姚辉煌 1李俊杰2
1.开封黄河工程开发有限公司 河南开封 475000
2开封黄河河务局 河南开封 475000
摘要：顶管施工技术是一种非开挖或少开挖的管道埋设施工方式。笼统来说，在工作坑内，使用顶进设备，借助其在特定方向产生的顶力，降低管道与土壤间的摩擦力，从而将管道从目标坡度“顶”入土中，最后将土方运走。此种技术由于无需或少量开挖，不会对工程所在地的道路及其他重要设施的周边环境造成破坏，因此已经广泛应用于建筑工程、道路桥梁工程以及水利工程。
关键词：顶管施工技术；水利工程；应用
顶管施工技术是一种始于19世纪末的表土层地下工程的非开挖施工技术，具有很多其他开挖技术所不具备的优点，能穿越地面建筑物、道路、河流以及位于地表以下的各种管线等，对地面的扰动小。顶管技术在各种工程领域，如水利工程，均得到了很好的应用，研究其在水利工程中的应用有助于解决施工中遇到的技术难题，以及带来巨大的经济效益。
1水利施工中顶管技术的概述
1.1概念
顶管施工是一种在地下管道进行施工的方法，它和传统施工方式不同，并不需要挖开面层，而且它的施工管道可以横穿公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工的推力主要来自于主顶油缸和管道间，把工具管或挖掘机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，在两井之间埋入工具或者挖掘机，这样可以实现非开挖但铺设地下管道的创新施工办法。
1.2特点
（1）成本低、高效率。顶管施工技术不需要挖开地面就可以穿越地面建筑和地下管线进行施工，降低施工难度、减少工程投资和工期，提高施工效率。（2）安全、无污染。较传统技术来说，顶管技术可以根据实际条件，适应不同的施工环境、施工条件，施工范围较小、无需挖掘，这能够有效解决施工过程中的噪音问题；减少了施工扰动和损坏建筑物根基等问题发生的可能性，不会对周围的居民日常生活和环境造成太大影响。（3）所有的工作都在地下进行，不受恶劣气候的干扰。（4）保护地表植被和绿地环卫设施，与传统施工技术不同，顶管技术在地下进行，不会破坏地表植被，也不会破坏突然，可以保证不影响绿化带。
2顶管施工技术在水利工程中的应用措施
2.1施工前中期的测量准备工作
在水利工程中应用顶管施工技术时，必须重视导向问题。一般来说，顶管的距离越长、口径越大、导向工作的困难性就会越高。在施工前期，应该工作管道的顶进方向，一旦出现偏差，将会严重影响施工质量。具体流程如下：首先，在靠近建筑体后墙的平面位置进行详细计算后，设置顶管工作坑。如果水利工程规模较小、施工距离较短，可以采用样线法，将初始位置、终端位置的线路相连，确认顶级管道的“行驶”轴线后，执行打桩定向作业。如果顶进距离较长，可以在经纬仪等辅助工具的作用下，确定轴线。其次，将敷设工作坑平面的导轨作为顶进管道的基准。为了保证后续作业的精准程度，进行导轨安装作业时必须反复确认，直至满足“牢固”、“水平”等要求，同时还应注意导轨的中心线与顶管的轴线“完美重合”。最后，以第一根正确顶进的管道作为起点，通过吊装的方式，将之放置于导轨之上。此时可以启动油泵，正是开始顶进作业。在此过程中，必须时刻注意中心线与轴线的重合情况，一旦出现偏离必须即刻调整。水利工程周边环境较为复杂，地下土层很容易出现各种突发情况，因此在顶进过程中，必须采用良好的检测方式，使管道按照预定线路前行。达到一定的行进距离后（以1m作为分隔），进行降准测量，务必保证行进方向不会出现任何偏离。
总体来看，在水利工程中应用顶管施工技术，很容易出现行进放线偏离预定线路的情况，因此，必须及时进行纠偏作业。常见的纠偏方式可以分为短距离人工法和长距离机械法：①施工人员可以将顶管偏离方向的土层清除干净，此举能够使偏离区段土壤对顶管的作用力失衡，在调整油缸端的顶点位置后，即可达到纠偏的目的。②采用机械方式，在工具管的顶头以及钢管的环圈断面上设置独立运行的液压系统。此举能够使工具管具备活络顶头的功能性，一旦出现偏离现象，受到异常作用力后，压力表上的读数会出现偏差，从而及时发现偏离现象。通过针对性改变油缸压力的方式，可以对偏离的导管进行“导正”，从而完成纠偏。
2.2顶管工作坑的设置方式
一般来说，工作坑的实际尺寸与顶管的各项参数息息相关。（1）进行平面参数确认时，应该按照下列公式进行计算：工作坑宽度=顶管外径（m）+2×套管两侧操作宽度（1.5m）+2工作坑两侧支撑板装厚度（0.25m）工作坑长度=单一顶管长度（m）+油缸长度（m）+后靠墙厚度（0.5m）+顶管外留的焊接长度（0.5m）+引出土环长度（m）+顶头等特殊工具管长度（m）（2）进行断面位置确认时，应该按照以下公式进行计算：断面位置务必与水平方向保持垂直状态，在此基础上，开发深度=地坪至顶管顶部的深度距离（m）+平铺槽钢的深度距离（0.25m）+混凝土基础厚度（0.35m）+顶管的截面直径（外径，m）（3）进行后靠墙确认时，应该充分考虑顶管的深度，否则在巨大的反作用力下，容易对水利工程的地下建筑结构造成冲击。此外，墙面必须保持90°的垂直状态。（4）布置操作面。首先，使用混凝土，在工作坑的地步浇灌厚度在30cm以上的土层。其次，在土层上方铺设两层以上的槽钢，同时还应注意对水平面的矫正。再次，沿着顶进轴线设置一组导轨（一般来说，导轨之间的距离应该在顶管外口径的60%～70%之间）。之后，选用一组或两组油缸（双数），将之放置在升降调节架上，并执行固定作业。最后，在顶坑的前端预留1m左右的工作坑，用来焊接导管。
2.3降低顶进过程摩擦阻力影响的有效方式
随着顶进距离的提升，导管的长度、质量均会增加，故而作业时间越长，产生的阻力越大。为了提升顶进作业效率，需要通过合理方式降低摩擦阻力的影响。常见的方法为：①在工具管中接入水管，采用环喷等方式，是水均匀覆盖在顶管外表面。当水分深入到土层后，土层的坚硬程度必然降低，从而起到降低摩擦阻力的作用。此种方式仅适用于短距离作业，一旦距离加大，效果将会显著降低。②执行长距离顶进作业时，可以使用出边润滑剂，从顶管的外壁压入，接触泥浆之后，能够极大地降低摩擦阻力。触变式泥浆润滑剂的配置方法如下：以质量计，水、石碱、膨润土的比例应该大致满足4：1：1，此比例无需严格控制，只要大致满足即可。根据顶管施工实际案例的相关数据可知，受水分影响而形成的泥浆，阻力如果达到30N/m2，添加泥浆润滑剂之后，摩擦力的下降幅度接近70%。③在顶进管道中以串联的方式安装一定数量的接力环。此举的目的在于将长顶管分为多个接力环段，在其周围布置油缸。当接力环上的油缸启动时，处于后置未知的顶管能够切到支撑底座的作用，从而使顶管先前推进。此种方法的原理在于，将长距离顶管收到的摩擦阻力进行“分割”，类似于多人分处线路的不同位置，无需人移动，实现物品传导的过程。然而此种方式需要消耗大量的机械动能，成本较高。
3结语
在水利等工程施工中，“非开挖”的设想虽然早已出现，但得以实现并受到广泛应用的时间较短。其主要作用为纠正管道在地下延伸的偏差。很多大中型管径的开挖施工“动静”极大，稍有不慎即会对周边环境造成破坏，故而具有“不开挖地面、不拆迁、不破坏工程主体建筑物、不影响管道段差变形”的顶管施工技术能够从经济性、环保性等方面，为诸多工程项目提供更加合理的解决方案。
参考文献
[1]石荣钢.研究顶管施工技术在水利水电工程中的应用[J].建材与装饰，2019（33）：293-294.
[2]王小焕.顶管施工技术在水利水电工程中的应用[J].珠江水运，2019（19）：85-86.