浅谈水利工程顶管施工控制

时间：2024-07-28

郑宏光姜大强

(徐州市铜山区水利机械化施工处，江苏徐州 221000；

徐州市铜山区水利机械化施工处徐州市铜山区水利局江苏徐州221000)

浅谈水利工程顶管施工控制

郑宏光姜大强

(徐州市铜山区水利机械化施工处，江苏徐州 221000；

徐州市铜山区水利机械化施工处徐州市铜山区水利局江苏徐州221000)

顶管施工是一种采用非开挖手段埋设管道的施工技术。顶管施工被广泛运用于水利工程。本文就顶管施工技术注意事项以及顶管施工质量控制进行了分析和阐述，旨在提高施工质量，确保工程效益。

顶管施工；水利工程；质量

1 顶管施工技术的优点

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，有如下几点优越性。

1.1 无需进行地面开挖

顶管施工不需开挖地面，噪音以及震动都很小，对施工周边的影响很小，减少或避免了地下管线的迁移或维护，是一种能安全有效地保护环境的施工方法。且施工作业面小，工程的施工集中在工作井内进行，降低了工程成本。

1.2 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。所以采用顶管技术施工将大大节省造价，经济效益是明显的。

1.3 施工干扰少

顶管施工时管道上部土层扰动很小，管道的管节间不易产生段槎变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。同时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，也不中断交通，环保效益非常显著。

2 顶管施工前准备工作

2.1 了解地貌状况

为了降低工程造价，降低施工难度，应对管道拟走向的地上建筑物、交通情况进行充分的了解，比如建筑物的结构形式、基础情况，以便采取相应的措施。对于部分基础，顶进前可采取保护、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。

2.2 超前探查地下管线

为保证通讯、电力、供水、排水、煤气等其它管线安全运营，要通过召集各管线所属单位进行现场确认，准确了解各管线的走向和高程，以便在设计管道轴线和高程时，尽量避开各公用管线，同时也可降低施工的难度，无法避开时则须采取保护措施或改道。

2.3 探明工程地质和水文地质条件

沿管线土层变化频繁，必须了解土层的变化情况，加密勘探点，此外对于要经过回填土地段的，需要提前加固处理，以免引起地表下沉。

3 科学的施工设计

依据规范、标准和掌握的现场情况进行设计，加大工程设计的深度，主要是管道轴线和工作井的设计，以免施工过程中进行调整，导致影响施工进度及增加工程投资。

3.1 涵管轴线的确定

涵管轴线应当顺直，尽量减少折弯，以保证过水流量，减少水头损失。在无法避免折弯时应进行流量计算，必要时用调整管径来保证设计标准。要尽可能避开煤气管线、自来水管线、通讯管线、排污管线等地下管线。

同时尽可能避开高层建筑物、景观建筑和人防工程，以防止与桩基础、管线冲突。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。

在与城市河道的整治规划相匹配、与河道标准相匹配的同时，涵管管顶高程要在其他管线以下，但不宜过低，过低容易引起淤积。设计中需严格按规范确定涵管上层的覆土厚度减少施工期间对上部建筑物的影响，保证施工的顺利进行。如果管道上层的覆土厚度达不到规范要求，则须明确施工要求。

3.2 工作井的确定

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

选择工作井的位置时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引起地面沉降影响周围建筑物的安全和使用。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。工作井的位置还应避免布置在居民小区内，以免施工噪音影响居民休息，导致施工矛盾，影响正常施工。

一般情况下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小工作井的尺寸。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。

4 顶管的施工环节

在顶管施工过程中应严格控制好以下环节：

4.1 洞口止水的处理

顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些（一般为 100mm）的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，否则地下水和泥砂就会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。

4.2 顶管轴线控制

顶管顶进要按设计的轴线进行。顶管轴线的控制是通过布设测量控制网，控制点应设在不易扰动，视线清楚，方便校核，易于保护处。顶管施工中管道内的轴线测量，水平方向采用支导线法，标高采用水准路线。长距离顶进时，支导线精度会降低，须往返测量取平均值校正。

标高可不往返测量，但应定期复核，及时进行纠偏。严格控制纠偏量，以减少纠偏对土体的扰动而产生沉降。在土层变化区，要增加测量的频率，尤其是在管顶土覆盖层较小的情况下，既要增加测量次数，还要降低顶进速度，控制出土量，以提高管道前进的稳定性，保证轴线不偏离。

4.3 注浆控制

管道的顶进就是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，以降低管外壁摩阻力，这样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承介质，这种方法更可以大大提高效率，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。

在已施工的工程中均以膨润土配制成触变泥浆。在顶进过程中要控制好注浆量、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。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。

4.4 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 顶管安全控制尽管顶管施工作业面较小，但其是在地下施工，故必须强化施工人员的安全意识，做好安全预防措施，确保管道内作业人员的安全、顶管安全，地上、地下建筑物和各类管线的安全。除常规安全要求外，必须做好以下工作。

5.1 做好管道通风

顶管施工的地层一般会通过淤泥层，腐烂动、植物体会在地下形成有毒气体聚集体，危害施工人员的健康和生命，所以有人员在顶管内操作的情况下，需要定时监测管内有毒气体含量，采用通风装置予以解决。

5.2 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。

5.3 加强对周边建筑物和地下管线的安全保护

对周边建筑物和地下管线主要是沉降控制。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。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。