顶管法施工技术在水利工程中的应用

康 鹏

（华北水利水电学院，河南郑州 450011）

0 前 言

我国许多中小型水库建于上世纪50年代，大多属边勘测、边设计、边施工的工程，施工质量差，建设标准低。工程运用至今已50多年，建筑物存在工程隐患，水库带病运行。运行中发现许多问题急待解决，特别是土坝输水涵管，相当部分出现裂缝漏水，严重影响大坝安全。大部分小型水库工程的输水涵管内径在0.5 m以下，因管径太小根本无法维修加固施工。为解决此问题，可采用顶管法施工。

顶管法施工技术起源于美国，是一种使用较早的施工方法，近年来广泛应用于公路、铁路、水利等领域。目前，我国采用顶管施工的混凝土管径已从20世纪70年代的1.8 m扩大到3 m，曾多次穿越上海黄浦江、黄河等河流，在大直径、长距离顶管施工技术方面处于国际领先水平，1994年上海黄浦江上游引水工程的长江支线将DN3500 mm钢管单项顶进1 743 m，创造了水下钢管顶进世界纪录[1]。

1 顶管法施工技术［2-4］

顶管法施工技术是指在坝的一侧或两侧，构筑顶管工作坑及支承顶墩，用经纬仪和水准仪校正方位和高程后，用液压千斤顶将预制的管段（混凝土预制管、钢管或铸铁管等）按设计要求逐节顶进土坝形成输水涵管的施工方法。

1.1 顶管法特点

（1）采用机械化施工，工艺简单，施工方便；（2）可以在很深的地下铺设管道，不需破坝，对原坝体基本不产生整体扰动，施工速度快，效果好；（3）对交通的干扰小，不阻断交通；（4）对施工区域周围环境的影响很小，施工噪音和振动都很小。

1.2 施工前期准备

（1）开挖工作坑。按照设计要求开挖工作坑，并在底部浇筑一定厚度的混凝土底座，底座要求与后座连接在一起以增加摩擦力，可以减小后座尺寸。为了保证涵管顺直顶进，按设计比降和高程在底座处预埋两根工字钢作导轨。在工作坑内靠近坝体一侧再挖一个工作槽，以方便两管底部焊接，同时作为集水坑。

（2）后座施工。后座是顶管施工时用来支撑千斤顶的，所以必须有足够的刚度，承受压力后不产生较大的变形，保证后座墙面与涵管中心线垂直，使涵管顺直顶进。

（3）安装测量架。顶管时要求经常校测涵管顶进的高程和方向，所以，工作坑内要架设安放测量仪器的测量架，深埋于地基中。

（4）施工机具的准备。施工中用到的主要施工机具有：挖掘机、油压千斤顶、测量仪器（水准仪、全站仪和水平尺）、钢板、方形小钢板（用以填塞空隙）等，另外还需解决照明、通风和排水等问题。

1.3 施工工艺

（1）涵管就位。制作好的涵管经检测合格后，运至工作坑附近，将管段推至工作坑导轨上就位，顶进一节后，再吊装另一节，循环作业。

（2）顶进。管段就位后，在后座前安放一块钢板作为支承板，然后顺次安放千斤顶、顶梁和横梁，开始将管段逐渐顶进。

（3）挖弃土。涵管顶进2～3 m后，撤除横梁和一节顶梁，人工进管挖出弃土，运至管外。

（4）测量。人工挖土至管端后，应测量管端中心线位置和管底高程。在测量架上安置全站仪，测量涵管顶进偏斜的误差，然后测量管端底部高程与设计高程差，当偏斜误差大于15 mm时，应进行纠正。

（5）再顶进。消除误差后继续向前顶进，直至涵管外端处于工作槽中间部位，然后撤掉横梁和顶梁，安装另一节管段，对齐位置后继续顶进，直至全部管段顶完。

1.4 注意事项

（1）后座和导轨施工中，应特别注意后座的千斤顶支承墙面与涵管中心线要严格垂直，才能保证涵管的顺直推进。

（2）顶管施工时，由于千斤顶加力不均匀、力点偏移，使顶进的涵管中心线与设计涵管中心线不可能完全一致，因此，及时消除偏斜误差是顶管施工技术的一项重要工序。

（3）涵管顶进过程中，应随时观察后座有无变形、位移、裂缝等，发现不妥要及时处理，确保安全。

（4）顶进、安放管段和其他施工机具时，要避免碰撞测量座架，以免测量不准。

（5）为使涵管外壁与大坝土体之间结合密实，防止出现沿涵管外壁纵向集中渗流，在施工完毕后，通过预留灌浆孔充填灌浆。

2 顶管法与开挖重建比较

开挖重建即破坝开挖的施工方法，根据涵管的埋设深度以及土坝土体的物理力学性质，确定开挖截面，挖除土坝涵管以上的全部土体，拆除破旧的涵管，再按设计要求进行新涵管的铺设，最后进行土料回填和压实，目前是使用较为普遍的方法，特别是对于埋深较浅的管道。对于实际工程，采用哪一种方法是工程决策者必须面对的问题。

采用开挖重建存在的问题[2]：（1）对土坝的扰动较大。原土坝已运行几十年，土体基本处于固结稳定状态，新回填土体与原坝体的交接处易出现不均匀沉降而造成裂缝，威胁土坝的安全；（2）开挖断面大，土方工作量大。土坝越高，从坝面开挖至新涵管底座的高度就越大，开挖回填的土方量也越大，增加了工程造价；（3）施工季节性强。施工过程中若遇雨天则不能施工，影响施工进度。

顶管法采用机械化施工，不需破坝，工艺简单，施工方便，基本不受雨季的制约，施工速度快，效果好，对原坝体基本不产生整体扰动，对周围建筑物不产生破坏。但对于硬土地带，且埋设深度较小时，采用开挖重建的费用要低于顶管法。

所以，在铺设管道工程时，选择采用何种施工方法必须综合考虑工程的使用功能、场地环境、施工技术、经济效益和社会效益等各种因素。

3 结 语

顶管法施工技术是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法，随着科学技术的发展，顶管法施工的工艺、方法也不断发展改进。利用顶管法对土坝输水涵管进行除险加固，避免了大面积的土体开挖，减少土方工程量，不干扰地面交通，对主坝的完整性不产生破坏，避免渗漏水现象。由于这些特点，顶管法施工技术成为一种新型环保的施工技术。但实际工程要充分考虑施工条件、工程造价、施工工期、生态环境等因素，选择合理的施工方案。

[1]李健.顶管施工法的技术特点分析[J].筑路机械与施工机械化，2006，7:1-3.

[2]石春辉.顶管法在土坝输水涵管加固中的应用[J].甘肃水利水电技术，2007，43(3):236-237.

[3]魏腾辉.顶管法在输水涵施工中的应用[J].大众科技，2010(4):84-85.

[4]卢集富,黎杰成.顶管法施工技术在西坑水库输水涵管工程施工中的应用[J].科技资讯，2010:130.

[5]魏纲,徐日庆,郭志威.顶管法与开槽埋管法经济性比较分析[J].供水技术，2008，2(6):57-59.