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摘要：由于水利工程建設涉及到了大量復雜的地形環境，而傳統地面開挖施工技術早已無法滿足新時期水利工程建設提出的新要求，但頂管施工技術具有開挖量小、安全性高、對交通運輸及周邊環境造成的影響小等優點，因此在水利工程建設中必須大力推廣頂管施工技術。基于此，簡要分析頂管施工技術的特點及其在水利工程建設中的應用原則，結合水利工程建設中頂管施工的前期準備工作，研究水利工程建設中頂管施工技術的具體應用，圍繞著測量工作、頂管安裝、洞口止水、注漿控制、施工糾偏等多個角度探討了頂管施工技術的應用要點。

關鍵詞：水利工程建設；頂管施工技術；應用

水利工程建設與我國民生發展存在密切的關聯，提高水利工程建設的施工水平已成為推動現代化城市發展的必然選擇。其中頂管施工技術無需大面積開挖即可完成管道鋪設工作，這項隱蔽性的施工技術在水利工程建設中體現出了較高的應用價值，有助于避免地面建筑物和地下基礎設施遭到破壞，在道路擁擠的城市化發展進程中也具有明顯的應用優勢，因此在水利工程建設中廣泛應用頂管施工技術具有重要現實意義。

１頂管施工技術的特點

近年來我國城市地下管道的數量和種類正不斷增加，如電力管道、通信管道、天然氣管道都有著廣泛的分布，但在水利管道鋪設或整改中使用傳統施工技術很可能影響地下設施或其他管道，無法充分滿足現代化城市快速發展的新要求。而頂管施工技術的應運而生不但能省去地面開挖的環節，有效避免地下開挖對社會秩序、地面生態環境造成的影響。最重要的是，這項施工技術還能使得其他種類的地下管道得以正常使用，這也是傳統開挖施工技術所無法比擬的優勢。在管道鋪設地面明開挖工藝中頂管施工技術具有明顯優勢，如頂管施工技術可以將立體交叉取代為平面交叉，有效避免地面臨開挖可能對便道修建或現有交叉道路通行造成的影響，進一步節省周邊房屋加固或拆遷的施工流程，以免對現有河道斷流斷航或維護、遷移各類管線，最大限度地降低頂管施工期間造成的各種不利影響。在管道鋪設明開挖施工中，通常需要對地面上的管道、原有房屋、交通便道進行遷移，或者對現有河道安設壩頭，其中產生的泥漿水、揚塵、噪聲等污染將會嚴重危害周邊環境。但科學設計頂管施工方案即可避免施工水泥漿、揚塵、噪音等污染對周邊環境造成的影響，并取得良好的環境保護效益。站在頂管施工工藝的角度分析，頂管施工成本比地面明開挖施工的成本高，但管道鋪設地面明開挖施工需要在河道打壩、管網維護、交通便道修建、房屋動遷等方面花費大量成本，一旦面臨停產損失補償將會花費更多的費用。因此，頂管施工技術帶來的經濟效益更高，極大地節約了工程投資成本。另外，應用頂管施工技術可以有效延長管道使用壽命，頂管的管節之間不易發生變形斷錯的情況，在實際施工中對管壁土層造成的擾動影響也相對較小，因此頂管施工的管道比開挖埋管的管道有著更長的使用年限。最后，由于地面明開挖施工還需要完成打壩、管道維護、交通電道修建、房屋加固及拆遷等一系列的流程，其中涉及到大量復雜的現場協調、行政審批等環節，而建設單位、施工單位也需要投入大量人力、財力資源，但頂管施工主要在地下完成相關工作，整個作業面相對較小，從源頭上避免了地面明開挖施工中涉及到的風險問題［１］。

２水利工程建設中頂管施工技術的應用原則

在水利工程建設中必須嚴格按照國家規定的施工要求和標準，充分考慮施工現場地面以下、地上管線、其他建筑設施等綜合情況，精準定位工作井的位置與管道軸向，從源頭上避免后期施工出現調整工作井與管道位置和方向的情況。在實際施工中再次調整工作井位置與管道軸向很可能加大各方協調的難度，甚至產生大量人力、財力損耗，并對工程投資與施工進度造成一定的影響。布置管道時，應避免管道軸線折彎的情況發生，以免影響過水流量，通過保證管道布設的平直性來減少水資源損耗。如遇特殊情況不得不折彎管道，則需要提前進行流量測算或調整管徑，以此保證過水流量的穩定性。在管道布置過程中還需要避開樁基礎的軍用設施、景觀建筑，并針對排污、煤氣、通訊、電力管線等多個影響要素制定相應的解決方案。控制管道上層的覆土厚度時，應充分考慮頂管施工對上部建筑物可能造成的影響，在保證現場作業人員的生命安全的基礎上滿足施工設計所需的覆土厚度要求。確定工作井的位置時必須考慮管道的整體走向，將工作井與接收井之間的距離控制在２００ｍ以內，以便于更好地操控施工軸線偏差與摩阻力，從而有效避免中繼間布置過多，甚至發生缺氧事故，真正為現場作業人員提供一個優質的工作面環境，切實提高現場施工效益和施工效率。在單向頂進施工中還需要在下游一側布置工作井，并將這項工程項目視為永久工程。與此同時，選擇工作井位置時還需要保證現場交通條件的便利性，確保施工場地與周圍建筑物保持一定的間距，以免工作井施工對周邊環境帶來沉降影響，結合周邊建筑物的結構、地質情況、施工方法以及工作井深度科學計算預留距離的大小。但需要注意的是，選定工作井位置時不應考慮居民集中生活區、單位工作區，以免對周邊居民的正常休息和辦公造成不利影響，甚至拖延工程項目整體的施工進度。

３水利工程建設中頂管施工的前期準備工作

在水利工程建設中應用頂管施工技術時必須做好前期準備工作，圍繞著頂進設備、工作井位置、管道高程及走向等多個要素設計施工內容。首先，全面勘測地形地物情況。在頂管施工中必須保證工作井位置以及管道軸向布置的合理性，充分了解現場施工環境的地形地物狀況，在全面掌握管道走向、交通情況、地下基礎、建筑物結構等基本信息后科學制定施工方案。在頂進施工正式開展前還需要提前對地面建筑物做好加固保護工作，從根本上預防實際施工中可能發生的安全隱患，確保工作井位置避開公共交通場所的同時，還需要避免其對周邊環境造成的不利影響，最大限度地保證現場施工的通暢性。對頂管施工中的工作坑進行選擇時，應從多個角度著手考慮各種影響因素，如土質較軟、地下水豐富的施工區域可以將沉井施工作為工作坑，而沙性土區域則可以選擇鋼板樁坑。若施工區域的土質條件較為優質，則可以選擇鋼板樁工作坑。若施工區域與建筑物之間的距離相對較短，則需要選擇特殊的施工工作坑，有效避免其對地下管線造成破壞，甚至出現水土流失的情況而延誤施工周期。但在有限的施工區域內，應盡可能減少工作坑的使用數量。其次，全方位檢查地下管線的高程和走向，積極與管線所屬單位現場確認管線布置圖紙，以免管道高程、軸線設計與公用管線相矛盾，在降低施工難度的同時提前采取科學可行的防護措施，以此保證煤氣、排水、供水、電力、通訊等管線建設運營的安全性。再次，積極開展水文地質勘察工作，充分了解工程沿線水文條件與土質變化后，才能制定下一步的工程設計方案。對于流砂、淤泥、沼氣工段中涉及到的勘測點還需要做好加密處理，通過這種方式保證應對方案設計的可行性。其中回填土地段還需要提前采取加固處理，從而有效預防地面下沉的情況發生。最后，嚴格按照施工流程辦理行政審批手續［２］。在頂管施工中應積極協調管線、道路、建筑等設施之間的關系，提前辦好行政審批所需的手續，以此為水利工程建設中頂管施工的順利進行奠定良好基礎。此外，相關技術人員還需要對管道周邊與地基內部巖土進行全面考察，盡可能在管道周邊選擇一定數量的考察區域，從而在此基礎上深入挖掘有利于工程施工的重要資源。

４水利工程建設中頂管施工技術的具體應用

水利工程建設中的頂管施工通常需要涉及到多道復雜的作業工序，其對施工技術應用、設備操作也提出了較強的專業性要求，在實際施工中還可能出現大量不確定的影響因素，從而導致整個施工過程潛在多個方面的安全隱患，因此更需要從以下幾方面著手把控頂管施工技術的應用要點。

４.１測量工作

在水利工程建設中應用頂管施工技術的前提在于保證測量工作的精準性，尤其需要測量頂進前的設備安裝、頂進中的管線高程與方向以及頂進后的復測等數據。在頂管施工作業中技術人員可以將不同施工環節中涉及到的數據信息進行有效整合，并將具體的參數信息標注到施工方案中，如地質條件、管道直徑等。由于不同施工方法帶來的施工效果不同，因此技術人員還需要結合工程概況選擇適合的施工方法，避免其與后續施工工序發生沖突。另一方面，在頂管作業中還需要保證施工工序安排的合理性，確保各施工工序相互獨立。由于頂管施工需要用到一定量的機械設備，因此施工隊伍還需要重視機械設備選擇的合理性，確保其符合實際施工要求與現場地質條件。首先，根據總平面設計圖與坐標方位科學布設控制網，盡可能選擇易于校核、便于保護、視線清晰的位置作為控制點位，以此為后續的軸線頂進測量提供一定的便利［３］。

４.２管材選用

由于管道數量眾多且使用周期相對較長，因此在管道材料選擇過程中必須嚴格遵循安全性與穩定性原則，結合實際情況選擇適合的管道材料。當前現有的管道材料有著多個不同的種類，在生產質量、加工質量上也存在明顯差異，因此設計人員應根據管道施工要求，以鋼制管材為首要選擇，切實提升管道使用的安全性及使用壽命。在水利工程建設中通常需要用到鋼管、鋼筋混凝土等管材，其中鋼管頂管本身具有質量小、密封性優良、強度高的優點，極大地提高了運輸、吊裝環節的操作難度。而鋼筋混凝土的密封性、抗滲性相對較差，必須結合水利工程建設要求有針對性地選擇適合的管材，以此保證水利工程建設中的頂管施工質量。

４.３頂管安裝

在水利工程建設過程中必須保證頂管安裝位置選擇的合理性，由施工人員精準控制操作平臺安裝的高度，并在實際安裝過程中考慮各種影響因素可能帶來的干擾，如地下水、復雜的地質環境對頂管安裝造成的影響。由于頂管施工作業大多需要在淤泥、砂或黏土層中開展，且施工現場中的管道直徑也相對較大，因此施工隊伍需要熟練運用起重機、千斤頂等大型機械設備，同時結合實際施工要求配備水泵、電力等輔助機械設備。另外，由于頂管施工的工作任務相對較重，因此相關技術人員還需要提前布置現場環境，提前確定機械設備所在位置，同時準備注漿技術所需的配套材料［４］。

４.４頂管施工

在頂管施工中必須考慮泥漿的黏稠程度和壓力值，要求施工人員在頂進過程中細致觀察周邊土質情況，有針對性地調整泥漿的黏稠程度。在此過程中還需要控制機械設備的頂進速度，動態化監測泥水壓力值，確保其被控制在施工允許的范圍內。在頂管施工中不僅需要注意地下施工，還需要實時觀測地表狀態，全方位把控頂進作業的施工進度。在實際施工中還需要控制地表沉降值，以防沉降范圍過大而影響工作面的穩定性，甚至發生嚴重的坍塌事故。另一方面，泥水壓力值過大會出現地表隆起的情況，因此相關施工人員必須結合工程要求科學調整泥水壓力值。在長距離頂管施工中，當處于地下水位以上的地層保持相對穩定的狀態時，可以在頂管作業中選用敞開式頂管機、土壓平衡式頂管機等，但在不穩定地層、地下水位以下開展頂管作業時，則需要結合地質條件選擇適合的土壓平衡式頂管機、泥水平衡式頂管機。

４.５洞口止水

在頂進施工中應盡可能擴大管節外徑井的預留洞口，確保頂進施工中的管子能順利出入接收井洞口和工作井，必要時可以利用止水封閉措施處理其中預留的間隙，以免流砂和地下水通過間隙滲入井內，甚至引發上部坍塌等嚴重的安全事故，對地下管線及周邊建筑物的使用安全造成不利影響。最重要的是，采取止水封閉處理措施還能避免頂進施工中壓注的潤滑泥漿出現大量流失的情況。

４.６降低摩擦阻力帶來的影響

在水利工程建設中應用機械頂管技術時必須充分考慮摩擦力帶來的影響，尤其在頂進距離過長的前提下，當導管質量增大時，機械設備面臨的摩擦阻力也會隨之增加。基于此，在實際施工中相關工作人員必須將摩擦力控制在最小范圍內，將水管接入工具管，使得頂管外部始終保持濕潤的狀態，進而通過濕潤周邊土層來降低摩擦力。但需要注意的是，這種方法只能用于距離短、工期規模小的水利工程建設中，在長距離頂管施工中很難取得明顯的應用效果。在長距離、大規模的水利工程施工中，可以在頂管外壁使用觸邊潤滑劑，通過這種方式有效降低摩擦阻力。按照４∶１∶１的比例混入水、石堿、膨潤土即可形成潤滑劑，并在實際施工中體現出良好的潤滑效果。在頂徑管道中可以加入接力環，并在中間設置油缸，將油缸啟動后即可充分發揮后置頂管的支撐作用。這種方式主要適用于長距離的頂管施工，有助于分解頂進過程中產生的摩擦力，但這種方法需要耗費大量成本，因此需要結合工程施工要求科學運用這種方法［５］。

４.７注漿控制

在水利工程建設中開展管道施工的關鍵在于減少頂進壓力，通過注漿控制來降低阻力，在注漿管道外壁形成一個降低頂進摩阻力的泥漿潤滑套。其中工具管外壁應控制在２～５ｃｍ以內，并確保其尺寸略微超過管外徑，從而有效減小管外壁摩阻力。在此過程中應避免直接碾壓管體與上層之間的部位，而是將壓入的泥漿填充到土層空隙內，以此在中間部位起到良好的支撐作用。這種方式可以有效提高頂進作業效率，并在短時間內快速增加頂進管路的距離，因此中間介質在頂管頂進過程中可以起到良好的支撐、潤滑作用。在頂進施工中配置觸變泥漿時必須保證摻和劑、水、膨潤土等材料配比的均勻性，按照特定的比例混合配置觸變泥漿，其中水的占比最高，摻和劑的含量相對較小，并且泥漿性能主要與摻合料的質量有關。衡量頂管使用價值及泥漿制成時，通常需要綜合考慮觸變性指標以及ｐＨ值、穩定性、失水量、黏度、比重等５個數據指標。此外，在頂進作業中必須嚴格把控注漿壓力和注漿量，以免注漿壓力和注漿量不達標而無法有效控制摩阻力，甚至引發地面塌陷等安全事故，而過大的注漿壓力和注漿量又會導致頂管凸起，甚至沖破地面。在頂進施工中還需要保證注漿操作流程的規范性，禁止隨意終止泥漿泵作業，如遇特殊情況需要立即暫停頂管。當頂進作業結束后要立即更換水泥漿，避免泥漿固結體積下降的同時，還需要防止填充管外產生空隙。最后，由于長距離頂管施工所需的時間相對較長，一旦泥漿失水將無法保證觸變泥漿的效用，因此需要沿著管道進程科學布置補漿孔，以便于及時補充新泥漿。當注漿止水處理工序完成后，施工隊伍還需要實行穿墻工序，確定漿液與自然土達到固結狀態后即可開展穿墻施工。在前期準備工作中，需要在工作坑內放入工具管并將其固定，同時全面清理洞前遺留的硬塊與雜質。

４.８施工糾偏

目前大多施工隊伍主要通過千斤頂來糾正頂進施工的偏差值，當管道右側區域出現偏差值時，施工隊伍可以利用千斤頂機械設備采取右伸左縮的方式進行校準，若另一側區域出現偏差值，同樣可以實行與之相反的校準工序。在施工糾偏環節必須本著微動、勤調、勤測的原則，一旦機頭偏離設計軸線立即采取糾偏處理，根據工具管的軌跡和斜率綜合確定糾偏量及其校正方案，并在頂進過程中及時完成糾偏操作，禁止頂進結束后再糾偏。除了滿足頂進施工深基坑、機械設備以及臨時用電操作等常規安全要求之外，還需要結合頂進施工特點注意以下幾點事項：１）控制管道通風。對工作井及各類管道進行維護管理時，現場作業人員很可能面臨地下有害氣體侵蝕而引起的傷亡事故。特別是頂管施工位于氨氣、沼氣等聚集區時，將會嚴重損害現場施工人員的身體健康，因此必須充分利用現有條件實時監測頂管內有害氣體的含量，通過安設通風裝置來創造一個良好的作業條件。目前較為常見的通氣形式主要包括鼓風型式、抽風形式、鼓風抽風組合形式，其中鼓風型通氣法具有出口氣體射程長、灰塵吸收能力強、安全性能良好的優點，但這種通氣方法的通風距離相對較短，而驅散后的混濁室內空氣也會通過整條管線直接傳到工作坑內；２）積極引進防爆型電器。在易燃氣體區域開展頂管施工時，應積極配備防爆開關、照明、電器等設備。當新增管節吊裝完畢后，必須先通風再通電，確保現場施工區域內保持通暢的空氣流通，并針對通風設備可能發生的故障配備相應的自動斷電裝置；３）保證頂進施工的連續性。一旦頂進施工中的頂管停頓，很可能導致設備損壞、頂力增大，甚至影響整個工程項目的頂進速度和施工質量，因此必須連續完成整個頂進施工流程；４）針對地下管線與周邊建筑物做好保護工作，重點關注沉降問題。在頂管施工正式開展前，必須全方位勘查地表沉降區域內的地下管線、地表建筑物，在沉降適應允許的范圍內采取科學可行的監測、防護措施，同時實時監測該區域內的構筑物、建筑物裂縫、沉降情況。一旦發現某一點位出現不均勻沉降的特征，還需要在該處鋪設沉降觀測點，并將每日監測頻率控制在１～３次左右。對于已出現裂縫的構筑物或建筑物，應精準測量裂縫的長度、寬度，詳細記錄觀測變化數據。最后，建設單位、施工單位應與公共管線的主管單位保持聯系，與主管單位共同進行監測或者委托第三方監測。

５結語

目前非開挖施工技術尚未在水利工程建設中得到廣泛應用與普及，這種施工方法可以有效避免地表結構遭到破壞，最大限度地保障周邊環境及居民的正常生產生活。與此同時，在水利工程建設中應用頂管施工技術還能有效減輕施工人員的工作負擔，實現最大化的經濟效益和環保效益。但在水利工程施工中必須做好前期準備工作、科學選材，綜合考慮頂進過程中機械設備可能受到的摩擦阻力影響，以免其影響水利工程整體的建設效果。

參考文獻：

［１］王寧.頂管施工技術在水利水電工程中的應用［Ｊ］．建材發展導向，２０２２（１６）：５４－５６.

［２］秦蒙.水利管道工程中頂管施工技術分析［Ｊ］．江西建材，２０２１（０６）：１７６＋１７８.

［３］王小煥.頂管施工技術在水利水電工程中的應用［Ｊ］．珠江水運，２０１９（１９）：８５－８６.

［４］張瑞.水利管道工程中的頂管施工技術分析［Ｊ］．智能城市，２０２１（２０）：１５５－１５６.

［５］達云玲.頂管施工技術在長距離水利管道工程中的應用研究［Ｊ］．黑龍江水利科技，２０１９（０７）：１３８－１４０.

作者:李曉楠 單位:東阿縣水利局