李強

(中電建振沖建設工程股份有限公司，北京 100102)

頂管掘進施工技術，作為一種非開挖技術，不僅可以避免因開挖作業(yè)對環(huán)境和人民生活帶來的不利影響，還可以在一定程度上提高施工效率，降低工程成本，因此，頂管掘進施工技術在水利工程中的應用，已經(jīng)成為工程技術研究的一項重要內(nèi)容。頂管掘進施工技術的應用，不僅需要準確理解和把握其基本原理和施工方法，還需要根據(jù)實際工程情況，對其施工過程進行細致深入的分析和研究，從而使這種技術在實際工程中的應用能夠取得理想的效果。

1 頂管掘進施工技術的應用原則解析

頂管掘進施工技術是近年來在水利工程施工領域中廣泛應用的一種新型施工方法。由于其施工過程無需大范圍開挖，因此具有環(huán)保、高效、安全的優(yōu)勢，尤其在狹窄、人口密集或者地下管線復雜的地區(qū)施工具有顯著優(yōu)勢。然而，無論何種施工方法，其應用都需遵循一定的原則，頂管掘進施工技術亦然。

1.1 施工前的精細化規(guī)劃原則

在施工前的精細化規(guī)劃過程中，首要的步驟是進行詳盡的地質(zhì)勘探和環(huán)境評估，這一步驟并不僅僅是對施工區(qū)域的物理條件進行探查，而是要盡可能全面地了解和評估施工區(qū)域的地下管線布局、地質(zhì)狀況和地面環(huán)境。這些信息將直接影響到頂管掘進施工的可行性和安全性。只有當人們對施工區(qū)域有了充分的了解，才能制定出合理、有效的設計方案。

同時，精細化規(guī)劃還需要對工程設計要求進行深入分析和研究，這包括了解和明確工程的技術要求、經(jīng)濟要求、安全要求和環(huán)保要求等，以確保設計方案能夠滿足這些要求。只有這樣，才能保證頂管掘進施工能夠順利進行，最終達到工程目標。在施工前，遵循精細化規(guī)劃原則，將對頂管掘進施工的成功起到?jīng)Q定性的作用。

1.2 施工的安全保障原則

施工的安全保障原則是頂管掘進施工技術的關鍵考量之一。安全應始終是施工過程中的首要任務，因為無論多大規(guī)模的工程項目，都不能以人員的生命安全作為妥協(xié)的代價。

首先，提前規(guī)劃和風險評估是遵循安全保障原則的重要步驟。在施工開始之前，工程團隊應進行全面的現(xiàn)場評估，確定可能的安全風險，并采取措施將這些風險降至最低，這涉及地質(zhì)條件、天氣狀況、施工設備的安全性和穩(wěn)定性等多個方面。這種全面的評估和規(guī)劃將有助于預防可能的危險，保障人員安全。其次，嚴格的操作規(guī)程和持續(xù)的培訓也是謹遵施工安全的體現(xiàn)。所有參與施工的員工都應接受全面的安全培訓，熟知每項工作的安全操作規(guī)程，并且定期接受復訓，以確保施工人員的知識和技能得到更新和提升。此外，對于可能導致嚴重傷害的特殊工作，如操作重型設備、進行有限空間作業(yè)等，應要求工人具有特定的資格認證，以確保施工人員有足夠的能力和知識進行安全施工。最后，適當?shù)谋O(jiān)督和檢查也是遵循安全保障原則的重要環(huán)節(jié)。工作人員應定期進行安全檢查，確保所有設備和工作區(qū)都保持在安全的條件下。任何可能的安全問題都應立即解決，以防止小問題演變成大的安全隱患。

2 管掘進施工技術的類型分析

頂管掘進施工技術在水利工程中的應用日益廣泛，特別是在涉及跨越河流、湖泊或者其他自然障礙的工程中，其優(yōu)勢顯著。這種無開挖的施工方式，既保護了自然環(huán)境，又實現(xiàn)了工程的高效目標。

2.1 機械頂管技術

機械頂管技術在水利工程中的應用具有顯著優(yōu)勢。首先，其使用大型的專業(yè)設備，能以強大的推力將預制管道頂入地下，確保了管道的快速安裝和工程的高效進行。這一特性使得該技術在處理大直徑管道、過渡大型河流、湖泊或復雜地層時，表現(xiàn)出極強的優(yōu)勢。其次，此技術確保了管道安裝的精確性。由于采用先進的導向系統(tǒng)，可以準確地控制管道的路徑，避免對已有的地下設施產(chǎn)生干擾，也能避免對敏感的環(huán)境區(qū)域造成不必要的破壞。

然而，應當注意的是，雖然機械頂管技術帶來的效率和準確性都是非常引人注目的，但其高昂的設備和施工成本也是不可忽視的。因此，在使用此技術時，必須充分評估工程的預算和實際需求，進行綜合的權衡[1]。

2.2 人工頂管技術

人工頂管技術的應用具有其獨特的優(yōu)點。首先，這種技術靈活性高，適應性強，它可以在各種地質(zhì)條件下使用，包括泥土、砂土、黏土、碎石、巖石等。其次，人工頂管技術對施工環(huán)境影響小。由于挖掘過程中的土壤通過管道內(nèi)部移動，而不是在地表上移動，因此施工現(xiàn)場的污染程度較小。此外，人工頂管技術也能避免對地面建筑物或交通設施產(chǎn)生破壞。

然而，人工頂管技術也存在一些挑戰(zhàn)和限制。由于工人需要在狹窄的管道內(nèi)部進行挖掘，因此施工條件較為艱難，而且安全風險較大。此外，人工頂管技術的施工效率較低，尤其是在地質(zhì)條件復雜或者硬巖地層中。為了解決這些問題，工程師需要制定詳細的施工計劃和安全措施，并使用適合的工具和設備。

3 頂管掘進施工技術在水利工程中的應用方略

3.1 施工測量作業(yè)

施工測量作業(yè)的主要目標是確保頂管的正確放置和定位，以便符合設計規(guī)劃并滿足工程需求。施工測量作業(yè)需要專業(yè)知識和精確的設備，以確保頂管的正確安裝和有效運行。在工程設計階段，工程師會制定出詳細的施工計劃，包括確定管道的精確路線和深度。這些信息將決定頂管的位置和方向，以及其與現(xiàn)有設施和地質(zhì)結構的關系。在施工過程中，施工隊會持續(xù)進行測量，確保頂管的位置和方向與設計計劃一致。

施工測量作業(yè)通常會使用一系列高精度的測量設備，如全站儀、GPS、激光導向系統(tǒng)等，這些設備能夠提供精確的數(shù)據(jù)，幫助工程師和施工人員確保頂管的精確放置。其中，激光導向系統(tǒng)是一種常見的頂管測量工具，它能夠?qū)崟r提供管道的位置和方向信息，幫助施工隊更好地控制頂管的推進。

然而，施工測量作業(yè)不僅僅要關注頂管的位置和方向，還需要關注地質(zhì)條件和現(xiàn)有設施。在施工過程中，可能會遇到不同類型的土壤、巖石或水體，這些條件可能會影響頂管的推進和定位。此外，現(xiàn)有的地下設施，如電纜、管道、建筑物等，也需要考慮在內(nèi)，以避免在施工過程中引發(fā)意外。

3.2 科學選用管材

科學選用管材是頂管掘進施工過程中至關重要的一步，對于保障工程的安全性、穩(wěn)定性和持久性起著決定性的作用。由于地下施工環(huán)境的復雜性，管材的選用必須考慮到多種因素。選用的管材必須有足夠的強度和韌性以承受施工過程中的各種壓力和沖擊。此外，考慮到地下的腐蝕環(huán)境，管材需要有良好的耐腐蝕性。同時，管材的選擇也需要考慮到工程的實際需求。例如，在供水工程中，需要選用能承受一定水壓的管材[2]。

在具體的管材選擇上，有多種類型可供選擇。例如，鋼管材質(zhì)的管道有著良好的密封性和適應范圍廣的特點，無論是在高溫或者是低溫環(huán)境中，其性能表現(xiàn)均較為穩(wěn)定。然而，鋼管的耐腐蝕性能較差，因此在使用中往往需要配備防腐涂層或者進行熱浸鍍鋅處理，以增加其使用壽命。而在塑料管材中，如聚乙烯(PE)管、聚氯乙烯(PVC)管，這些管材的耐腐蝕性、抗老化性能極佳，能在各種惡劣環(huán)境下長時間保持其原有性能。它們的質(zhì)輕、易于安裝也為施工過程帶來諸多便利。值得一提的是，這些塑料管材還具有優(yōu)秀的化學穩(wěn)定性，使得其在遭遇化學侵蝕時仍能保持原有性能，這一特性使得塑料管材在復雜地質(zhì)條件下的水利工程中得到了廣泛應用。同時，塑料管材的噪聲吸收效果好，能有效減少流體流動產(chǎn)生的噪聲，提升了水利工程的環(huán)保性能。

針對不同的地質(zhì)條件和工程需求，施工企業(yè)需要根據(jù)管材的物理和化學性質(zhì)，如強度、韌性、耐腐蝕性等，以及其經(jīng)濟性和施工性等因素進行綜合考慮，科學選用適合的管材。在管材的選用過程中，企業(yè)不僅需要關注產(chǎn)品的性能和價格，還需要關注生產(chǎn)廠家的信譽和服務，確保選用的管材能在整個工程生命周期內(nèi)提供持久可靠的服務。

在科學選用管材的基礎上，施工企業(yè)還需要制定合理的施工方案和維護計劃，包括管材的運輸、儲存、安裝、檢測、維護等環(huán)節(jié)，確保管材在施工過程中的完整性和使用性能。同時，還需要建立完善的質(zhì)量管理和安全保障制度，確保工程的安全和質(zhì)量。

3.3 頂管施工技術

3.3.1 工作坑的開挖

工作坑的開挖是頂管掘進施工中的關鍵步驟之一，其質(zhì)量影響著施工的安全性和效率。工作坑是頂管掘進工程中，鉆頭、管段及其他設備進入和退出地下的場所，同時也是施工人員進行操作和監(jiān)控的重要位置。

工作坑開挖的準備工作：首先，需要對工作坑的位置進行精確測量和標定，以確保其與設計圖紙的一致性。同時，需要對周邊環(huán)境進行全面評估，如周邊建筑、地下設施、地表景觀、交通狀況等，以確保開挖工作的安全。此外，還需要對工作坑的地質(zhì)條件進行詳細勘察，包括土質(zhì)、含水量、地下水位等，以便于制定合理的開挖方案，采取必要的防護措施。

工作坑的開挖：在做好了準備工作后，可以開始開挖工作。根據(jù)工作坑的大小、深度和地質(zhì)條件，可以選擇手工開挖或機械開挖。在開挖過程中，需要按照預定的設計進行，保持工作坑的尺寸和形狀的一致性。同時，要注意工作坑的坡度和底部平整度，以便于設備的穩(wěn)定和順利運行。

工作坑的防護：工作坑開挖時，需要對其進行防護，防止工作坑的坍塌和滑動。一般采用的防護方式有支撐防護、錨固防護、混凝土砌筑等。防護的主要目的是保證工作坑的穩(wěn)定性，防止地面下沉，保護工作人員和設備的安全。

工作坑的排水：對于含水量較高或地下水位較高的地方，需要在工作坑開挖時設置排水設備，如井點排水、井架排水等，防止工作坑內(nèi)積水，保證施工的正常進行。

3.3.2 頂管設備的安裝

頂管設備的安裝是一項關鍵工作，包括推進機、管道以及其他必要的設備。推進機作為主要的頂推力源，需要根據(jù)施工要求進行精準定位和穩(wěn)固固定，以保證其在推進過程中的穩(wěn)定性。管道的安裝則需要考慮到其在地下工作的環(huán)境條件，比如地層硬度、濕度、溫度等，選用合適的管材并確保其正確連接，以保證管道在施工和使用過程中的安全和耐久性。

除此之外，頂管施工過程中還會涉及各種輔助設備，如導向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)等。導向系統(tǒng)用于控制頂管的方向和角度，保證其能夠按照設計軌跡準確推進；泥漿系統(tǒng)則負責在推進過程中向頂管前方輸送泥漿，起到潤滑、穩(wěn)定地層、懸浮土屑的作用。這些設備的正常工作對于頂管施工的成功至關重要，需要在安裝過程中進行精確校準和嚴格測試，以確保其在施工過程中的穩(wěn)定可靠。

3.3.3 管材的推進

管材的推進是頂管施工過程中的關鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接決定了工程的成功與否。在實際操作中，頂管設備會將預制的管道段逐段推進到預定位置，整個過程中必須對管材的進度、方向、角度等進行精確測量和嚴密監(jiān)控。

首先，施工人員需利用導向系統(tǒng)控制管材的推進方向和角度，確保其沿預定軌跡進行。對導向系統(tǒng)的操作需要高度的專業(yè)技術和經(jīng)驗，因為任何輕微的偏差都可能導致管道偏離預定軌跡，影響整個工程的質(zhì)量和進度。其次，施工過程中還需要嚴格監(jiān)控每一段管材的推進情況，以確保其安全、順利地到達預定位置。同時，需要關注任何可能出現(xiàn)的問題，如地層變化、機械故障等，并做好記錄，以便后續(xù)的問題解決和工作優(yōu)化。最后，還需及時調(diào)整施工設備的工作狀態(tài)，如推進力、泥漿供應等，以適應施工過程中的實際情況。所有這些都需要施工人員具備扎實的專業(yè)知識和敏銳的觀察力。

3.3.4 管線的檢測和修復

管線的檢測和修復是頂管施工結束后的重要環(huán)節(jié)，它決定了工程的質(zhì)量和安全。在管道推進完成后，必須立即進行全面的檢測，核實管道的完整性、位置準確性以及功能性。這一過程需要采用高精度的檢測設備，例如聲波探測器、視頻探頭等，對管道的內(nèi)外壁、連接部位進行全面、深入的檢查。對于發(fā)現(xiàn)的任何問題，如管道的破裂、塌陷、堵塞等，都需要立即進行修復，以防止這些問題影響管道的正常運行。修復過程需要嚴格按照相關的施工標準和操作規(guī)程進行，確保修復質(zhì)量。同時，檢測和修復工作不應僅在施工結束后進行一次，而應在整個工程運營期間定期進行，以發(fā)現(xiàn)并及時解決潛在的問題，這樣可以大大提高工程的運行效率和安全性，延長工程的使用壽命。此外，對于施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題，相關人員還需要進行深入分析，找出問題的根本原因，從而對施工過程進行優(yōu)化，提高施工質(zhì)量和效率，這既是對已完成工程的質(zhì)量保障，也是對未來工程的技術積累。

3.4 洞口止水處理

在頂管掘進施工過程中，洞口止水處理是保障施工安全、維持施工環(huán)境穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。由于水利工程通常涉及水資源，因此，如何有效防止施工過程中的水侵問題，確保施工過程的順利進行，尤為關鍵，這就需要相關人員對洞口進行嚴密的止水處理。洞口止水處理，簡言之，就是采取各種方法和措施，防止水從洞口處流入或滲漏到施工區(qū)域。這主要通過設置防水層、封堵設備、水泵排水等手段實現(xiàn)。洞口止水處理的基本原則是，既要保證止水效果，又要保證施工的正常進行，避免對施工造成不必要的影響。

首先，設置防水層是一種常見的止水方法。防水層可以采用各種防水材料，如防水膜、防水涂料、防水混凝土等，根據(jù)工程的實際需要進行選擇。防水層需要覆蓋在洞口區(qū)域的所有可能出現(xiàn)滲漏的部位，形成一道完整的防水屏障。其次，封堵也是止水處理的重要組成部分。利用封堵材料可以緊密貼合洞口，防止水流通過。封堵的選擇和設置需要考慮到洞口的尺寸、形狀以及施工過程中可能產(chǎn)生的壓力變化等因素。最后，水泵排水是應對突發(fā)情況的重要手段。在施工過程中，如果出現(xiàn)不可預見的水侵情況，需要立即啟動水泵進行排水，降低水位，保障施工安全。

洞口止水處理工作的實施，需要根據(jù)工程的具體情況進行詳細的設計和規(guī)劃，包括選擇合適的止水材料和設備，設計合理的止水方案，以及預設應急處理措施等。在施工過程中，也需要進行實時監(jiān)測和調(diào)整，保證止水效果的持續(xù)和穩(wěn)定[3]。

3.5 控制頂進過程的摩擦阻力

在頂管掘進施工中，控制頂進過程的摩擦阻力是保證頂管效率和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。摩擦阻力過大會降低推進效率，增加施工難度，甚至可能導致設備損壞或工程失敗。因此，科學有效地控制摩擦阻力，是頂管掘進施工技術的核心部分。

首先，選擇合適的管材和頂管方法是控制摩擦阻力的基礎。不同的管材，其表面粗糙度和摩擦系數(shù)等性質(zhì)都不同，會影響到頂進過程的摩擦阻力。選擇摩擦系數(shù)小、表面光滑的管材，或者采用潤滑等手段減少管材表面的摩擦阻力，可以有效降低摩擦阻力。其次，精確的施工設計和測量是控制摩擦阻力的關鍵。頂管的軌跡、深度和角度，以及土壤的性質(zhì)和狀態(tài)，都會影響到頂進過程的摩擦阻力。因此，需要對這些因素進行詳細的測量和分析，制定出科學合理的頂管方案。再次，施工過程中的實時監(jiān)控和調(diào)整也很重要。通過監(jiān)測設備，可以實時獲取頂進過程中的摩擦阻力數(shù)據(jù)以及土壤的壓力、濕度等情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以及時調(diào)整頂進策略，如改變推進力、調(diào)整頂管角度、增加潤滑等，以控制摩擦阻力在合理范圍內(nèi)[4]。最后，適當?shù)念A處理和后處理可以進一步降低摩擦阻力。例如，預先進行土壤改良，改善土壤的物理性質(zhì)，降低土壤的摩擦阻力；或者在頂管結束后，通過清洗或潤滑等方法，降低管道內(nèi)壁的摩擦阻力，保證管道的正常使用。

3.6 注漿施工

在頂管掘進施工中，注漿施工發(fā)揮著積極作用。注漿施工是為了充填管道周圍的空隙，減小土壤對管道的壓力，防止地面沉降，并能增加土壤的承載力，從而確保工程的安全與穩(wěn)定。

首先，注漿材料的選擇至關重要。常用的注漿材料有水泥漿、化學漿、泥漿等，每種材料都有其特性和應用條件。例如，水泥漿具有良好的固結性和較高的強度，適用于地質(zhì)條件較差的地方；而化學漿則具有速凝性和高流動性，適用于需要快速固結和填充復雜空隙的地方。其次，注漿施工的方法也需要根據(jù)實際情況進行選擇。一般可以分為先導孔注漿和回填注漿兩種。先導孔注漿是在施工前就進行的，可以提前改善土壤條件，減少施工難度。回填注漿則是在頂管完成后進行的，主要是為了填充管道周圍的空隙，穩(wěn)定土壤結構。再者，注漿施工的過程需要嚴格控制。注漿的速度、壓力、濃度等參數(shù)都需要精確調(diào)控，以確保漿液能充分充填空隙，達到預期的效果。此外，施工過程中還需要實時監(jiān)測地面變化，如有沉降或裂縫出現(xiàn)，要及時調(diào)整注漿參數(shù)或采取其他措施。最后，注漿后的養(yǎng)護也很重要[5]。對于水泥漿或化學漿等需要硬化的漿液，硬化過程需要保持適當?shù)臐穸群蜏囟?，以確保其強度和穩(wěn)定性。對于泥漿等不硬化的漿液，需要定期檢查其穩(wěn)定性和流動性，及時補充或更換。

4 結語

頂管掘進施工技術在水利工程中的應用具有明顯的優(yōu)勢，這主要歸功于其非開挖的特性，減少了對環(huán)境的影響，提高了施工效率和精確度。而且，隨著科技的日新月異，這一技術會有更大的突破。頂管掘進技術將積極響應未來水利工程施工的需求變化，包括更高的施工精度、更智能化的設備、更優(yōu)化的施工工藝和更環(huán)保的材料使用，這些都代表了水利工程施工的未來方向。不僅如此，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術的運用，頂管掘進技術有望在效率和精確度上取得更大的提升?？梢?，頂管掘進技術在水利工程施工中的應用是一股不可抗拒的潮流，它將引領水利工程進入一個更加高效、精確和環(huán)保的新時代。