输水涵管的顶管施工技术及应用

1、输水涵管的顶管施工技术及应用摘要：顶管施工具有成本低、施工方便、无需开挖土体等优点，在全世界范围内的交通、水利、市政建设方面得到越来越广泛的应用。本文通过对顶管施工技术原理及不同种类顶管施工技术的工程适应性的研究，指出顶管施工的关键技术及管理控制方法。响水潭水库输水涵管工程的实践也表明，泥水平衡式顶管技术可以有效解决施工中的问题，取得了良好的经济效益。关键词：输水涵管；顶管施工；应用0 引言 顶管施工技术的最早应用是古罗马人民将木制的管道从地下穿过直通饮水渠道以解决城市供水紧缺的问题，现代顶管施工技术是由美国在修建铁路下穿管道时创新的一种新型施工工艺，由于顶管施工具有成本低、施工方便的优点，其

2、后在全世界范围内得到大规模应用，我国从1953年对顶管施工技术进行应用与研究，也取得了不少成果【1】。随着我国城市建设规模的扩大，顶管施工技术在交通、水利、市政建设方面得到越来越广泛的应用。 1 顶管施工技术及特点 1.1 顶管施工技术及原理 顶管施工技术是在土中用顶进设备对地下管道或隧道施工中进行的一种非开挖施工技术。顶管施工时首先要确定顶压坑的位置，并在其中架设支座和顶进装置，依靠支座后座的反力推进顶进装置将预制的管节顶入土层中，随着管节的完全推进，安放下一节管后继续推进，直至到达接收井，完成推进工作后排出和运走挤出的土体。在施工过程中，这个顶推过程可以一直持续，理论上可以推顶任意长度的管

3、节，也成为超长管施工的一种方法。但实际工程施工中，顶进装置产生的顶推力是由支座提供的反力提供，通过各管节来传递，因此长顶管施工中，支座后方的土体和管节都需具备足够的承载能力。 1.2 顶管技术分类与特点 由于顶管施工技术的大量应用，在实际工程施工中，存在很多种类的顶管施工装置与技术。按照顶管材质的不同，分为钢筋混凝土管和钢管以及其它材质的顶管；按照顶管直径可以分为大、中、小三种口径的顶管，大型顶管的直径在2m以上，中型顶管的直径在0.92m之间，大型顶管的直径在0.9m以下；按照顶进轨迹可以分为直线、曲线两种方式；根据顶管的总长可分为普通顶管和长距离顶管；根据顶管掘进机的作业形式的不同，可以分

4、为手掘式顶管、挤压式顶管、机械式顶管等多种形式。常用的机械式顶管结构形式多样，还可以分为泥水式、泥浆式、土压式和岩石式等四种方式，其中泥水式和土压式是为常用的两种方式。 顶管施工技术的种类繁多，应用范围也很广泛，几乎可以适用于所有类型的土质，但由于土质、施工工艺和要求的不同，实际施工中还需要结合工程的具体情况选择合理的施工方法，从而达到事半功倍的效果。一般情况下，挤压式顶管适用于覆土较厚的软粘土；手掘式顶管适用于砂土、粘土等具有一定自立成型的土；机械式顶管也可以适用于从淤泥质土到砂砾层的所有土质，若采用其他辅助施工措施适用范围则更为广泛。 顶管施工技术应用范围广泛，具有无需要挖、推进速度快、施

5、工不受气候影响、施工对周围环境影响小、施工人员少等优点，是一种经济、高效施工技术【2】。 2 涵管的顶管施工技术及控制 2.1 涵管顶管施工的关键技术 涵管顶管施工是从工程施工开始到结束的全过程，一般分为四个阶段，第一阶段是确定并开挖工作井和接收井，第二阶段是顶进装置和工具管的安装，第三阶段是管节加长与顶管推进；第四阶段是在接收井接收管节，贯通管道全线【3】。这四个阶段中第一、第二阶段在整个施工中最为重要，关系到涵管顶管施工工程的效率。 工作井和接收井的选择是涵管顶管施工的基础，也是顶管顺利推进和接受的关键。工作井和接收井的选择要尽量避开不利于顶管施工作业场所，以减少施工中不可预知的事故，还需

6、结合实际工程特点，合理选择工作井的形状、结构类型和选址等，以方便工程施工和缩短工期。 在顶管阶段，对顶管施工工艺的选择尤为重要，对其合理选择关系到工程的进展速度。顶管顶进方式的选择应结合工程具体情况，从技术、安全、经济等方面进行分析比较，充分发挥各种顶管施工技术的优越性。首先，顶管施工前要详细了解工程施工区域内的地质、水位、建筑物等情况；然后，根据工程的具体情况从施工技术的角度出发，选择合适的管径和顶管方式。 2.2 涵管顶管施工的管理与控制 涵管顶管施工前要对施工图的管线控制点的高程依据给水排水管道工程施工技术规程进行复测，以保证施工管节安放位置的准确。为了保证工作井的稳定与施工安全，一般需

7、要对工作井周围采用混凝土结构进行支护。在工作平台的构建前需要对工作井的场地进行整平处理，然后工字钢主粱搭建平台，各主粱采用焊接工艺进行满焊，工作支架底部设置支点并焊接防滑挡托，为保证施工安全，还需在工作井四周围设置安全护栏。顶管支座的设置要垂直于顶管的中心线，并以足够厚的钢板来提供顶管推进的作用力，以便均匀地推进管节。 为防止工作井口部边缘土体的坍塌，需要沿洞口周边土体注入水泥浆。采用钢制带调向的工具管，可以有效地防止土体或岩体松散，而且可以进行推经方向的微调，保证涵管顶管推进过程中的质量。为提高顶管施工的效率常常在管壁与土体的缝隙间注入触变泥浆，以土体对管壁的阻力【4】。 在完成对管节的顶管

8、施工后，需要对工作井、接收井及管沟进行回填。回填时需先清理井内杂物，然后采用具有最佳含水量和最大干密度的土体进行分层回填并压实并保证回填土的压实度满足要求。 因此，在涵管顶管施工的过程中需针对实际工程特点，按照预防为主的原则，做好管线控制点测量工作，并对采购的钢筋、水泥等原材料进行质量检测，并做好工作井、接收井的回填工作，确保施工中的每道工序都能符合施工要求。 3 顶管施工在水库加固工程的应用 3.1 水库加固工程概况 响水潭水库位于广东省台山市南面冲蒌镇的东部，坝址位于斗山河上游，距冲蒌镇约7km，距台山市人民政府所在地台城30km，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电等综合利用的中型水库工程。

9、由于水库使用期较长，需要对水库的主坝、副坝、溢洪道、输水涵管等进行加固与修复。其中输水涵管加固是对原涵管进行封堵，并在涵身两侧进行充填灌浆修建输水涵管。在涵管出口新建消力池，出口尾水渠侧壁及底板外包砼进行加固处理，拆除并重建下游两分水闸，新建涵管采用DN1200钢管，并采用顶管技术进行施工。 3.2 输水涵管的顶管施工 潭水库位于的地质情况复杂，新建的输水涵管区域以碎石土为主，局部区域还存在淤泥，因此，本工程选用泥水平衡式顶管施工工艺，管材选择DN1200钢管，以满足该区域复杂地质的需要。 泥水平衡式顶管施工是用一定压力的泥水来平衡地下水压力和土压力，以维持挖掘面上稳定，其适用的土质范围广泛，

10、能有效维持挖掘面的稳定，同时有利于弃土的排出，适宜于长距离的顶管施工，具有较高的施工效率。 本工程输水涵管的顶管施工时按照施工前的准备、复测控制点高程及轴线、开挖工作井与接受井、搭建工作平台、设置顶管支座、安放导轨、安装顶进装置、固定推进管、测量和调整偏向、注浆排土、工作井与接受井回填的工程施工工序进行。工程施工中严格按照顶管施工规范进行连续作业，但由于天气影响，在顶管施工管节推进到整个输水涵管中心部位时被迫停工。在恢复顶管施工作业时，按原有顶力进行施工已经无法实现管节的顶进，在施工中加大了顶进力的同时，发现后背墙表面混凝土层出现轻微破碎现象，表明工作井支座后的混凝土不足以提供土体与管壁之间增大的摩擦阻力，需要进行加固处理。实际施工中，在顶推装置与原混凝土背墙之间加垫大面积的厚钢板，增加混凝土背墙的受力面积，从而有效提高了钢板对顶推装置的反力，使得输水涵管的顶管施工工作顺利完成。 4 结论 顶管施工技术是一种经济、高效施工技术，具有无需要挖、推进速度快、施工不受气候影响、施工对周围环境影响小、施工人员少等优点，在交通、水利、市政建设方面得到越来越广泛的应用。结合响水潭水库输水涵管工程的具体实践，研究了顶管施工技术特点及施工过程的控制方法，解决了输水涵管施工中存在的问题。 参考文献： 【1】李健.顶管施工