淺談水利工程中穿越高速公路的頂管施工

王 鵬

一、頂管施工技術分析

頂管施工屬于水利工程中常用的一種非開挖的管道設備施工技術，在施工的過程中，不需要開挖土地面層，從而避免對地表及周圍的建筑物造成嚴重的影響，有效減少輸水路徑及土地征遷補償，降低工程建設成本。頂管施工技術主要是利用工作井及接收井進行地下管線的鋪設和更換。工作井設置垂直于地面，借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作井內穿過土層一直推到接收井內吊起，同時把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩井之間，以期實現非開挖敷設地下管道。利用頂管施工技術穿越高速公路施工，不會影響高速公路上車輛正常通行；還可以在很大程度上避免對周圍環境造成影響，減少噪音、灰塵的污染，具有良好的環保效果。在穿越高速公路的頂管施工過程中，需要根據工程施工現場的實際情況進行分析，編制合理的施工方案，依據施工方案逐一展開施工環節，以此保證穿越高速公路頂管的施工質量，實現良好的經濟效益。

二、工程實例

1.概況

南水北調宿遷市尾水導流工程施工01 標過S96 宿遷支線頂管工程全長140m，采用DN1020×18 涂塑鋼管頂進穿越，管道與宿遷支線的交叉角度為87°。高速公路路面與現狀地表土高度相差大約為3.8m，頂管管道中心高程14.80m，管道管頂距現狀高速公路路面埋深8.8m。將工作井和接收井設置在高速建設控制區以外，其中工作井位于高速公路的東側，井尺寸9.1m×8.5m，總埋深7.89m，沉井總高度6.75m，距高速公路隔離柵43m；接收井位于西側，井尺寸為8.1m×5.5m，井總埋深7.79m，沉井總高度6.29m，距高速公路隔離柵48m。

2.地質條件

該段高速公路地質基礎相對復雜，處理不好會嚴重影響頂管工程的施工質量及高速公路基礎的安全，主要包括以下幾個方面：（1）該項工程地基處于φ500 的擠密碎石樁復合基礎，并且在施工的過程中，對地基的承載力要進行處理，保證其承載力達到相關要求，并且根據地質情況，將頂管方向分布長度大約控制在40m，這樣可以有效避免施工質量問題的產生；（2）該項工程的碎石樁材質為20 ～40mm 級配碎石，樁的長度大約在13m，樁與樁之間的間距設定為1.2m。同時，以梅花的形態進行布局，樁頂高程為20.0m，樁底高程為7.0m。在后期施工中，該工程對頂管管道穿越中心高程進行了調整，高程最高不超過14.8m，管道橫穿碎石樁群，以此保證該項工程施工的穩定性。

三、施工方案

1.頂管機以及工藝選擇

在穿越高速公路頂管施工的過程中，合理地選擇頂管機和工藝是非常重要的。為此需要對穿越高速公路工程的環境、地質條件等方面進行綜合性的考慮。該工程在制定施工方案時，決定采用砂礫頂管機，選擇土壓平衡式或泥水平衡式頂管技術施工，這樣可以有效提升工程施工質量。

2.設備安裝

需要在地面上構建測量控制網絡放置在工作井內，并且需要根據工程的實際情況，構建地面控制點，從而為頂進施工復測的展開提供了相對便利的條件。在工作井內測量放樣時，需要精確測量、放樣出頂進軸線，避免施工中產生不必要的誤差。頂進安裝時，在靠后一點的位置安裝主頂裝置和導軌，然后進行工作井內的平面布置及地面輔助設備的安裝布置。地面輔助工作和工作井內安裝結束后，需對頂管機設備進行吊放，與電氣、液壓等系統進行有效的連接，出井之前，需要做好相應的調試工作，避免產生不必要的施工質量問題。

3.洞口封門

在穿越S96 高速公路頂管施工方案中，需要對洞口封門施工進行綜合性的考慮，一般情況下采用外封門的方式，用30#鋼封門，鋼封門的內外利用防水玻璃與防水涂料做好防水工作。洞內設置兩道鋼封門，保證其密封性。在施工過程中，外封門需要與洞圈預埋鐵有效焊接，并且外封門底部需要低于洞門300mm，將其插入楔形槽中，上部延伸至高于地面300mm，與鋼筋進行有效連接，避免沉井時發生脫落的現象。

4.管節接口處理

管節接口處理是穿越S96 高速公路頂管施工方案中的一項重點內容，也是保證穿越S96 高速公路頂管施工成敗的關鍵。管節接口處理需要從以下幾個方面展開。

（1）通常情況下，鋼板卷管雙面焊接制作鋼管，焊接質量等級為二級。為了保證鋼管的質量，需要在加工廠內加工制作，成品單管的長度大約為4m，并且在制作的時候，同一管節允許有兩道縱向接縫。制作完成以后，需要進行焊縫質量檢查，確保焊縫的質量，為后期施工環節的展開提供相對便利的條件。

（2）為了滿足頂管施工需要，穿越S96 高速公路頂管施工井下管道連接宜采用V 形坡口內外焊接型式，坡口角度30°～35°，鈍邊高度2mm，并且在焊接的時候，需要先從內環展開焊接，內環焊接完成以后進行外環焊接，以此保證施工環節的有序性。在外環焊接時，需要先利用碳弧氣刨挑根，將沒有焊透的位置全面清除后再進行焊接，保證焊接的質量，實現良好的施工效率，降低施工成本。

（3）鋼管井下焊接一般是以手工焊接為主，環向焊縫側間相鄰的縱縫間距一定要大于500mm，并且不能出現十字形焊縫，若出現十字形焊縫需要立即進行調整，否則會影響工程施工質量。

5.頂管進、出洞口施工

頂管進、出洞口所處的土體地基較為軟弱，強度和含水量相對較低，因此該在頂管進、出洞口施工過程中，需要對地基進行改良處理，以保證頂管進、出洞口施工的質量。另外，需要對進出洞口的土體進行地基加固，一般情況主要是利用注水泥漿加固的方式，這樣可以有效減少質量問題的產生。

四、實施效果

在該項工程中，過S96 高速路宿遷支線頂管鉆頭從工作井平穩準確地到達接收井，并且在施工階段可以看出，對高速公路的正常運行沒有造成實質性的影響。從整體施工環境來說，除了工作井以及接收井以外，沒有展開多余土方的開挖施工，未對周圍環境的造成較大的影響，提升了工程施工效率，保證了良好的經濟效益。

五、結語

頂管施工技術不需要開挖面層，能穿越地面構筑物鋪設地下管線，可節省大量投資和時間，在水利工程施工中得到廣泛使用。南水北調宿遷市尾水導流工程施工01 標過S96 宿遷支線采用了頂管施工技術，減少了對高速公路和周邊環境的影響，提升了工作效率，在工期內順利完成了施工內容，取得了良好的實施效果，為類似工程的設計和施工提供了借鑒，值得廣泛推廣應用■