淺議頂管施工技術在水利建設工程中的應用

袁忠于

(崇明縣水務建設工程安全質量監督站 202150)

1 水利工程中采用頂管技術是大勢所趨

頂管施工技術是一種地下管道的施工方法，又稱為非開挖法敷設管道技術。頂管施工最大的特點是在管道敷設施工中，與已建成的或正在建設中的房屋、道路、各類管道、河道等設施交叉時，變平面交叉為立體交叉，最大限度地避免或減少了對社會生產、交通運輸和居民生活的影響和干擾，同時也相應減少了外界對施工的影響和干擾，并且符合國家的環保施工政策。

頂管施工技術是隨著高速發展的城市房屋開發建設、市政建設、公路建設、各類管道等設施建設應運而生的。目前已在經濟發達地區的市政、道路以及水利等建設領域，得到了廣泛的推廣應用。

目前，頂管施工技術在水利工程建設中廣泛應用的條件和機遇正在成熟。?隨著國家體制改革的深入進行，城市給排水已從城建部門管理劃歸水利部門管理，城市中給排水管網建設，要在各類錯綜復雜的建筑設施中穿越，在人口密集區域中進行，采用頂管技術，施工能較好地順利進行;?隨著我國現代化新農村建設的進程加快，按城市化要求的農村新集鎮建設，從國道一直到縣、鄉(鎮)、村的四通八達的多級公路網建設，各類通訊、電力、水利管道以及河道建設等，將很快推進頂管這項新技術、新工藝的應用;?頂管施工專業性雖強，但技術已經成熟，憑各地區現有技術水平一般都可以引進實施。

2 實施頂管施工技術的優越性

頂管作為一種非開挖管道鋪設的技術，與對地面明開挖敷設管道相比，有如下明顯的優越性。

2.1 施工時能最大限度地避免對社會生產和群眾生活正常秩序的影響

頂管施工變平面交叉為立體交叉，在地面下層進行穿越施工，與地面明開挖施工相比，可以最大限度地避免房屋拆遷或對周邊房屋進行加固，避免對現有交通道路的阻斷或修建臨時便道，避免對各類管線的遷移和維護，避免要求現有河道斷流斷航。頂管施工期間，對社會生產、交通運輸、群眾生活的影響可以降低到最低程度，有的則可以完全避免影響。

2.2 有利于環境保護

對地面進行明開挖敷設管道，需要在地面之上進行房屋拆遷，修建交通便道，對相關管道實施遷移，在現有河道打設壩頭等等，這些都會產生噪音、揚塵和泥漿水，造成對周圍環境的污染。而采用頂管施工方案，最大限度地減輕或避免了施工時噪音、揚塵和泥漿水對周邊環境的影響，環保效益非常顯著。

2.3 有利于節省工程投資

單獨就施工方法而言，頂管施工要比對地面明開挖成本要高。但如果進行綜合經濟比較，對地面明開挖敷設管道要進行的房屋動遷和維護、生產單位的停產、修建臨時交通便道、各類管網道的遷移維護、河道打壩等等，每項都是一筆不菲的費用。遇到要求對停產損失進行補償的，所需費用會更多。所以總的來講，采用頂管技術施工將大大節省造價，經濟效益是明顯的。

2.4 有利于工程的質量控制和延長管道的使用壽命

頂管施工時對管壁土層擾動很小，管道的管節間不易產生斷錯變形，因此管道使用壽命將大于開挖法埋管。

2.5 有利于工程順利進行和工期控制

采用地面明開挖施工，往往需要進行房屋拆遷及加固、公路阻斷和設置臨時交通便道、各類管道的遷移維護、河道打壩斷流斷航等等，以上工作會涉及到大量復雜的行政審批程序和現場矛盾協調，將花費建設方、施工方大量人力和精力。而頂管施工因其作業面小，除工作井外都在地面以下進行，將大幅度減輕甚至基本避免了上述問題的出現。

3 做好實施頂管施工的前期工作

頂管施工的管道走向、高程、工作井的位置、頂進設備的選擇等必須根據現場具體情況合理、科學地確定。因此在頂管工程實施前要認真做好以下工作。

3.1 詳細了解掌握地形地物狀況

頂管施工，管道的軸線走向及工作井布置極為重要，不能有任何差錯，這一切必須建立在對地形地物的詳細了解掌握的基礎上。因此對管道走向的地上地下建筑物、交通情況等須進行充分的調查了解，比如:建筑物的結構型式、地下基礎情況等，以便采取相應的措施。對于相關建筑物，頂進前要采取保護、加固措施，確保施工過程中不出現安全事故。工作井位置的確定，不僅要考慮對周邊建筑物的影響，還要避開公共交通，同時還要兼顧到施工通道的順暢。

3.2 查清地下管線

為保證已建的通訊、電力、供水、排水、煤氣等其他管線安全運營，要通過有關部門查找相關管線布置圖紙，并要召集管線所屬單位進行現場確認，準確了解各種管線的位置走向和高程，以便在管道軸線和高程設計時，盡量避開各公用管線，同時也可降低施工的難度，無法避開的則要采取保護措施或改道。

3.3 抓好工程地質和水文地質勘察工作

通過工程地質和水文地質的勘察，詳細了解沿線土質的變化和水文情況，才能制定切實可行的設計方案，對經過沼氣、淤泥、流砂工段要加密勘探點，以利設計時制定應對措施。此外對于要經過回填土地段的，需要提前加固處理，以免引起地面下沉。

3.4 按程序做好相關行政審批手續

頂管施工中，要做好與相關建筑設施、道路、管線的協調工作，需要進行行政審批的要事先做好批準手續，以利于工程及時開展和順利進行。

4 頂管設計需掌握的原則

4.1 總原則

要在對現場地面以上和以下建筑設施及其他管線充分了解的情況下依據規范、標準進行設計，工程設計要有深度和精度，要一次確定管道軸線走向和工作井位置，以免施工過程中進行調整。如果在施工進行時遇到情況再調整管道軸線和工作井位置，將大大增加矛盾協調的難度和復雜性，要花費很長的時間和大量的人力、財力，會嚴重影響工程進度和增加工程投資。

4.2 管線布置

a.管道軸線。水利工程中的管道主要功能是起輸水作用，首先要保證過水流量，因此要求管道軸線必須順直，盡量減少折彎，減少水頭損失。在無法避免折彎時應進行流量核算，必要時用調整管徑來保證過水流量。

b.盡可能避開樁基礎的建筑物、景觀建筑和軍用設施。

c.盡可能避開電力管線、通訊管線、煤氣管線、自來水管線、排污管線等地下管線，無法避開的要在設計中說明應對措施。

d.嚴格按規范確定管道上層的覆土厚度，以減少施工時對上部建筑物的影響，同時保證施工人員的安全。如果管道上層的覆土厚度實在達不到設計規范要求，則須明確施工應對措施。

4.3 工作井位置及結構選擇

a.工作井的位置應選擇在整個管線的合理位置上，至接收井的距離一般應控制在200m以內，以便在施工時控制摩阻力和軸線偏差，避免布置過多中繼間，改善工作面上的工作環境，避免缺氧事故發生，同時提高施工效率和經濟效益。單向頂進時，宜將工作井布置在下游一側，同時作為永久工程的組成部分。

b.工作井位置應考慮足夠的施工場地，良好的交通條件，并要與周圍建筑物保持一定的距離，以防止工作井施工時對周圍建筑物的安全帶來不利影響，特別是沉降影響。預留距離的大小應根據工作井深度、施工方法、地質情況、周圍建筑物的結構，按照有關規范進行計算確定。

c.工作井應避免布置在單位工作區和居民集中生活區內，以免施工噪音影響單位人員辦公和居民休息，導致施工矛盾，反過來又易影響施工人員的正常施工。

d.工作井的結構宜選擇矩形結構，其結構尺寸要考慮管道的高程、管節的長度、頂進設備的安裝，如有折彎，則工作井設置在折彎處，且選擇圓形結構以減少工作井的尺寸。

e.工作井的大小除應滿足頂進要求外，還應便于排水、出土和運輸。

5 頂管施工的幾個環節控制

頂管施工主要在地面以下進行，專業性很強，施工程序多而復雜，設備操作要求嚴格精細，不可預見的因素多，安全風險大。根據筆者實踐認識，施工中需要特別注意以下幾個環節。

5.1 測量工作

測量工作是保證頂管施工順利進行和工程質量的重要環節。頂進前的設備安裝，頂進中工具管的方向、高程控制，頂進后復測均離不開測量，測量工作重點要做好以下兩點:

a.根據給定的坐標，按照建筑總平面圖要求布設測量控制網，控制點應設在不易擾動、視線清楚、方便校核、易于保護處，以利頂管頂進按設計的軸線進行。

b.要認真貫徹測量復核制度，測量復核工作要貫穿于工程全過程。工程開工前要對定位軸線、高程水準基點等檢查復核，在施工過程中，要對工程的軸線、標高、垂直度進行檢查復核，要做到頂進時管道不偏移、管節不錯口、管節坡度不得有倒落水。及時進行糾偏。工程完成后，要對工程的幾何尺寸、軸線、高程垂直度等進行復驗。

5.2 洞口止水的處理

頂管工程中，為了使管子能順利進、出工作井及接收井洞口，井的預留洞口要比管節外徑略大些，頂進時此間隙要采取有效措施進行止水封閉，否則地下水和流砂就易從該間隙流到工作井內，從而造成洞口上部地表的塌陷，甚至會造成事故，殃及周圍的建筑物和地下管線的安全，同時也有利于頂進過程中出、進洞口時壓注的潤滑泥漿不流失。

5.3 注漿控制

a.管道的頂進要最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的辦法是進行注漿，注漿使管道外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進時的摩阻力。工具管的外徑比管子外徑的尺寸稍大一點，一般在2～5cm，以降低管外壁摩阻力。同時能使上層不直接壓在管體上，土層之間形成的空隙內由壓入的泥漿作為中間介質填充而起到支撐作用。這種方法可以大大提高效率，并能維持一定的時間，從而足以頂進一段相當長的管路。因此，中間介質在頂管頂進過程中具有潤滑和支承兩大功能。

b.觸變泥漿的配制，觸變泥漿首先要抓好配合比，觸變泥漿是由膨潤土、水和摻和劑按一定比例配制，其中膨潤土是主要成分，水占大部分，而摻和劑對觸變泥漿性能的影響極大，其含量雖小，卻不容忽視。衡量泥漿的質量和對頂管的使用價值，可由5個數據指標和1個目測指標來評定。5個數據指標為:比重、黏度、失水量、穩定性、pH值;1個目測指標為:觸變性。

c.在頂進過程中要控制好注漿量、注漿壓力。注漿量和注漿壓力過小起不到降低摩阻力的作用，還有可能引起地面凹陷，過大則會引起地面凸起，漿液冒出地面。

d.要抓好注漿程序，要嚴格遵守“先壓后頂，隨頂隨壓”的原則，頂管在頂進過程中不允許停泥漿泵，萬一要停泥漿泵，必須先停止頂管。

e.頂進結束后，應立即進行水泥漿置換，以填充管外觸變泥漿固結后體積縮小而產生的管外空隙。

f.對于長距離頂管，施工時間長，泥漿失水將會導致觸變泥漿失效，必須在管道沿程每隔一定距離設置補漿孔，及時補充新的觸變泥漿。

5.4 抓好施工過程中的糾偏工作

當機頭偏離設計軸線后，要及時進行糾偏，糾偏的原則是勤測、勤調、微動。糾偏工作的操作要點:?要根據工具管本身已存在的斜率和軌跡，綜合分析，確定校正方案及糾偏量;?糾偏操作必須在頂進中進行，嚴禁在停止頂進時糾偏。

5.5 頂管施工安全控制

頂管施工中的臨時用電、機械設備操作、工作井施工的深基坑等等按常規安全要求控制，這里不贅述。根據頂管施工地下作業特點，強調以下幾點:

a.抓好管道通風。現在各類管道及工作井施工、維護中，因受地下對人體有害氣體的侵蝕，屢發人員傷亡事故。頂管施工一般會通過地下有害氣體聚集區，如沼氣、氨氣等，這些氣體危害施工人員的健康和生命，所以有施工人員在頂管內操作的情況下，需要定時監測管內有害氣體含量，采用通風裝置予以解決。

b.采用防爆型電器。在通過沼氣等易燃氣體區域時，頂管管道內的電器、照明、開關等要采用防爆型。每次新增管節吊裝到位后，必須先通風后接電，保持操作區空氣新鮮，使沼氣含量低于爆炸下限值，在通風設備發生故障時，電器設備應有自動斷電措施。

c.確保連續施工。頂管在頂進途中的停頓將會引起一系列不良后果(如:頂力增大、設備損壞等)，嚴重影響頂進速度和質量，因此必須確保連續施工。

d.加強對周邊建筑物和地下管線的安全保護，主要是沉降控制。開工前應對在地表沉降影響范圍內的地面建筑物，構筑物和地下管線進行調查，掌握其對沉降的適應能力，制定合理的監測和保護措施。對在沉降影響范圍內的建筑物、構筑物，必須進行沉降和裂縫監測。沉降觀測點要選擇能反映不均勻沉降的特征位置處，監測的密度每日一到三次。對已有裂縫的建筑物或構筑物，要量出裂縫的寬度和長度，作好記錄，定時觀測有無變化情況。對在沉降影響范圍內的公用管線，應與管線主管單位取得聯系，施工時與管線主管單位共同監測，或委托第三方監測。頂管施工時，沿頂管軸線要布置若干垂直于軸線的觀測斷面，掌握沉降情況。

6 結語

頂管施工技術是建設形勢發展的需要，其成熟的施工技術，顯著的社會效益、環保效益和經濟效益，使其在水利工程建設中有很高的推廣價值和廣泛的應用前景。■