顶管施工技术在水利水电工程中的应用

王翔

安徽水利开发有限公司 安徽 合肥 230011

引言

水利水电工程在我国的基础设施建设中起到了非常重要的作用，对于我国国民经济的发展具有十分重要的意义。在当前的水利水电工程建设中，一方面需要保证施工质量，另一方面要降低施工对环境所造成的影响，尤其是对周边居民生产生活所造成的影响。因此，在实际的水利水电工程建设过程中，要充分考虑到施工对周边环境所造成的影响，采用科学合理、安全可靠的技术手段和施工方法，确保施工过程中不会对居民日常生活造成干扰。顶管技术作为一种重要的施工技术，在实际应用过程中具有非常重要的意义，能够有效减少对周边环境的影响，同时降低了施工成本。

1 顶管施工技术概述

顶管施工技术是一种不开挖地表而敷设地下管道的非开挖施工方法。其工作原理是：在地面上或地下把管材从工作坑内引出，并穿过公路、铁路、河流、建筑物等障碍，然后在接收井中接收管材，完成安装和连接工作。

顶管技术最适用于地下水位较高、土质松软、地下障碍物多，且有一定的强度和刚度的城市环境。顶管施工技术已成功应用于各种类型的管道工程，如城市供水、煤气、排水管道以及电力电缆等工程。顶管技术在我国已从过去单纯的城市管道改造和地下管线更新发展为多种类型的管道工程，如给水管、污水处理管、热力管等。同时，顶管技术也可用于隧道开挖以及其他类型的地下工程施工。从我国当前的发展情况来看，顶管技术具有广泛的适用性和灵活性。在实际应用过程中可以根据工程项目的具体情况对顶管施工技术进行合理选择和应用[1]。

2 顶管施工技术的特点

2.1 施工成本低

由于顶管施工不需要开挖地面，不需要土方挖掘和场地平整，也没有运输土石方的大型设备和运输车辆，不会造成交通堵塞和环境污染，从而有效地降低了工程造价。顶管施工成本低的另一个原因是在地下工作的设备很少。如顶管掘进机和液压系统等，可以与其他地下施工方法一起使用，大大降低了工程建设成本。另外，顶管施工中也不需要大量的人力和物力投入，降低了工程成本。

2.2 施工效率高

顶管施工技术能够根据不同的地质条件、地下管线分布情况和施工条件，采用不同的设备和工艺，实现各种工程建设的需求。在顶进施工中，不仅可以采用掘进机完成管道的敷设工作，还可以采用一种或多种掘进机完成同一工程中多个管道的敷设工作。在地下管线分布较少且埋深较浅的情况下，采用顶管施工技术可以减少对交通和环境的影响。对于长距离、大口径管道的施工，顶管施工技术具有明显优势。

2.3 对交通和环境影响小

由于顶管施工不需要开挖地面，可以有效地避开交通繁忙的路段，同时也能减少对环境的影响，具有良好的社会效益。顶管施工时不需要在地下挖掘和开挖基坑，也不需要大型土方机械，避免了对城市地面交通的影响。由于地下顶管施工技术是一种非开挖式施工技术，不需要开挖地表建筑物和道路，因此不会影响城市交通和建筑物，具有良好的社会环境效益。

2.4 适应性强

顶管施工技术对地下管线的埋置深度要求不高，一般只需要满足管道穿越公路、铁路和建筑物时的净空要求。顶管施工技术适用于各种土质条件下的管道工程，尤其适用于公路、铁路、桥梁和建筑物下方的各种地下管线的施工，能够适应较大范围的施工环境，一般不需要开挖坑道，可以有效保护地下管线。并且能够适用于多种土质，不会出现管道沉降的情况。尤其是在非开挖施工中，顶管技术具有较强的适应性。在实际应用过程中，一般不需要采用降水措施，也不需要对土质进行处理。顶管技术能够有效减少地面交通压力的影响，提升工程的整体质量和效率[2]。

2.5 自动化程度高

顶管施工技术最大的特点是其自动化程度较高，这是因为在施工过程中，顶管机通过顶进工作的顶推力和顶进力，以及液压油缸和千斤顶的推力和扭矩等的作用，从而使管道可以在较短的距离内完成开挖工作。此外，在施工过程中，由于顶管施工技术具有自动化程度高、适用范围广、施工工期短等优点，因此它在水利水电工程中的应用前景是十分广阔的。随着我国科学技术水平和自动化程度的不断提高，以及对环境保护和环境治理工作的重视，自动化程度较高的顶管施工技术将会得到更广泛的应用。

3 顶管施工技术在水利水电工程中的应用

3.1 前期准备

3.1.1 工作坑准备工作。首先应对工作坑的位置进行合理设置，通常情况下，工作坑位置应在管道中心线的基础上设置，同时还要保证其与管道中心线的偏差不超过±30mm。在城市水利工程中，还需要充分考虑地下水位和城市雨水排水系统的影响，以避免工程在施工过程中受到水害影响。其次，顶管施工前还应对工作坑中的土层进行全面检查，同时还需对工作坑的顶面高程进行严格控制，确保其与设计高程保持一致。考虑到城市水利工程的特殊性，土层的全面检查还应包括土壤的排水性和浸透性，这将影响到地下设施的稳定性和城市的防洪能力。然后，在进行顶管施工之前，还应根据相关标准和规范对工作坑的长度、宽度及深度进行合理设置。同时还要将管道顶管段上的坑底范围内的土层进行全面清除。在城市水利工程中，这些设置也要考虑到城市雨水排水系统的需求，保证在极端天气条件下，城市的排水系统能够正常运行。最后，在完成顶管施工作业之后，还应对管道内壁的磨损情况进行全面检查，这在城市水利工程中尤其重要，因为管道的磨损可能会影响城市供水和排水系统的效率和安全。

3.1.2 管道安装准备工作。

（1）在进行管道安装前，应在地面上设置一个用于定位的导向槽。在城市水利工程中，导向槽的设定不仅需要考虑管道的定位，还要考虑城市的地理环境，比如建筑物、道路、公园等。

（2）为保证管道安装质量，还应根据相关标准对管道位置进行准确定位。管道的位置要考虑到城市的排水和供水需求，以及可能出现的突发状况，比如暴雨、地震等。

（3）在完成管道安装后，还应对管道内径以及长度等参数进行详细检测。因为管道的尺寸将直接影响城市的供水和排水效率。

（4）在完成管道安装作业之后，还应对管道外壁与管材之间的缝隙进行全面清理和检查，确保其能够满足相关施工要求。城市水利工程中的任何缝隙都可能导致水的渗漏，从而影响到城市供水和排水系统的稳定性。

3.1.3 顶管施工准备工作。

（1）顶管施工前应对工作坑中的土层情况进行全面了解。由于城市的地下水位、地质条件、土壤类型等存在各种复杂因素，对城市土层情况的全面了解是必不可少的，这将影响到整个工程的安全性和稳定性。

（2）在顶管施工之前应对工作坑内的土壤情况进行全面检查，并根据实际情况对其土质厚度及硬度进行合理控制。城市土壤的状况还会影响到地下水位，因此，在城市水利工程中还需要对地下水位进行准确的测量和评估。

3.2 顶管掘进入洞

顶管掘进入洞是指在顶管施工中，为了完成管道铺设而采取的施工技术。城市水利工程中的排水系统、供水系统和防洪系统等，都需要运用到顶管掘进入洞技术。

顶管掘进入洞是顶管法施工技术应用的关键环节，其主要目的是为了实现对管道施工范围内土体的有效加固。在实际的顶管掘进入洞过程中，通常采用人工配合机械开挖、出土、回填等方式来完成顶进作业。同时，为了保证管道工程建设质量和效率，通常还会采取辅助措施来完成顶进作业。

3.3 顶管安装

顶管安装在城市水利工程中起着重要的作用，它能保证城市的水资源高效、安全地运输。第一，顶管安装前，应对顶管施工场地进行仔细的测量和定位，以满足城市水利系统的设计和施工要求。同时，还应对顶管机和工作井的位置进行合理设计，确保二者之间的距离能够满足相关要求。在工程建设期间，工作井以及机头、管道等应保持一定距离，以防出现变形等问题。第二，在顶管安装时，应严格按照相关标准执行。在管道安装完成后，应及时对管道进行打压试验，保证城市供水和排水系统的安全稳定。同时，还应对管道及相关附属设备进行全面检查和保养工作。此外，在顶管施工过程中还应定期对顶管机和工作井进行检查和维护，保证其能够始终处于良好的工作状态。如果发现问题应及时解决或更换损坏的部件[3]。

3.4 顶管施工技术

顶管施工技术在城市水利水电工程中的应用主要有以下几种形式：第一，管道顶进。即采用人工或者机械设备从管道的一端开始进行施工作业，直至到达另一端。这种施工技术常被用于地下管线铺设、通信管道敷设以及城市道路的改建等领域，有助于城市排水和供水系统的改善。第二，人工挖孔。即在顶管施工作业前，利用人工挖掘的方式完成管道的开挖和安装工作，通常用于城市狭窄或复杂地形条件下的水管、下水道等的铺设。第三，盾构法顶管。即在顶管作业前，将盾构机安装到已经铺设好的顶管内，并将顶管机和管道连接起来形成整体结构后开始顶管工作，直至完成顶进作业后结束。盾构法顶管能有效应对城市地下复杂的地质环境，尤其适用于大型城市的地下水利设施建设。第四，管道内顶管。即在进行管道顶进作业时，利用千斤顶和其他工具将管道从地面向上推入顶管作业管内，并利用千斤顶将管道与顶管内壁之间的空隙填满之后完成管道的顶进作业，这种方法应用于城市水利工程中地下水管、排污管道的铺设。

4 顶管施工技术应用的保障措施

4.1 改进顶管施工技术

首先，在进行顶管施工的过程中，要采用先进的测量设备和施工技术，使得整个顶管施工的精准度能够得到有效保障，从而使实际的顶管施工质量得到有效提高。其次，要对施工过程中的设备进行合理配置，例如可以在顶进工作井中安装相应的泥浆泵，并对其进行合理配置。最后，要对顶管施工技术进行改进，只有这样才能够提高其施工的整体质量。因此在实际的顶管施工过程中要采取有效措施对其进行改进，从而提高其技术水平。

4.2 完善顶管设备的制造及质量控制

在顶管施工技术的实际应用中，顶管设备是最主要的工具，所以一定要对其进行完善，主要包括以下几点：一是要提高材料的质量。在实际的制造过程中，要针对管材以及顶管施工需要用到的工具等进行严格控制，保证其质量；二是要加强顶管设备的组装。在实际的操作中，顶管设备主要包括管节和顶管设备等，在安装过程中要严格按照施工流程进行，保证各个环节都能够符合施工要求；三是要对顶管设备进行定期维护和保养。在实际的施工过程中，工作人员应该对设备进行定期维护和保养，从而使其能够正常工作，避免出现故障影响施工进度。

5 结束语

在实际的水利水电工程建设过程中，需要充分考虑到施工对周边环境所造成的影响，合理采用科学合理、安全可靠的施工方法和技术手段，确保施工过程中不会对周边环境所造成干扰，同时降低施工对周边居民生产生活所造成的影响，这是非常关键的。在今后的水利水电工程建设过程中，需要不断深入研究和探索顶管施工技术在水利水电工程中应用的相关问题，不断提升顶管技术在水利水电工程中应用的质量和效果。