顶管法施工技术在水利工程中的应用（康鹏）

　　摘要：随着我国中小型水库除险加固工程的进行，众多水库的输水涵管亟待处理，顶管技术的优越性越来越得到人们的青睐。随着技术的发展，顶管技术在我国地下管线工程施工中起到了重要的作用。文章主要介绍了顶管法施工技术在水库输水涵管施工中的应用。

　　关键词：顶管法；输水涵管；除险加固

　　Title: Application of pipe jacking method in hydraulic projects//by 
KANG Peng//North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power

　　Abstract: As many reservoirs are rehabilitated, the treatment 
of conduit culvert is on the way. Pipe jacking method is widely used
 in underground pipe projects. The paper introduced its application 
in construction of reservoir conduit culvert. 

　　Key words: pipe jacking method; conduit culvert; rehabilitation

　　中图分类号：TV554 文献标识码：A 文章编号：1671-1092（2011）03-0051-02

　　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。

　　参考文献：

　　[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.

　　作者简介：康鹏（1985-），男，华北水利水电学院硕士。