仅工期长、坝体回填质量及新老坝体接触部位处理质量不好控制等原因，容易在日后运行过程中发生新的安全问题。

为寻求安全、可靠、施工方便的放水涵管处理方法，磐安县经过多次考察、研讨，最终确定在条件允许的山塘采用非开挖技术，对存在安全隐患的涵管进行报废处理，重新在左右坝头山体合适位置采用非开挖技术新建涵管。磐安县2012年综合整治山塘20座，其中采用倒虹吸建涵管3座，坝头明挖设置埋入式涵管2座，老涵管套管灌浆处理2座，采用非开挖技术处理涵管13座，占到了山塘整治总数的65%。

二、非开挖技术应用情况

非开挖技术是指通过导向、定向钻进等手段，仅在进出口地表极小部分开挖的情况下，敷设、更换和修复各种地下管线的施工新技术，对地表干扰小，因此具有较高的社会经济效果。该技术源于20世纪70年代，于90年代传入我国，目前被广泛应用于给排水、电力通信、石油燃气等领域的新管道建设和旧管道修复。

水利工程因大多坐落于山区，交通不便，施工条件相对较差，机械设备进出场难度大，且工程地质以弱化岩为主，不同于黏土、砂砾层等软基，钻孔难度较大，因此在水利工程上还很少应用，更未得到普及。

三、非开挖技术六步施工法

1.进场

在设备进场前，应开挖平整好工作平台并压实，保证设备通行及进出场，考虑孔洞布置及孔洞纵向坡降等因素，满足设备施工要求。施工平台应略高于孔洞进口，本工程在高于孔洞进口0.2～0.3m、距离洞口6～10m位置设置操作平台。进场后应对设备进行调试、检查、测试，确保设备安全运行。

2.导向

山塘涵洞长度普遍较短，可根据施工图设计在地面上初步拟定钻孔走向，然后用仪器测定进出口平面位置和高差，依据洞轴线长度和高差计算钻孔纵坡，确定钻孔偏角，根据纵坡和偏角调整钻杆入岩角度，完成后即可开始钻进施工。钻进施工过程在导向仪的指引下，及时调整和修正钻头钻进方向，确保导向孔按设计顺利成孔。

3.扩孔

导向孔挖掘完成后，在出口将扩孔器连接在钻杆上，再回拖钻杆进行回扩。具体施工可根据洞径的大小或地层复杂情况分次或多次回扩，直至达到符合设计要求。

4.冲洗

钻孔回扩完成后应对孔洞进行冲水清洗，清除孔内断层或破碎带掉落的石块或石碴，为下一步铺设管道做好准备。

5.拉管

冲洗完成后将管道连接在钻杆上利用钻机回拉，将管道拖入已扩钻孔内，完成管道铺设施工。回拖过程为了避免钻孔中的落石、掉渣等问题，要求对管道进行预先连接，并一次性完成拖管，确保连接质量和铺管的顺利完成。

6.灌浆

铺管完成后应对管壁与岩石接触的缝隙进行灌浆，对进出口两端进行封堵并预埋灌浆管，对管壁缝隙全段灌浆以防止管道老化后涵洞过水对洞壁冲刷影响。

四、适用范围及效率

1.适用范围

从磐安实施的工程情况看，该技术适宜黏土、亚黏土、砾石土、风化岩及弱风化岩等，硬度较大的基岩除效率略低以外也可使用。在铺管材料的选择上可选范围也较大，在弯孔中可铺设柔性管(如PVC、PE管等)、在直孔中除可铺设柔性管道外，也可铺设刚度较大的管材（如钢管、铸铁管等）；铺设管径与长度可根据需要进行选择。磐安县工程地层大多为风化岩或弱风化岩，本次山塘整治铺设管道均采用DN250PE管，铺设长度约40 m～60 m，工程在实施过程中较为顺利。

2.施工效率

根据对新渥下坞和仁川横坞山塘的钻孔施工情况统计，采用ZT—25型钻机，在Ⅷ～Ⅹ级岩石地层中导向钻进速度约为3 m/h，回扩进度也为3 m/h，因此对于40～60 m洞长仅需14～20 h即可完成导向钻孔，从钻孔到铺管一般7天时间可全部完成。如遇风化岩或砾石土则钻进速度更快，效率较高。

五、工艺局限与注意事项

1.工艺局限

①地形条件。该技术对坝址位置有要求，山塘涵管要求在坝头基岩中钻孔，因基岩强度高、导线距离短，无法实现大角度转弯，则要求大坝的位置应在两岸山脊，如位于两侧山体的山谷地带，则对非开挖技术的施工应用不太理想。

②进场道路。因设备重量一般为8～10 t，功率大的设备重量更重，必须修建临时道路，否则钻机无法进入施工现场。同时该机爬坡能力较弱，路面要求平整坚硬，道路坡降不宜过陡。

③单价确定。非开挖钻孔铺管施工技术是一项新的施工工艺，水利水电工程概算（预）算定额中尚无该项内容，在其他行业的定额中也无类似的导线距离短、基岩强度高的钻孔单价依据，只能采用市场价加洽谈方式，要科学确定单价还有一定难度。

2.施工注意事项

①注意卡管。在钻孔回扩完成后，如孔内石碴未清理干净，易在铺管过程中发生卡管情况，影响施工进度。因此对有断层或破碎带的钻孔必须认真细致冲洗，且冲洗完成后即组织铺管施工，不得停顿时间过长，避免卡管。

②注意防护。该技术可从上游向下游顺坡开挖，也可从下游向上游逆坡开挖，施工部署灵活方便。但在顺坡开挖时，施工平台就在山塘库区内，高程接近死水位，在施工时需做好设备的防护工作，特别是启闭机无法开启、老涵管坍塌封堵无法排水的山塘，需做好雨期设备防淹工作，避免受淹。

六、结 论

磐安目前设计的13座山塘均已采用该方法完成涵管的处理，累计钻孔铺管长度达660 m，平均每座山塘约50 m，最长的达85 m，同时投入非开挖机械3台。从实际应用来看，效果不错，主要有四项优点：①施工进度快。非开挖技术施工天气影响不大，有利于工期控制，在工期短，实施任务重的重点县建设中显得尤为重要。②施工安全有保障。非开挖施工对周围环境及坝肩影响最小，与隧洞爆破相比更安全。③长效运行有保障。非开挖水平定向钻孔铺管，使得工程在建后管理更方便，使用年限更长久。④该施工工艺对地质适应性强。特别是能在弱风化基岩中钻孔铺管，在全省水利工程施工中具有普遍意义，同时该工艺不影响老坝体安全，避免了坝体开挖后回填质量不达标影响安全的问题，能保证原坝体的安全。总体上说，该工艺的运用达到了技术引进的预期目的，为解决山塘涵管改造困难打开了视野、提供了一种全新思路。