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摘要：頂管施工技術的“非開挖”或“少開挖”特性，已經廣受工程設計、施工人員的青睞。本文從頂管施工技術的產生背景、主要原理、施工前中期的測量準備工作、頂管工作坑的設置方式、降低頂進過程摩擦阻力的有效方式、應用于水利工程中時的頂管施工技術作業流程等方面對該技術進行了詳細介紹，以供參考。
關鍵詞：頂管施工技術；水利工程；摩擦阻力；測量準備
引言
頂管施工技術是一種非開挖或少開挖的管道埋設施工方式。籠統來說，在工作坑內，使用頂進設備，借助其在特定方向產生的頂力，降低管道與土壤間的摩擦力，從而將管道從目標坡度“頂”入土中，最后將土方運走。此種技術由于無需或少量開挖，不會對工程所在地的道路及其他重要設施的周邊環境造成破壞，因此已經廣泛應用于建筑工程、道路橋梁工程以及水利工程。
1水利工程中應用頂管施工技術的產生背景及主要原理
在水利工程施工中，地下管道的安置、更換長期以來嚴重困擾著設計人員。頻繁的開挖不僅費時費力、造成極大的成本支出，還會嚴重影響工程建筑主體下方的土層環境，一旦出現問題，將會嚴重影響工程整體質量。面對此類問題，盾構施工法應運而生，以更加先進的頂涵作業，革新了工程主體結構的頂進支護結構方式，并將明挖開槽轉變為暗挖盾構支護，極大地降低了施工過程對交通造成的影響。而頂管施工技術在盾構施工法的基礎之上，得到了進一步的改進。應用于水利工程、橋梁隧道工程、地下管線鋪設時，無需開挖面層，即可穿越諸多障礙物。其主要原理為借助主頂油缸和管道間、中繼間的推理，將作業工具管甚至是掘進設備沿著工作井內部直接穿過土層，一直推到接收井所在位置后，執行吊起操作。與此操作同時進行的，是將緊隨工具管與掘進設備后方的管道埋設在工作井和接收井之間，最終通過非開挖的方式達到成功敷設地下管道的目的。
2施工前中期的測量準備工作
在水利工程中應用頂管施工技術時，必須重視導向問題。一般來說，頂管的距離越長、口徑越大、導向工作的困難性就會越高。在施工前期，應該工作管道的頂進方向，一旦出現偏差，將會嚴重影響施工質量。具體流程如下：首先，在靠近建筑體后墻的平面位置進行詳細計算后，設置頂管工作坑。如果水利工程規模較小、施工距離較短，可以采用樣線法，將初始位置、終端位置的線路相連，確認頂級管道的“行駛”軸線后，執行打樁定向作業。如果頂進距離較長，可以在經緯儀等輔助工具的作用下，確定軸線。其次，將敷設工作坑平面的導軌作為頂進管道的基準。為了保證后續作業的精準程度，進行導軌安裝作業時必須反復確認，直至滿足“牢固”、“水平”等要求，同時還應注意導軌的中心線與頂管的軸線“完美重合”。最后，以第一根正確頂進的管道作為起點，通過吊裝的方式，將之放置于導軌之上。此時可以啟動油泵，正是開始頂進作業。在此過程中，必須時刻注意中心線與軸線的重合情況，一旦出現偏離必須即刻調整。水利工程周邊環境較為復雜，地下土層很容易出現各種突發情況，因此在頂進過程中，必須采用良好的檢測方式，使管道按照預定線路前行。達到一定的行進距離后（以1m作為分隔），進行降準測量，務必保證行進方向不會出現任何偏離。總體來看，在水利工程中應用頂管施工技術，很容易出現行進放線偏離預定線路的情況，因此，必須及時進行糾偏作業。常見的糾偏方式可以分為短距離人工法和長距離機械法：①施工人員可以將頂管偏離方向的土層清除干凈，此舉能夠使偏離區段土壤對頂管的作用力失衡，在調整油缸端的頂點位置后，即可達到糾偏的目的。②采用機械方式，在工具管的頂頭以及鋼管的環圈斷面上設置獨立運行的液壓系統。此舉能夠使工具管具備活絡頂頭的功能性，一旦出現偏離現象，受到異常作用力后，壓力表上的讀數會出現偏差，從而及時發現偏離現象。通過針對性改變油缸壓力的方式，可以對偏離的導管進行“導正”，從而完成糾偏[1]。
3頂管工作坑的設置方式
頂管工作坑作為頂管施工技術的核心操作場所，必須維持安全、穩固的工作狀態。如前文所述，水利工程周邊的土層環境不可控性較大，工作坑的大小、應用的支護設備等需要經過精確計算。一般來說，工作坑的實際尺寸與頂管的各項參數息息相關。（1）進行平面參數確認時，應該按照下列公式進行計算：工作坑寬度=頂管外徑（m）+2×套管兩側操作寬度（1.5m）+2工作坑兩側支撐板裝厚度（0.25m）工作坑長度=單一頂管長度（m）+油缸長度（m）+后靠墻厚度（0.5m）+頂管外留的焊接長度（0.5m）+引出土環長度（m）+頂頭等特殊工具管長度（m）（2）進行斷面位置確認時，應該按照以下公式進行計算：斷面位置務必與水平方向保持垂直狀態，在此基礎上，開發深度=地坪至頂管頂部的深度距離（m）+平鋪槽鋼的深度距離（0.25m）+混凝土基礎厚度（0.35m）+頂管的截面直徑（外徑，m）（3）進行后靠墻確認時，應該充分考慮頂管的深度，否則在巨大的反作用力下，容易對水利工程的地下建筑結構造成沖擊。此外，墻面必須保持90°的垂直狀態[2]。（4）布置操作面。首先，使用混凝土，在工作坑的地步澆灌厚度在30cm以上的土層。其次，在土層上方鋪設兩層以上的槽鋼，同時還應注意對水平面的矯正。再次，沿著頂進軸線設置一組導軌（一般來說，導軌之間的距離應該在頂管外口徑的60%～70%之間）。之后，選用一組或兩組油缸（雙數），將之放置在升降調節架上，并執行固定作業。最后，在頂坑的前端預留1m左右的工作坑，用來焊接導管。
4降低頂進過程摩擦阻力影響的有效方式
執行頂進作業時，地下土層與頂管外表面必然產生較大的摩擦阻力。隨著頂進距離的提升，導管的長度、質量均會增加，故而作業時間越長，產生的阻力越大。為了提升頂進作業效率，需要通過合理方式降低摩擦阻力的影響。常見的方法為：①在工具管中接入水管，采用環噴等方式，是水均勻覆蓋在頂管外表面。當水分深入到土層后，土層的堅硬程度必然降低，從而起到降低摩擦阻力的作用。此種方式僅適用于短距離作業，一旦距離加大，效果將會顯著降低。②執行長距離頂進作業時，可以使用出邊潤滑劑，從頂管的外壁壓入，接觸泥漿之后，能夠極大地降低摩擦阻力。觸變式泥漿潤滑劑的配置方法如下：以質量計，水、石堿、膨潤土的比例應該大致滿足4：1：1，此比例無需嚴格控制，只要大致滿足即可。根據頂管施工實際案例的相關數據可知，受水分影響而形成的泥漿，阻力如果達到30N/m2，添加泥漿潤滑劑之后，摩擦力的下降幅度接近70%。③在頂進管道中以串聯的方式安裝一定數量的接力環。此舉的目的在于將長頂管分為多個接力環段，在其周圍布置油缸。當接力環上的油缸啟動時，處于后置未知的頂管能夠切到支撐底座的作用，從而使頂管先前推進。此種方法的原理在于，將長距離頂管收到的摩擦阻力進行“分割”，類似于多人分處線路的不同位置，無需人移動，實現物品傳導的過程。然而此種方式需要消耗大量的機械動能，成本較高[3]。如圖1所示，為長距離頂管接力環的安裝示意圖。
5水利工程中應用頂管施工技術的主要作業流程
上述四點主要介紹了頂管施工的各項要素，再具體作業時，應該嚴格執行如下流程：（1）預先檢查油泵、油缸、液壓系統、供電系統等是否處于正常工作狀態。特別是供電系統，容易受到水利工程周邊濕潤環境的影響，必須仔細檢查。（2）操作頂管時必須循序漸進，不可操之過急。（3）頂進過程中必須時刻注意油缸活塞桿的行程，按照預先設計方案，行程數設定在1m左右。如果油泵壓力表中的相關數值出現異常浮動，則必須即可暫停作業，待查明原因后，方可繼續。（4）務必及時清理土方，保持“頂進-清土-頂進-清土”循環進行。如果出現“悶頂”狀況，將會嚴重影響頂進質量（若工程規模較小，頂管外口徑在300cm以下，則可以根據實際作業環境進行悶頂）。（5）頂管施工應該連續進行。一旦施工間隔超過一定期限，土層堅硬程度必然提升，導致阻力大幅度增加。
6結語
在水利等工程施工中，“非開挖”的設想雖然早已出現，但得以實現并受到廣泛應用的時間較短。其主要作用為糾正管道在地下延伸的偏差。很多大中型管徑的開挖施工“動靜”極大，稍有不慎即會對周邊環境造成破壞，故而具有“不開挖地面、不拆遷、不破壞工程主體建筑物、不影響管道段差變形”的頂管施工技術能夠從經濟性、環保性等方面，為諸多工程項目提供更加合理的解決方案。
參考文獻
[1]石榮鋼.研究頂管施工技術在水利水電工程中的應用[J].建材與裝飾，2019（33）：293-294.
[2]王小煥.頂管施工技術在水利水電工程中的應用[J].珠江水運，2019（19）：85-86.
[3]石振軍.頂管施工技術在水利工程中的應用[J].科技創新導報，2018，15（8）：40，42.
作者：沈印 單位：安徽水利開發有限公司