頂管法施工技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

康 鵬

（華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011）

0 前 言

我國許多中小型水庫建于上世紀(jì)50年代，大多屬邊勘測、邊設(shè)計(jì)、邊施工的工程，施工質(zhì)量差，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低。工程運(yùn)用至今已50多年，建筑物存在工程隱患，水庫帶病運(yùn)行。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)許多問題急待解決，特別是土壩輸水涵管，相當(dāng)部分出現(xiàn)裂縫漏水，嚴(yán)重影響大壩安全。大部分小型水庫工程的輸水涵管內(nèi)徑在0.5 m以下，因管徑太小根本無法維修加固施工。為解決此問題，可采用頂管法施工。

頂管法施工技術(shù)起源于美國，是一種使用較早的施工方法，近年來廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、水利等領(lǐng)域。目前，我國采用頂管施工的混凝土管徑已從20世紀(jì)70年代的1.8 m擴(kuò)大到3 m，曾多次穿越上海黃浦江、黃河等河流，在大直徑、長距離頂管施工技術(shù)方面處于國際領(lǐng)先水平，1994年上海黃浦江上游引水工程的長江支線將DN3500 mm鋼管單項(xiàng)頂進(jìn)1 743 m，創(chuàng)造了水下鋼管頂進(jìn)世界紀(jì)錄[1]。

1 頂管法施工技術(shù)［2-4］

頂管法施工技術(shù)是指在壩的一側(cè)或兩側(cè)，構(gòu)筑頂管工作坑及支承頂墩，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀校正方位和高程后，用液壓千斤頂將預(yù)制的管段（混凝土預(yù)制管、鋼管或鑄鐵管等）按設(shè)計(jì)要求逐節(jié)頂進(jìn)土壩形成輸水涵管的施工方法。

1.1 頂管法特點(diǎn)

（1）采用機(jī)械化施工，工藝簡單，施工方便；（2）可以在很深的地下鋪設(shè)管道，不需破壩，對原壩體基本不產(chǎn)生整體擾動，施工速度快，效果好；（3）對交通的干擾小，不阻斷交通；（4）對施工區(qū)域周圍環(huán)境的影響很小，施工噪音和振動都很小。

1.2 施工前期準(zhǔn)備

（1）開挖工作坑。按照設(shè)計(jì)要求開挖工作坑，并在底部澆筑一定厚度的混凝土底座，底座要求與后座連接在一起以增加摩擦力，可以減小后座尺寸。為了保證涵管順直頂進(jìn)，按設(shè)計(jì)比降和高程在底座處預(yù)埋兩根工字鋼作導(dǎo)軌。在工作坑內(nèi)靠近壩體一側(cè)再挖一個工作槽，以方便兩管底部焊接，同時作為集水坑。

（2）后座施工。后座是頂管施工時用來支撐千斤頂?shù)?，所以必須有足夠的剛度，承受壓力后不產(chǎn)生較大的變形，保證后座墻面與涵管中心線垂直，使涵管順直頂進(jìn)。

（3）安裝測量架。頂管時要求經(jīng)常校測涵管頂進(jìn)的高程和方向，所以，工作坑內(nèi)要架設(shè)安放測量儀器的測量架，深埋于地基中。

（4）施工機(jī)具的準(zhǔn)備。施工中用到的主要施工機(jī)具有：挖掘機(jī)、油壓千斤頂、測量儀器（水準(zhǔn)儀、全站儀和水平尺）、鋼板、方形小鋼板（用以填塞空隙）等，另外還需解決照明、通風(fēng)和排水等問題。

1.3 施工工藝

（1）涵管就位。制作好的涵管經(jīng)檢測合格后，運(yùn)至工作坑附近，將管段推至工作坑導(dǎo)軌上就位，頂進(jìn)一節(jié)后，再吊裝另一節(jié)，循環(huán)作業(yè)。

（2）頂進(jìn)。管段就位后，在后座前安放一塊鋼板作為支承板，然后順次安放千斤頂、頂梁和橫梁，開始將管段逐漸頂進(jìn)。

（3）挖棄土。涵管頂進(jìn)2～3 m后，撤除橫梁和一節(jié)頂梁，人工進(jìn)管挖出棄土，運(yùn)至管外。

（4）測量。人工挖土至管端后，應(yīng)測量管端中心線位置和管底高程。在測量架上安置全站儀，測量涵管頂進(jìn)偏斜的誤差，然后測量管端底部高程與設(shè)計(jì)高程差，當(dāng)偏斜誤差大于15 mm時，應(yīng)進(jìn)行糾正。

（5）再頂進(jìn)。消除誤差后繼續(xù)向前頂進(jìn)，直至涵管外端處于工作槽中間部位，然后撤掉橫梁和頂梁，安裝另一節(jié)管段，對齊位置后繼續(xù)頂進(jìn)，直至全部管段頂完。

1.4 注意事項(xiàng)

（1）后座和導(dǎo)軌施工中，應(yīng)特別注意后座的千斤頂支承墻面與涵管中心線要嚴(yán)格垂直，才能保證涵管的順直推進(jìn)。

（2）頂管施工時，由于千斤頂加力不均勻、力點(diǎn)偏移，使頂進(jìn)的涵管中心線與設(shè)計(jì)涵管中心線不可能完全一致，因此，及時消除偏斜誤差是頂管施工技術(shù)的一項(xiàng)重要工序。

（3）涵管頂進(jìn)過程中，應(yīng)隨時觀察后座有無變形、位移、裂縫等，發(fā)現(xiàn)不妥要及時處理，確保安全。

（4）頂進(jìn)、安放管段和其他施工機(jī)具時，要避免碰撞測量座架，以免測量不準(zhǔn)。

（5）為使涵管外壁與大壩土體之間結(jié)合密實(shí)，防止出現(xiàn)沿涵管外壁縱向集中滲流，在施工完畢后，通過預(yù)留灌漿孔充填灌漿。

2 頂管法與開挖重建比較

開挖重建即破壩開挖的施工方法，根據(jù)涵管的埋設(shè)深度以及土壩土體的物理力學(xué)性質(zhì)，確定開挖截面，挖除土壩涵管以上的全部土體，拆除破舊的涵管，再按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行新涵管的鋪設(shè)，最后進(jìn)行土料回填和壓實(shí)，目前是使用較為普遍的方法，特別是對于埋深較淺的管道。對于實(shí)際工程，采用哪一種方法是工程決策者必須面對的問題。

采用開挖重建存在的問題[2]：（1）對土壩的擾動較大。原土壩已運(yùn)行幾十年，土體基本處于固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)，新回填土體與原壩體的交接處易出現(xiàn)不均勻沉降而造成裂縫，威脅土壩的安全；（2）開挖斷面大，土方工作量大。土壩越高，從壩面開挖至新涵管底座的高度就越大，開挖回填的土方量也越大，增加了工程造價(jià)；（3）施工季節(jié)性強(qiáng)。施工過程中若遇雨天則不能施工，影響施工進(jìn)度。

頂管法采用機(jī)械化施工，不需破壩，工藝簡單，施工方便，基本不受雨季的制約，施工速度快，效果好，對原壩體基本不產(chǎn)生整體擾動，對周圍建筑物不產(chǎn)生破壞。但對于硬土地帶，且埋設(shè)深度較小時，采用開挖重建的費(fèi)用要低于頂管法。

所以，在鋪設(shè)管道工程時，選擇采用何種施工方法必須綜合考慮工程的使用功能、場地環(huán)境、施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益等各種因素。

3 結(jié) 語

頂管法施工技術(shù)是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的地下管道施工方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頂管法施工的工藝、方法也不斷發(fā)展改進(jìn)。利用頂管法對土壩輸水涵管進(jìn)行除險(xiǎn)加固，避免了大面積的土體開挖，減少土方工程量，不干擾地面交通，對主壩的完整性不產(chǎn)生破壞，避免滲漏水現(xiàn)象。由于這些特點(diǎn)，頂管法施工技術(shù)成為一種新型環(huán)保的施工技術(shù)。但實(shí)際工程要充分考慮施工條件、工程造價(jià)、施工工期、生態(tài)環(huán)境等因素，選擇合理的施工方案。

[1]李健.頂管施工法的技術(shù)特點(diǎn)分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，7:1-3.

[2]石春輝.頂管法在土壩輸水涵管加固中的應(yīng)用[J].甘肅水利水電技術(shù)，2007，43(3):236-237.

[3]魏騰輝.頂管法在輸水涵施工中的應(yīng)用[J].大眾科技，2010(4):84-85.

[4]盧集富,黎杰成.頂管法施工技術(shù)在西坑水庫輸水涵管工程施工中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010:130.

[5]魏綱,徐日慶,郭志威.頂管法與開槽埋管法經(jīng)濟(jì)性比較分析[J].供水技術(shù)，2008，2(6):57-59.