水利工程中頂管施工技術的應用分析
——以民兵水庫涵管更換施工為例

蔣建華 江西省樂平市水利局

現階段頂管施工技術的發展已經十分成熟，頂管施工按照施工方式可以具體分為手掘式、擠壓式、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式、多刀盤土壓平衡式，通常情況下如果頂管施工作業超過100m就必需采用注漿的方式減小土層對頂管的摩擦力，或頂進阻力大于頂進力時也需要采用管邊注漿法來降低頂進阻力。在民兵水庫大壩水利水電的頂管施工中，因民兵水庫建設年限十分久遠，沿涵管滲漏極為嚴重，加之涵管破損嚴重，急需更換，且民兵水庫壩頂是205省道，車流量較大。如果采用開挖換涵管必然造成階段性的斷路，給當地生產、生活帶來較大的不便。因此在進行頂管施工作業時要嚴格控制頂管施工的動作幅度，避免對水庫大壩整體穩定性造成影響。

1.工程概況

民兵水庫位于我國江西省樂平市南部的接渡鎮，水庫與1958年7月開始興建到1958年年底建成并投入使用。水庫建設之初只有少數地區進行清基處理但是清基很不徹底，雖然該水庫在1959年、1966年、1975年、1980年和1983年進行過壩體的加固和泄洪口增設，但是水庫整體仍呈現十分危險的態勢，特別是主壩的整體結構已經出現長達242m的滲漏區，排水濾層全部失效，且壩體蟻害情況嚴重，一旦出現決堤情況將會威脅到下游2萬畝農田、67個村莊和3.27萬人。因水庫效益問題當地省水利廳以停止對其的資金投入，只由嫩江縣采取一些必要的加固措施，截止到1985年該水庫大壩全長270米，壩高11米可容水730萬/m3。

2.頂管施工技術的設備與系統選擇

2.1 頂管施工設計

為解決部分壩體涵管頂管破損等問題，當地政府正籌備進行水庫大壩的水利水電工程改造，并設計以下頂管施工工藝作為水庫壩體施工的整體架構。為更快的縮短頂管施工工期，該工程采用泥水平衡的機械頂管施工法進行施工，工程整體流程如圖1所示。

圖1 水庫大壩頂管施工流程

2.2 頂管機及管材選擇

2.2.1 頂管施工工具的選型

由施工前垂直采樣得到民兵水庫壩體下及周邊土質巖層的數據信息為，頂管施工區域下為黏土，采用人工進行掘進。同時為保障頂管掘進的精準度還會配置傾斜度檢測儀和主頂進速度檢測儀，以方便施工人員實時監控頂管掘進軌跡，及時糾偏，防止偏離頂管軌跡現象的發生。

2.2.2 頂進系統選擇

該施工因頂管選址特殊且周邊地區土質不牢固，所以需要將頂管機的主頂裝置安放在工作井內部，主頂裝置下的千斤頂應按照并行排布的方式布置兩列，頂進系統設計如圖2所示。因頂管施工范圍內土質問題，主頂系統下的千斤頂應當使用單沖程液壓式千斤頂，為此在頂管頂進過程中需要安排施工人員時刻對千斤頂油壓進行控制。

圖2 頂管施工示意圖

3.注漿減阻與涵管坡度設計

3.1 注漿減阻

在該頂管施工中因施工長度與土質的問題影響，注漿減阻工作將成為整個工程中最重要的施工環節之一，因此本文將對注漿減阻在頂管施工中的應用進行重點分析。通常情況下水利水電工程的機械頂管施工會使用全水泥注漿的方式降低頂管中的摩擦力，而全水泥注漿還可分為管道補漿和有機頭同步注漿兩種方式，若作為潤滑功效的泥漿在注入頂管外壁之后能夠形成一個較為完整的漿套，那么泥漿將會極大的降低頂管與土層間的摩擦，實現將摩擦阻力控制最佳頂管力的范圍內。民兵水庫大壩的水利整改工程標段使用首尾同步注漿法實現泥漿均勻分布，在中繼環之后的管段將使用補漿的方式來實現頂管減磨減阻的效果。民兵水庫的頂管施工下砂漿灌漿將通過地面液壓注漿設備以管路的方式壓送到各個注漿孔，為監控壓漿時的壓力可在地面上壓漿機頭處設置安裝一個隔膜式壓力表，以方便壓漿管理人員能夠時刻對注漿量與壓漿壓力進行檢測，實現與井下頂管施工人員的協調配合。另外，壓漿管線中每個注漿孔內都需要設置一個球閥裝置，并設置軟管和接頭處的壓力額定負載為6MPa。同時，若施工場地和施工技術允許的情況下，還可以在頂管工作井下止水設備前方位置設置2 個能夠自由活動的注漿孔，讓管道還未進入到頂管預期位置時，四周土層就已經浸滿事先注入的水泥漿液。因全水泥觸變泥漿在灌漿的過程中會不斷隨著管外壁向周邊墻體侵蝕，所以在頂管過程中還需要不斷對管道進行補漿，補漿應當按照科學的方式進行填充，且每次填充循環次數應當不少于2次，并保證每次壓注泥漿能夠相同。在初次頂進過程中實際泥漿的推送量應當為管道外壁與墻體空隙的3倍，持續注漿量應當保持在1.2m3/min。頂管頂進施工全部完成之后，需要使用水泥砂漿替換已經成型的全水泥泥漿套，泥漿配置成分主要包括：自來水900kg、CMC3kg、純堿6.5kg，砂漿配比完成之后的粘稠度應當能夠達到12～14/N,水泥泥漿的壓漿替換壓力應當控制在0.18MPa～0.2MPa之內，當壓漿水泥砂漿體凝結24h之后需將管路進行拆除并對封蓋進行更換以封堵孔口。

3.2 涵管頂管的坡度定位

在充分了解民兵水庫大壩的地下構成之后，對涵管頂管的設計應當遵從前高后低的原則進行設計，以該水庫的實際情況設定涵管頂管坡度為3°。若涵管頂管施工需要在地下水范圍進行作業時，還需要使用逆管道方向頂管施工的作業方式來解決頂管施工期間管道排水能力不足的問題。若需要使用手工掘進方式來標定頂管方向時，應當秉持先管前挖土后頂進頂管和自上而下的原則進行手工開挖作業，人工挖掘的誤差范圍應當控制在中心軸線的0.2m以內，并且開挖面的坡度應當控制為1∶0.75之間，頂管管節上超挖量的允許誤差范圍在≤15mm，渠底下管節的開挖誤差可以結合實際而定。但是以民兵水庫的地質情況出發，對管節下部的超挖應當不能超過135°，以預防對深處的基底土壤造成破壞性的影響，同時在涵洞頂管頂進的過程中，施工人員應當時刻遵循勤測量、多微調、緊封閉和隨挖隨測隨頂的原則，以避免出現前后頂管銜接誤差的問題。

4.結語

本文采用人工挖掘，通過配備速度檢測裝置和傾斜度檢測儀的方式來提高頂管施工整體的精準程度，通過重點分析頂管施工中注漿與涵洞頂管技術的方式，解決民兵水庫大壩本體結構不穩定的情況。經上述頂管施工后的民兵水庫大壩整體結構十分穩定，施工區域未出現滲水或開裂等現象，由此可以為其它水庫大壩的頂管施工提供借鑒經驗。