浅议顶管施工技术在水利建设工程中的应用

袁忠于

(崇明县水务建设工程安全质量监督站 202150)

1 水利工程中采用顶管技术是大势所趋

顶管施工技术是一种地下管道的施工方法，又称为非开挖法敷设管道技术。顶管施工最大的特点是在管道敷设施工中，与已建成的或正在建设中的房屋、道路、各类管道、河道等设施交叉时，变平面交叉为立体交叉，最大限度地避免或减少了对社会生产、交通运输和居民生活的影响和干扰，同时也相应减少了外界对施工的影响和干扰，并且符合国家的环保施工政策。

顶管施工技术是随着高速发展的城市房屋开发建设、市政建设、公路建设、各类管道等设施建设应运而生的。目前已在经济发达地区的市政、道路以及水利等建设领域，得到了广泛的推广应用。

目前，顶管施工技术在水利工程建设中广泛应用的条件和机遇正在成熟。ⓐ随着国家体制改革的深入进行，城市给排水已从城建部门管理划归水利部门管理，城市中给排水管网建设，要在各类错综复杂的建筑设施中穿越，在人口密集区域中进行，采用顶管技术，施工能较好地顺利进行;ⓑ随着我国现代化新农村建设的进程加快，按城市化要求的农村新集镇建设，从国道一直到县、乡(镇)、村的四通八达的多级公路网建设，各类通讯、电力、水利管道以及河道建设等，将很快推进顶管这项新技术、新工艺的应用;ⓒ顶管施工专业性虽强，但技术已经成熟，凭各地区现有技术水平一般都可以引进实施。

2 实施顶管施工技术的优越性

顶管作为一种非开挖管道铺设的技术，与对地面明开挖敷设管道相比，有如下明显的优越性。

2.1 施工时能最大限度地避免对社会生产和群众生活正常秩序的影响

顶管施工变平面交叉为立体交叉，在地面下层进行穿越施工，与地面明开挖施工相比，可以最大限度地避免房屋拆迁或对周边房屋进行加固，避免对现有交通道路的阻断或修建临时便道，避免对各类管线的迁移和维护，避免要求现有河道断流断航。顶管施工期间，对社会生产、交通运输、群众生活的影响可以降低到最低程度，有的则可以完全避免影响。

2.2 有利于环境保护

对地面进行明开挖敷设管道，需要在地面之上进行房屋拆迁，修建交通便道，对相关管道实施迁移，在现有河道打设坝头等等，这些都会产生噪音、扬尘和泥浆水，造成对周围环境的污染。而采用顶管施工方案，最大限度地减轻或避免了施工时噪音、扬尘和泥浆水对周边环境的影响，环保效益非常显著。

2.3 有利于节省工程投资

单独就施工方法而言，顶管施工要比对地面明开挖成本要高。但如果进行综合经济比较，对地面明开挖敷设管道要进行的房屋动迁和维护、生产单位的停产、修建临时交通便道、各类管网道的迁移维护、河道打坝等等，每项都是一笔不菲的费用。遇到要求对停产损失进行补偿的，所需费用会更多。所以总的来讲，采用顶管技术施工将大大节省造价，经济效益是明显的。

2.4 有利于工程的质量控制和延长管道的使用寿命

顶管施工时对管壁土层扰动很小，管道的管节间不易产生断错变形，因此管道使用寿命将大于开挖法埋管。

2.5 有利于工程顺利进行和工期控制

采用地面明开挖施工，往往需要进行房屋拆迁及加固、公路阻断和设置临时交通便道、各类管道的迁移维护、河道打坝断流断航等等，以上工作会涉及到大量复杂的行政审批程序和现场矛盾协调，将花费建设方、施工方大量人力和精力。而顶管施工因其作业面小，除工作井外都在地面以下进行，将大幅度减轻甚至基本避免了上述问题的出现。

3 做好实施顶管施工的前期工作

顶管施工的管道走向、高程、工作井的位置、顶进设备的选择等必须根据现场具体情况合理、科学地确定。因此在顶管工程实施前要认真做好以下工作。

3.1 详细了解掌握地形地物状况

顶管施工，管道的轴线走向及工作井布置极为重要，不能有任何差错，这一切必须建立在对地形地物的详细了解掌握的基础上。因此对管道走向的地上地下建筑物、交通情况等须进行充分的调查了解，比如:建筑物的结构型式、地下基础情况等，以便采取相应的措施。对于相关建筑物，顶进前要采取保护、加固措施，确保施工过程中不出现安全事故。工作井位置的确定，不仅要考虑对周边建筑物的影响，还要避开公共交通，同时还要兼顾到施工通道的顺畅。

3.2 查清地下管线

为保证已建的通讯、电力、供水、排水、煤气等其他管线安全运营，要通过有关部门查找相关管线布置图纸，并要召集管线所属单位进行现场确认，准确了解各种管线的位置走向和高程，以便在管道轴线和高程设计时，尽量避开各公用管线，同时也可降低施工的难度，无法避开的则要采取保护措施或改道。

3.3 抓好工程地质和水文地质勘察工作

通过工程地质和水文地质的勘察，详细了解沿线土质的变化和水文情况，才能制定切实可行的设计方案，对经过沼气、淤泥、流砂工段要加密勘探点，以利设计时制定应对措施。此外对于要经过回填土地段的，需要提前加固处理，以免引起地面下沉。

3.4 按程序做好相关行政审批手续

顶管施工中，要做好与相关建筑设施、道路、管线的协调工作，需要进行行政审批的要事先做好批准手续，以利于工程及时开展和顺利进行。

4 顶管设计需掌握的原则

4.1 总原则

要在对现场地面以上和以下建筑设施及其他管线充分了解的情况下依据规范、标准进行设计，工程设计要有深度和精度，要一次确定管道轴线走向和工作井位置，以免施工过程中进行调整。如果在施工进行时遇到情况再调整管道轴线和工作井位置，将大大增加矛盾协调的难度和复杂性，要花费很长的时间和大量的人力、财力，会严重影响工程进度和增加工程投资。

4.2 管线布置

a.管道轴线。水利工程中的管道主要功能是起输水作用，首先要保证过水流量，因此要求管道轴线必须顺直，尽量减少折弯，减少水头损失。在无法避免折弯时应进行流量核算，必要时用调整管径来保证过水流量。

b.尽可能避开桩基础的建筑物、景观建筑和军用设施。

c.尽可能避开电力管线、通讯管线、煤气管线、自来水管线、排污管线等地下管线，无法避开的要在设计中说明应对措施。

d.严格按规范确定管道上层的覆土厚度，以减少施工时对上部建筑物的影响，同时保证施工人员的安全。如果管道上层的覆土厚度实在达不到设计规范要求，则须明确施工应对措施。

4.3 工作井位置及结构选择

a.工作井的位置应选择在整个管线的合理位置上，至接收井的距离一般应控制在200m以内，以便在施工时控制摩阻力和轴线偏差，避免布置过多中继间，改善工作面上的工作环境，避免缺氧事故发生，同时提高施工效率和经济效益。单向顶进时，宜将工作井布置在下游一侧，同时作为永久工程的组成部分。

b.工作井位置应考虑足够的施工场地，良好的交通条件，并要与周围建筑物保持一定的距离，以防止工作井施工时对周围建筑物的安全带来不利影响，特别是沉降影响。预留距离的大小应根据工作井深度、施工方法、地质情况、周围建筑物的结构，按照有关规范进行计算确定。

c.工作井应避免布置在单位工作区和居民集中生活区内，以免施工噪音影响单位人员办公和居民休息，导致施工矛盾，反过来又易影响施工人员的正常施工。

d.工作井的结构宜选择矩形结构，其结构尺寸要考虑管道的高程、管节的长度、顶进设备的安装，如有折弯，则工作井设置在折弯处，且选择圆形结构以减少工作井的尺寸。

e.工作井的大小除应满足顶进要求外，还应便于排水、出土和运输。

5 顶管施工的几个环节控制

顶管施工主要在地面以下进行，专业性很强，施工程序多而复杂，设备操作要求严格精细，不可预见的因素多，安全风险大。根据笔者实践认识，施工中需要特别注意以下几个环节。

5.1 测量工作

测量工作是保证顶管施工顺利进行和工程质量的重要环节。顶进前的设备安装，顶进中工具管的方向、高程控制，顶进后复测均离不开测量，测量工作重点要做好以下两点:

a.根据给定的坐标，按照建筑总平面图要求布设测量控制网，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处，以利顶管顶进按设计的轴线进行。

b.要认真贯彻测量复核制度，测量复核工作要贯穿于工程全过程。工程开工前要对定位轴线、高程水准基点等检查复核，在施工过程中，要对工程的轴线、标高、垂直度进行检查复核，要做到顶进时管道不偏移、管节不错口、管节坡度不得有倒落水。及时进行纠偏。工程完成后，要对工程的几何尺寸、轴线、高程垂直度等进行复验。

5.2 洞口止水的处理

顶管工程中，为了使管子能顺利进、出工作井及接收井洞口，井的预留洞口要比管节外径略大些，顶进时此间隙要采取有效措施进行止水封闭，否则地下水和流砂就易从该间隙流到工作井内，从而造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的安全，同时也有利于顶进过程中出、进洞口时压注的润滑泥浆不流失。

5.3 注浆控制

a.管道的顶进要最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的办法是进行注浆，注浆使管道外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力。工具管的外径比管子外径的尺寸稍大一点，一般在2～5cm，以降低管外壁摩阻力。同时能使上层不直接压在管体上，土层之间形成的空隙内由压入的泥浆作为中间介质填充而起到支撑作用。这种方法可以大大提高效率，并能维持一定的时间，从而足以顶进一段相当长的管路。因此，中间介质在顶管顶进过程中具有润滑和支承两大功能。

b.触变泥浆的配制，触变泥浆首先要抓好配合比，触变泥浆是由膨润土、水和掺和剂按一定比例配制，其中膨润土是主要成分，水占大部分，而掺和剂对触变泥浆性能的影响极大，其含量虽小，却不容忽视。衡量泥浆的质量和对顶管的使用价值，可由5个数据指标和1个目测指标来评定。5个数据指标为:比重、黏度、失水量、稳定性、pH值;1个目测指标为:触变性。

c.在顶进过程中要控制好注浆量、注浆压力。注浆量和注浆压力过小起不到降低摩阻力的作用，还有可能引起地面凹陷，过大则会引起地面凸起，浆液冒出地面。

d.要抓好注浆程序，要严格遵守“先压后顶，随顶随压”的原则，顶管在顶进过程中不允许停泥浆泵，万一要停泥浆泵，必须先停止顶管。

e.顶进结束后，应立即进行水泥浆置换，以填充管外触变泥浆固结后体积缩小而产生的管外空隙。

f.对于长距离顶管，施工时间长，泥浆失水将会导致触变泥浆失效，必须在管道沿程每隔一定距离设置补浆孔，及时补充新的触变泥浆。

5.4 抓好施工过程中的纠偏工作

当机头偏离设计轴线后，要及时进行纠偏，纠偏的原则是勤测、勤调、微动。纠偏工作的操作要点:ⓐ要根据工具管本身已存在的斜率和轨迹，综合分析，确定校正方案及纠偏量;ⓑ纠偏操作必须在顶进中进行，严禁在停止顶进时纠偏。

5.5 顶管施工安全控制

顶管施工中的临时用电、机械设备操作、工作井施工的深基坑等等按常规安全要求控制，这里不赘述。根据顶管施工地下作业特点，强调以下几点:

a.抓好管道通风。现在各类管道及工作井施工、维护中，因受地下对人体有害气体的侵蚀，屡发人员伤亡事故。顶管施工一般会通过地下有害气体聚集区，如沼气、氨气等，这些气体危害施工人员的健康和生命，所以有施工人员在顶管内操作的情况下，需要定时监测管内有害气体含量，采用通风装置予以解决。

b.采用防爆型电器。在通过沼气等易燃气体区域时，顶管管道内的电器、照明、开关等要采用防爆型。每次新增管节吊装到位后，必须先通风后接电，保持操作区空气新鲜，使沼气含量低于爆炸下限值，在通风设备发生故障时，电器设备应有自动断电措施。

c.确保连续施工。顶管在顶进途中的停顿将会引起一系列不良后果(如:顶力增大、设备损坏等)，严重影响顶进速度和质量，因此必须确保连续施工。

d.加强对周边建筑物和地下管线的安全保护，主要是沉降控制。开工前应对在地表沉降影响范围内的地面建筑物，构筑物和地下管线进行调查，掌握其对沉降的适应能力，制定合理的监测和保护措施。对在沉降影响范围内的建筑物、构筑物，必须进行沉降和裂缝监测。沉降观测点要选择能反映不均匀沉降的特征位置处，监测的密度每日一到三次。对已有裂缝的建筑物或构筑物，要量出裂缝的宽度和长度，作好记录，定时观测有无变化情况。对在沉降影响范围内的公用管线，应与管线主管单位取得联系，施工时与管线主管单位共同监测，或委托第三方监测。顶管施工时，沿顶管轴线要布置若干垂直于轴线的观测断面，掌握沉降情况。

6 结语

顶管施工技术是建设形势发展的需要，其成熟的施工技术，显著的社会效益、环保效益和经济效益，使其在水利工程建设中有很高的推广价值和广泛的应用前景。■