文章介绍了非开挖定向钻技术在小型水库输水涵管改造中的施工工艺及流程，分析了该方法在小型水库输水涵管改造中具有操作简单、开挖工程量小、施工工期短且对天气适应性强，对大坝影响较小并避免了沿涵管渗漏现象的发生，根据非开挖定向钻孔技术在工程实际中的应用，表明该方法在在地质地形条件适合的情况下在放水涵管改造中具有良好的经济及社会效益。
引言
水库作为我国防洪保安工程体系与水利基础设施的重要组成部分，多年来在防洪、灌溉、供水、发电、改善生态环境等方面发挥了巨大的作用。我国共有水库8万余座，这些小型水库大部分建成于20世纪的50-70年代，受当时经济条件、技术水平、建筑材料、管理体制等方面的限制，90%以上的小型水库是土坝，且放水设施大多采用了坝下涵管取水型式。由于建设标准低、工程质量差，加上管理设施和手段落后等原因，大部分涵管已出现各种各样的病险问题，威胁大坝的安全运行，影响水库效益的正常发挥，迫切需要对放水涵管进行改造。
1非开挖定向钻技术在涵管改造中的应用
非开挖定向钻技术是利用岩土钻掘手段，在不开挖地表的条件下进行管道铺设的一项新技术，与传统的开挖埋设管道相比具有不影响交通、环境破坏小、施工期短、安全性高及综合成本高的特点，目前该技术已广泛应用于电力、市政、自来水及煤气管道的铺设中。
1.1施工工艺及流程
采用非开挖定向钻技术在坝肩岩石山体处钻孔敷设管道作为放水涵管，施工分为以下6个工序：①施工前准备；②钻导向孔；③回拉扩孔钻头成孔；④焊接输水管；⑤牵引输水管道入孔；⑥管道和钻孔孔隙灌浆。
1.2操作步骤
1）施工准备。
首先摸清施工范围内是否埋设有影响施工的管网管线等物品，确定没有不利因素后才能进行施工。
然后依据施工图纸进行施工放样并设计好钻杆轨迹，同时依据管径、放水管埋深及管道施工放样范围内的地质情况确定单次牵引的管道长度和管材。
2）钻导向孔。
定向钻机的钻孔压力施加在钻杆尾部，采用钻进液辅助碎岩钻头钻压。钻头断面为斜面，因此连续转进的钻头钻出的孔纵剖面为直线，当维持钻头某个方向不回转加压时使钻孔发生偏斜。钻头内或者紧靠钻头的地方安装钻孔方向探测装置，探测装置发出信号，根据地面接收器接收到的信号，可以实时跟踪钻孔的位置、深度及其它参数。
施工时将探测装置安装在钻头内，钻头通过钢管连接到定向钻机上，然后定向钻机通过钢管对钻头施加压力，将钻头打入山体；地面接收器可随时接收探测装置信号确定钻头的钻进方向与深度，定向钻机根据此信息及时旋转钻头，使钻头按照设计的方向和深度钻进，在山体中形成一条直径为100mm的圆孔通道，圆孔中心线即为涵管的中心线。
3）回拉扩孔钻头成孔。
圆孔初步形成后，将原钻头卸下后换装上大一号的钻头，然后将钻头钻孔回拉至初始位置，如此来回数次扩大孔洞，直至孔洞直径满足回拖涵管要求。为了防止钻孔时塌孔，钻孔时注射的水中添加具有固化洞壁、润滑钻杆等作用的外加剂。
4）管道焊接。
管道接口质量的好坏直接影响拉管施工的成功进行，放水涵管为PE管，采用热熔焊接连接管道。在施工条件允许情况下，管道焊接可在在沟槽上操作，焊接时应临时堵封管口。合格的焊缝管外圆周上应有两翻边，两翻边的大小及形状应均匀一致，无鼓泡和裂纹等，翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。
5）牵引输水管道入孔。
钻孔完成后，将管材连接成需要长度，检测管道强度及焊缝均符合要求后即可进入牵引管道入孔施工。首先用管道堵头将一端管头密封，另一端与钻头相连，将管道缓慢拉入符合要求的孔洞中，即完成管道入孔施工。
6）管道和钻孔孔隙灌浆。
输水管道与孔洞间存在较大的间隙，为防止间隙渗水，在管道入孔完成后进行水泥灌浆处理。
①清洗孔道：为保证注浆质量，在注浆开始前需先对孔道进行清洗，孔道清洗考虑从管道上游端开始，采用高压水泵向孔道内注水，在下游将产生的泥浆水引入泥浆池中，然后集中外运。在下游孔道流出的水基本干净后，方可停止上游注水。在孔道清洗时，排气管的清洗也采用注水清洗；
②孔道注浆：管道牵引时，为满足日后注浆需要，需事先预设两根管道，沿管道通长布置，一根用作注浆管，一根用作排气管，注浆管采用PEIO0DN32高密度聚乙烯管，排气管采用PE100DN40高密度聚乙烯管，并在管身通长每隔0.5m钻孔一个，并错开布置，以保证在任何情况下均能满足排气需要。注浆管和排气管均布置在管端上游，注浆管布置在孔道底部，排气管布置在孔道顶部。注浆前需先将上下游之间的孔道间隙进行封堵，封堵内侧采用麻絮填塞，外侧采用快硬性的铝酸盐水泥混凝土封堵；
③浆液拌制：灌浆浆液的的配合比严格按照设计的要求利用砂浆搅拌机拌制，所有拌制浆液的原材料必须经过计量，搅拌机充分搅拌均匀浆液后（≥3min）方可开始灌浆，灌浆过程中搅拌机应不间断缓慢搅拌浆液；
④灌浆：灌浆开始前应全面检查灌浆材料与设备，包括压力表、拌储浆系统、压浆管、灌浆泵等。为保证灌浆质量，灌浆应连续作业，勿随意中断灌浆作业。灌浆从下游开始，注满一段后，将注浆管拔出一段，逐步完成整个过程的注浆。灌浆机启动后开始灌浆，灌浆压力控制在0.1-0.3MPa，当压力达到0.3MPa时，停止灌浆，根据现场试验情况将灌浆管拔出一段后继续灌浆。再次灌浆压力保证在0.1MPa以上，待灌浆压力再次达到0.3MPa时，再将注浆管拔出一段，重复以上循环过程，完成整个灌浆。灌浆过程中浆液流速控制在0-45L/min。为确保灌浆浆液达到一定压力，整个灌浆过程中灌浆管均需埋在浆液内，以填补岩层缝隙。灌浆采用灌浆压力为主和灌浆量为辅的双控原则，当灌浆量达到设定值时，终止灌浆。
2非开挖定向钻技术与其它涵管改造方法比较分析
2.1挖除老涵管、埋设新涵管
现阶段坝下涵管改造使用方法较多的为挖除老涵管、埋设新涵管。该方法能发现原涵管破损程度及破损位置，找出原涵管破坏原因并提出合理的解决方案，方案施工方便，工序简单。但是该方法土方开挖量较大、工程投资较高、施工影响大；施工的季节性较强，遇到雨季无法施工影响工程进度；同时由于原坝体土与回填土的不均匀沉降较易产生贯穿大坝的横向裂缝，给大坝安全留下隐患。
2.2新建虹吸管
虹吸管是利用虹吸作用将水库的水绕过坝顶引入下游输水系统。该方案放水设施与坝体独立，工程管护和维修相互分离，运行过程中相互影响、制约的因素较少。但工程放水流量因水库水位的影响不稳定，运行管理难度较大；由于虹吸管真空度的限制，为了保证虹吸管能正常工作，进水口高程与虹吸管的最高点高差一般不超过8m，因此虹吸管适用于坝高小于10m的水库，限制了虹吸管的应用范围。
2.3新建输水涵洞
开挖隧洞需要有较好的地形及地质条件，在地址条件较差的地区由于施工安全因素限制了隧洞的开凿，且隧洞施工开凿工程量较大，工程造价也较高，且施工工期较长。
2.4非开挖定向钻技术
非开挖定向钻技术具有左右开挖量少、施工快；对天气状况适应性强；对坝体扰动较小，较好的解决了沿涵管渗漏的问题。
3. 工程应用
某水库集雨面积0.22km2，水库总容量为22.19万m3，是一座以灌溉为主的小（2）型水库，大坝为均质土坝，坝高10.16m，。原放水涵管位于水库大坝左岸，为④30cm的坝下埋管，由于年代建设时间较长以及建设标准不高，涵管除险漏水现象。本工程对涵管的处理方案为对原有涵管进行封堵，同时在左坝头山体处采用非开挖定向钻技术新建放水涵管，新建放水涵管长度78m。
涵管进水口高程41.55m，涵管进水口采用CM-30型斜拉式镶铜圆插门，并配IA-3t手动螺杆启闭机，涵管出口高程41.2m，出口与下游现有渠道顺接。管身段管道使用管材为高密度聚乙烯给水管，规格型号为PE100DN315，钻孔直径为50cm，在穿越管完成后进行水泥回填灌浆处理。施工总工期15d，工期较短，没有对其它施工造成影响，涵管建成后运行良好。
