水利工程中的顶管技术应用与优化策略

摘  要：随着水利工程建设规模的不断扩大和技术要求的日益提高，顶管技术作为一种非开挖施工技术，因其具有对周边环境影响小、施工速度快、不破坏地面交通等优点，在水利工程中得到了广泛应用。本文详细阐述了顶管技术的原理、施工流程及其在水利工程中的具体应用场景，并针对应用过程中存在的问题提出了相应的优化策略，旨在为提升顶管技术在水利工程中的应用水平和工程质量提供参考。

关键词：顶管技术；水利工程；顶管技术

引 言

在水利工程建设中，管道铺设是一项重要的任务。传统的开挖式管道铺设方法往往会对地面交通、周边环境以及建筑物等造成较大的影响，尤其是在城市区域或复杂地质条件下，施工难度和成本都会显著增加。顶管技术作为一种非开挖施工技术，能够在不破坏地面的情况下完成管道的铺设，有效解决了传统施工方法的诸多弊端。

一、顶管技术的原理与施工流程

（一）顶管技术的原理

顶管技术是一种借助顶进设备产生的顶力，将预制好的管道按照设计的位置和高程，顶入土中，从而实现管道铺设的施工方法。在顶进过程中，管道前端的工具管或掘进机负责破土和排土，后端的千斤顶则提供顶进的动力。通过不断地将管道逐节顶入土层，最终完成整个管道的铺设。顶管技术的核心在于如何有效地控制管道的顶进方向和力度，确保管道能够准确地到达设计位置。

（二）顶管技术的施工流程

1. 施工准备

2.地质勘察：在施工前，需要对施工场地的地质条件进行详细勘察，包括土层的性质、地下水位、有无障碍物等。通过地质勘察，为顶管施工方案的制定提供准确的数据支持，例如选择合适的顶管设备、确定顶进速度和顶力大小等。

3.工作坑和接收坑的设置：根据管道的设计走向和长度，确定工作坑和接收坑的位置。工作坑是顶管施工的起始点，用于安装顶进设备和放置管道；接收坑则是管道顶进的终点，用于接收顶进完成的管道。工作坑和接收坑的尺寸和结构应根据顶管的管径、顶进长度以及施工场地的条件等因素进行设计，确保其具有足够的稳定性和承载能力。

4.管道预制：根据工程要求，在工厂或施工现场预制顶管所需的管道。管道的材质、规格和强度等应符合设计标准，同时要保证管道的接口严密，以防止在顶进过程中出现漏水、漏气等问题。

5.设备安装：在工作坑内安装顶进设备，包括千斤顶、顶铁、导轨等。千斤顶是提供顶进动力的关键设备，其规格和数量应根据顶力的大小进行选择。顶铁用于传递顶力，确保顶力均匀地作用在管道上。导轨则用于引导管道的顶进方向，保证管道顶进的直线度。

6.顶进作业：将预制好的管道吊入工作坑内，放置在导轨上，并与顶进设备连接。启动顶进设备，使管道逐渐顶入土中。在顶进过程中，要密切关注顶进的速度、顶力的大小以及管道的位置和方向。通过测量仪器实时监测管道的偏差情况，一旦发现偏差，及时进行调整。同时，要根据地质条件和顶进情况，合理控制顶进速度和顶力，避免出现管道损坏、地面隆起或塌陷等问题[1]。

7.出土作业：在管道顶进的同时，需要及时将工具管或掘进机切削下来的土体排出工作坑。出土方式根据土质和施工条件的不同而有所差异，常见的有螺旋输送机出土、泥浆泵出土等。出土作业要与顶进作业密切配合，确保出土顺畅，不影响顶进进度。

二、顶管技术在水利工程中的应用场景

（一）城市排水工程

在城市排水工程中，顶管技术常用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物。例如，当排水管道需要穿越繁忙的城市道路时，如果采用传统的开挖施工方法，会导致交通拥堵，给市民的生活和出行带来不便。而采用顶管技术，可以在不影响道路正常通行的情况下完成管道的铺设。此外，在穿越河流时，顶管技术可以避免对河流生态环境的破坏，减少施工对周边居民的影响。

（二）水利灌溉工程

在水利灌溉工程中，顶管技术可用于铺设灌溉管道，实现农田的高效灌溉。特别是在地形复杂、地势起伏较大的地区，顶管技术能够灵活地穿越山丘、沟壑等地形障碍，将灌溉水准确地输送到农田中。与传统的明渠灌溉相比，采用顶管技术铺设的灌溉管道可以减少水资源的蒸发和渗漏损失，提高灌溉效率[2]。

三、顶管技术在水利工程应用中存在的问题

（一）管道偏差控制难度大

在顶管施工过程中，由于地质条件的复杂性、顶进设备的精度以及施工操作等因素的影响，管道容易出现偏差。管道偏差不仅会影响管道的正常使用，还可能导致管道破裂、漏水等问题。特别是在长距离顶管施工中，管道偏差的累积效应会更加明显，增加了偏差控制的难度[3]。

（二）顶进阻力较大

顶管施工过程中，管道与周围土体之间会产生较大的摩擦力，形成顶进阻力。顶进阻力的大小与土质、管径、顶进长度以及顶管设备的性能等因素有关。当顶进阻力过大时，会导致顶进速度减慢，甚至无法顶进，影响施工进度。同时，过大的顶进阻力还可能对管道和顶进设备造成损坏。

（三）土体扰动与地面沉降问题

顶管施工过程中，工具管或掘进机的破土和排土作业会对周围土体产生一定的扰动。这种土体扰动可能会导致地面沉降，对周边建筑物、道路等造成影响。尤其是在软土地层中，土体扰动和地面沉降问题更加突出。如果不采取有效的控制措施，可能会引发安全事故，造成经济损失[4]。

四、顶管技术在水利工程中的优化策略

（一）加强管道偏差控制

1. 提高测量精度：采用先进的测量仪器和测量方法，如全站仪、陀螺仪等，实时监测管道的位置和方向。定期对测量仪器进行校准和维护，确保测量数据的准确性。同时，建立完善的测量数据记录和分析制度，及时发现和处理管道偏差问题。

2.优化顶进工艺：在顶进过程中，根据地质条件和管道的实际情况，合理调整顶进速度、顶力大小以及纠偏措施。采用分段顶进、分步纠偏的方法，逐步纠正管道的偏差，避免因纠偏过度而导致管道出现新的偏差。

（二）降低顶进阻力

1优化管道设计：合理选择管道的材质、管径和壁厚，减少管道与土体之间的摩擦力。例如，采用表面光滑、摩擦系数小的管材，如钢管、玻璃钢管道等。同时，在管道表面涂抹减阻剂，进一步降低顶进阻力。

（三）控制土体扰动与地面沉降

1. 优化施工工艺：采用合理的破土和排土方式，减少对土体的扰动。例如，在软土地层中，采用泥水平衡顶管法或土压平衡顶管法，通过控制泥水压力或土压力，使工具管前端的土体保持稳定，减少土体的流失和扰动。

2. 加强土体加固与监测：在顶管施工前，对周边建筑物、道路等进行评估，采取相应的土体加固措施，如注浆加固、树根桩加固等，提高土体的承载能力。同时，在施工过程中，加强对地面沉降和周边建筑物变形的监测，及时发现和处理异常情况[5]。

五、结论

顶管技术作为一种先进的非开挖施工技术，在水利工程中具有广阔的应用前景。通过合理应用顶管技术，可以有效解决水利工程中管道铺设的难题，提高工程建设的效率和质量，减少对周边环境的影响。然而，在顶管技术的应用过程中，还存在着管道偏差控制难度大、顶进阻力较大以及土体扰动与地面沉降等问题。通过加强管道偏差控制、降低顶进阻力以及控制土体扰动与地面沉降等优化策略，可以有效解决这些问题，提升顶管技术在水利工程中的应用水平。

参考文献：

[1]李航.复杂地质大直径输水管道顶管施工技术研究[J].城市建设理论研究（电子版），2025，（01）：130-132.

[2]黄丽婷.水利工程中的顶管技术应用与优化策略[J].水上安全，2024，（24）：163-165.

[3]曹贝，关笑.市政给排水管网超大直径钢顶管施工技术[J].北方建筑，2024，9（06）：106-110.

[4]陆凯杰.顶管技术在市政给排水施工中的应用探讨[J].工程技术研究，2024，9（24）：51-53.

[5]丁东强.大直径长距离曲线顶管施工测量关键技术及应用[J].山西建筑，2025，51（02）：107-111.