水平定向钻孔技术在长田水库除险加固工程中的应用

杨 静

(平远县水利服务中心，广东 梅州 514600)

水平定向钻孔技术作为一种先进技术，在实际应用中由于成本较低，操作简单，得到实际项目工程的广泛应用。长田水库属于小型水库，在开展除险加固过程中，通过该技术的合理应用，能确保项目安全可靠进行，为我国水利事业及社会经济的发展提供可靠支持。

1 项目介绍

长田水库于1977年9月开工，于1982年10月竣工，长田水库于2008年9月进行了大坝安全鉴定，2008年12月长田水库进行了除险加固设计。水库主体工程现有土坝1座、溢洪道1座、输水涵管1条等。现有上坝道路与村道相接，距梅州市约24km。通过对该水库大坝的安全评价，综合评价该水库大坝为“三类坝”，建议尽早对其进行除险加固。长田水库除险加固工程主要内容包括：①改建溢洪道，重建泄水闸及启闭机房；②更换启闭机，闸门及拉杆仅做除锈防腐；③坝顶：沥青混凝土路面改为泥结石路面等内容。为确保水库除险加固工程的合理开展，经过研究分析将水平定向钻孔技术应用到工程中，并取得良好的应用效果。

2 长田水库除险加固工程的主要内容

长田水库除险加固工程主要内容包括一下几个方面的内容：①改建溢洪道，重建泄水闸及启闭机房；②更换启闭机，闸门及拉杆仅做除锈防腐；③坝顶：沥青混凝土路面改为泥结石路面；④对坝顶防浪墙批荡局部凿除重新批荡(见烂补烂)、新建路沿石；⑤对坝体进行充填灌浆；⑥增加对前坡分缝处除草及回填沥青；⑦坝后坡步级结合巡视线路布置，坡面裸露处补种草皮；⑧设置位移沉降监测点，集渗沟接出至下游河道(或排水顺畅处)。

3 水平定向钻孔技术在小型水库除险加固工程中的应用

水平定向钻孔技术属于一项新型技术，该技术通过石油行业的定向钻机技术应与传统管线施工法的融合，创新出一种符合实际需求，成本较低，且具有较高施工精度的技术[1]。该技术能够使用多种土壤条件，具有良好的应用前景。下面就对水平定向钻孔技术在长田水库除险加固工程中的应用进行介绍：

3.1 做好技术准备

在项目除险加固之前，要对各类设备与工具的参数进行改进，比如钻井、钻具等相关参数进行改进与优化，确保能符合该项目的实际要求。为确保钻井在钻进期间的稳定性与可靠性，要将稳定装置设置在钻机上，通过桁架结构的应用，将龙门架加设在水平方向[2]。同时，也要做好提引器、提引器取芯卡簧、孔口装卸架等的改进。

3.2 水平定向钻孔

3.2.1 输水涵管

输水涵管的布置需要综合考虑各种要素，比如长田水库所在区域的地址、地形等，最终确定在输水涵管建设期间，新建的轴线需要与原有轴线保持一定距离，水平距离以15.0m为宜，为防止对原涵管的封堵及防渗处理造成影响，需要确保进出口高程一致[3]。新建输水涵管对于施工的安全性与可靠性有较高要求，需要穿过较厚的覆土，还需经历一段浅薄区。因此在先导孔轨迹的设计上，一定要符合实际情况与需求。开挖从涵管进出口段开始，深度、宽度需保持在3.0m左右，开挖高程为3205.6m，然后形成一个便于施工的开挖平台。

3.2.2 管材选择

在长田水库除险加固工程中，对于水平定向钻孔技术的应用，管材选择十分关键，在本项目中输水涵管管材采用PE100级1.60MPaφ315mmPE管道。在选择好管材之后，要对管材的各项力进行验证，比如管材所能承受的最大回施力、穿越回施力等，通过计算，确保所选管材能符合实际需求[4]。

3.2.3 水平定向钻机选型

对于本项目的实际情况而言，为确保项目施工的顺利进行，需要在施工过程中，做好水平定向钻机选型的确定，下面就以泥浆泵流量在40L/min时，水平定向钻机配套设置的相关参数进行介绍：发动机功率为26.5/2350kW，最大项力、最大回施力、最大扭矩分别为70kN、50kN、1300N·M[5]。除此之外，还有其他参数需要注意，比如钻杆直径、主机重量等，所以在钻机选型的确定上，一定要从实际出发，确保选型能符合实际要求[6]。

3.2.4 钻孔最终扩孔直径计算

在本项目中，钻孔最终扩孔直径的确定需利用公式：钻孔最终扩孔直径=设计管道外径·1.5mm。同时，也要确定钻孔泥浆总用量，即：

(1)

式中：V、De、k分别为钻孔泥浆用量、终孔直径、比例系数(3.0)。

3.3 水平定向钻孔施工工艺

在该项目中，水平定向钻机是重要施工设备，施工需分为两个阶段，分别为钻先导孔与扩孔，二者的直径分别为φ150mm与φ500mm。沿着扩大后的导向孔，将引水管回拖到位，确保能顺利完成管道穿越工作，水平定向钻孔施工期间，具体流程为：钻孔轴线设计→测量放线→钻机就位/挖工作平台→实钻→导向孔施工→扩孔施工→管道回施→清理现场，撤场[7]。

比如在钻机就位环节，需要整理好进场道路，确保道路的平整，让钻机顺利进场。在完成施工平台的开挖之后，要保证钻机可以顺利进出场地。针对土质实际情况，选择适合的钻头并安装就位，调整钻头方向，确保可以在预先设定好的入土点精准进入；在导向钻孔作业过程中，钻孔要以根据定位仪进行调整，确保施工符合基本要求。方向控制是钻孔作业的关键所在，需对钻机的方向进行测量，确保测量的连续性，及时对方向进行调整，避免出现偏离；扩大孔洞作业期间，要防止出现孔壁掉渣的情况，铺设工作要在管线连接完成之后再进行，需要保证管线连接质量[8]。在完成连接工作之后，使用混凝土填补缝隙，做好防渗漏工作。

4 其他质量控制要点

4.1 建立健全工程质量终生责任制

为确保项目工程施工的安全性与质量，通过项目工程质量终身责任制的构建与实施，能满足这一要求。各级主管领导需要在合同签订完毕之后，能实现质量责任的可塑性，在明确的责任与分工下，一旦项目出现问题也能找到对应的责任主体。工程质量终生责任制的有效实施，能确保工程质量，实现现场操作的规范性与可靠性。在实际管理中，需严格按照质量管理体系的要求开展各项工作，具体见图1。

图1 质量管理体系

4.2 工程度汛保证措施

根据本工程施工特点，为确保工程安全度汛，保护下游人民生命财产安全，公司成立以项目经理为组长的工程度讯领导小组，采取下列措施：①成立以项目经理为组长的工程度讯领导小组，编制工程防汛度汛预案；②建立与长清区防汛指挥部和当地政府定期联系制度，争取领导的支持与技术指导；③指定专人收听天气预报，对雨情、汛情等进行及时了解与掌握，并具有针对性的采取措施。备好各类防汛物料，便有出现汛情能及时进行出来；④组织专门的抢险队，当有洪水来临时，也能及时到一线进行抗洪抢险[9]。

4.3 钻进转速的确定

在钻机钻进期间，需针对不同的岩性确定不同的钻进速度，下面就对不同岩性的钻进速度选择进行介绍(表1)。

表1 钻进转速选择

4.4 管道外壁与管孔间的防渗处理

在管道完成穿越之后，需要做好防渗措施，避免在管道外壁有水流出，发生比较集中的渗漏问题，对水库安全产生威胁。所以在对管道外壁与管孔间的防渗处理期间，需做好下面几项工作：①预留φ25灌浆管道于PE管道在孔壁之间，使用水泥浆进行填充灌浆；②将钢筋混凝土截水墙设置在引水管道进口处，对渗漏隐患进行有效预防[10]。只有做好管道外壁与管孔间的防渗处理工作，才能避免渗漏问题的出现，确保项目工程开展的质量与效率。

5 结 语

文章从长田水库除险加固工程的实际情况出发，合理使用水平定向钻孔技术，确保项目开展的有效性与合理性。在实际开展期间，需做好输水涵管、管材选择、钻机机型等要点控制。为提升施工质量，要建立健全工程质量终生责任制、做好工程度汛保证、确定钻进转速等，为施工的有序进行提供帮助。未来，还要加强对于水平定向钻孔技术的研究与探索，不断提升该技术的应用安全性与可靠性，为我国水利事业的发展提供可靠支持。