水利工程建设中顶管施工技术的应用探讨

孙钦国

摘要：目前非开挖施工技术尚未在水利工程建设中得到广泛应用与普及，这种施工方法可以有效避免地表结构遭到破坏，最大限度地保障周边环境及居民的正常生产生活。与此同时，在水利工程建设中应用顶管施工技术还能有效减轻施工人员的工作负担，实现最大化的经济效益和环保效益。但在水利工程施工中必须做好前期准备工作、科学选材，综合考虑顶进过程中机械设备可能受到的摩擦阻力影响，以免其影响水利工程整体的建设效果。

关键词：水利工程；顶管施工技术；应用探讨

1 顶管施工技术的特点

近年来我国城市地下管道的数量和种类正不断增加，如电力管道、通信管道、天然气管道都有着广泛的分布，但在水利管道铺设或整改中使用传统施工技术很可能影响地下设施或其他管道，无法充分满足现代化城市快速发展的新要求。而顶管施工技术的应运而生不但能省去地面开挖的环节，有效避免地下开挖对社会秩序、地面生态环境造成的影响。最重要的是，这项施工技术还能使得其他种类的地下管道得以正常使用，这也是传统开挖施工技术所无法比拟的优势。在管道铺设地面明开挖工艺中顶管施工技术具有明显优势，如顶管施工技术可以将立体交叉取代为平面交叉，有效避免地面临开挖可能对便道修建或现有交叉道路通行造成的影响，进一步节省周边房屋加固或拆迁的施工流程，以免对现有河道断流断航或维护、迁移各类管线，最大限度地降低顶管施工期间造成的各种不利影响。在管道铺设明开挖施工中，通常需要对地面上的管道、原有房屋、交通便道进行迁移，或者对现有河道安设坝头，其中产生的泥浆水、扬尘、噪声等污染将会严重危害周边环境。但科学设计顶管施工方案即可避免施工水泥浆、扬尘、噪音等污染对周边环境造成的影响，并取得良好的环境保护效益。站在顶管施工工艺的角度分析，顶管施工成本比地面明开挖施工的成本高，但管道铺设地面明开挖施工需要在河道打坝、管网维护、交通便道修建、房屋动迁等方面花费大量成本，一旦面临停产损失补偿将会花费更多的费用。因此，顶管施工技术带来的经济效益更高，极大地节约了工程投资成本。另外，应用顶管施工技术可以有效延长管道使用寿命，顶管的管节之间不易发生变形断错的情况，在实际施工中对管壁土层造成的扰动影响也相对较小，因此顶管施工的管道比开挖埋管的管道有着更长的使用年限。最后，由于地面明开挖施工还需要完成打坝、管道维护、交通电道修建、房屋加固及拆迁等一系列的流程，其中涉及到大量复杂的现场协调、行政审批等环节，而建设单位、施工单位也需要投入大量人力、财力资源，但顶管施工主要在地下完成相关工作，整个作业面相对较小，从源头上避免了地面明开挖施工中涉及到的风险问题。

2 顶管设计的原则

2.1 总体原则

依据现行标准和规范，在充分了解现场地面以下和以上管线及其他建筑设施的情况下进行设计，要有一定的设计精度和深度，一次确定工作井位置及管道轴向走向，以免后期再次调整整时。若施工过程中对工作井位置和管道轴线进行调，将使得矛盾协调的复杂性和难度大大提高，要投入大量的财力、人力和花费很长的时间，且会严重影响工程投资和施工进度。

2.2 管线布置

（1）管道轴线。输水是管道的主要功能，为保证过水流量应尽量减少管道轴线折弯，通过布设顺直的管道来减少水头损失。特殊情况下确需折弯时，为维持过水流量应进行流量核算，条件允许时还可调整管径。（2）最大程度地避开桩基础的军用设施、景观建筑和建筑物，尽量避开排污、煤气、通讯、自来水和电力管线，确实难以避开的要制定相应的解决方案。（3）管道上层的覆土厚度要严格按规范确定，尽量降低上部建筑物受顶管施工的影响，并确保现场作业人员的安全，覆土厚度无法满足设计要求时必须明确施工应对措施。

2.3 工程井位置

（1）在整个管线的合理位置上选择工作井的位置，一般控制工作井与接收井之间的距离不超过200m，从而有利于施工轴线偏差和摩阻力的控制，以防中继间的过多布置以及缺氧事故的发生，在改善工作面作业环境的条件下提高经济效益和施工效率。单向顶进时应在下游一侧布置工作井，并将其按永久工程施工。（2）工作井位置要考虑良好的交通条件、足够的施工场地，与周围建筑物保持一定的距离以防带来不利影响，尤其是要降低工作井施工带来的沉降影响。一般地，应考虑周围建筑物的结构、地质情况、施工方法和工作井深度，依据相关规范计算确定预留距离的大小。（3）工作井不宜布置在居民集中生活区和单位工作区内，以免施工噪音对居民休息和单位人员办公造成影响，并引起不必要的矛盾，反过来对工程施工带来影响。（4）工作井一般设计成矩形结构，要考虑定睛设备的安装、管节的长度和管道的高程确定结构尺寸，如果有折弯则在折弯处设置工作井，为减少工作井尺寸可选择圆形结构。工作井的大小既要便于运输、出土、排水还要满足顶进要求。

3 水利工程中顶管施工技术要点

3.1 钢筋以及导管形态结构要求

常规状况之下水利工程顶管施工结构在设计中要符合要求，合理的选择材料。钢筒材料多数为15mm厚的冷轧钢板，钢筒两端要通过钢制承口环以及插口环进行处理，通过双胶圈接口进行优化，达到提升整体密封效果的目的，也为后续的施工安装提供了便捷。应用大量的钢筒可以有效的隔断输送水外渗通道，形成抗渗带。钢筋骨架网内层中的钢筒可以通过电焊仪器进行焊接，保障其结合效果，形成封闭性、高质量的结构系统。在施工中要根据工程要求合理的进行双层的钢筋笼焊接。其主要目的就是承受管道内壁水压以及外部荷载作用，在钢筒内外通过浇筑混凝土的方式可以形成管体，这样就可以起到保护的作用，有效降低外界环境造成的腐蚀性问题，达到提升结构整体性能的目的。

3.2 土压平衡顶管方式

此种方式在施工中主要就是通过土压平衡顶管掘进作业进行施工，多数为地下施工作业。在施工中主要是清除管子顶入的土方，整体上来说施工作业项目较少，在实践中不会产生不良的地质隐患问题。应用此种方式可以有效降低在进行土方挖掘中存在的安全隐患，降低对周边土质以及环境产生的破坏以及影响。施工之前要根据规范要求做好施工区域地质地貌状况勘察，根据勘察状况添加适量的泥浆以及黏土，改善其整体性能，提升整体流动性，增强可塑性，达到平衡顶管机的目的，进而提升整体施工质量。

3.3 工作坑

工作坑主要的作用就是保障水利工程的稳定性。在顶管施工作业中，技术人员要综合施工组织设计要求，在制定的位置以及区域设置对应的工作坑。通过工作坑可以提升作业安全系数，达到施工中设备安装以及拆卸的不同要求。一般状况之下，要在工作井四周安装钢梁斜撑，通过专业人员进行井位中心线以及工作坑外型尺寸线的测量分析。

4 结束语

综上所述，顶管施工技术在水利工程中应用效果显著，有着一定的提升空间。在工程施工中，工作人员要根据工程状况，综合分析各项因素，加强对顶管施工细节问题的分析，强化质量控制，优化施工工艺；根据规范要求做好施工准备，在保障正常生产作业的基础上，合理应用各种技术手段；根据计划要求规范施工作业，进而从根本上保障水利工程质量，为我国水利工程的可持续发展奠定基础。

参考文献：

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