顶管施工技术在水利工程中的应用研究

水利工程属于国民经济和社会发展重要基础设施，在保障水资源合理利用、防洪、灌溉、供水等方面起关键作用。水利工程建设里管道铺设是重要工程内容，传统管道铺设方法一般采用明挖施工，这种明挖施工方法在施工过程中会对地面交通、周边建筑物和环境造成较大影响，特别是在城市区域或者地形复杂地区其局限性更明显。顶管施工技术作为非开挖或少开挖的管道铺设技术，具备对周边环境影响小、施工速度快、不破坏地面结构等优点，能有效解决传统明挖施工带来的诸多问题。近些年，随着技术不断进步和设备持续更新，顶管施工技术在水利工程中的应用愈发广泛，成为水利工程管道铺设的重要施工方法之一，所以深入研究顶管施工技术在水利工程中的应用具有重要现实意义。

1 顶管施工技术概述

1.1 顶管施工技术的原理

顶管施工技术是在工作坑内依靠顶进设备产生顶力，以此克服管道和周围土壤之间所存在的摩擦力，然后把管道按照设计的坡度以及方向顶入土中，并且要将挖掘出来的土方及时运走。在顶进的过程当中，需要通过激光导向系统等测量设备，实时监测管道所处的位置和方向，以此确保管道能够按照预先设定的轨迹顶进，当一节管道完成顶进工作之后，要连接下一节管道继续进行顶进作业，一直到管道成功铺设到接收井的位置 [1]。

1.2 管施工技术的特点

（1）非开挖或少开挖是指不用大面积开挖地面，能减少对地面交通、建筑物以及周边环境的影响，特别适合城市区域、穿越河流铁路公路等特殊地段进行管道铺设；（2）适应性强意味着能适应各类复杂地质条件，像软土、砂土、粘性土、岩石等，通过选合适顶管设备与施工工艺可在不同地质条件下顺利施工；（3）施工精度高是借助先进测量和导向系统，可精确控制管道顶进方向和坡度，施工精度能达到毫米级以满足水利工程对管道铺设精度要求；（4）施工速度较快指和传统明挖施工相比，顶管施工减少土方开挖和回填工作量，施工过程相对连续，一定程度上可提高施工速度并缩短工期，（5）保护环境表示能减少施工过程中扬尘、噪音等污染，对周边生态环境破坏较小，符合可持续发展理念。

2 水利工程顶管施工关键技术要点分析

某水利工程需要铺设一条穿越城市主干道和河流的供水管道，管道直径为1200mm，长度为 800m，该区域地质条件复杂，上部为杂填土，下部为砂质粉土和粉质粘土，地下水位较高。由于该工程位于城市中心区域，交通繁忙，周边建筑物密集，采用传统明挖施工难度较大，经过综合考虑，决定采用泥水平衡顶管施工技术。

2.1 施工准备

在技术准备工作方面，要详细研究工程地质勘察报告与施工图纸，以此制定出合理的施工方案以及应急预案，要对施工人员开展技术交底和安全培训工作，从而确保施工人员熟悉施工流程和技术要求。施工现场准备工作需要清理施工现场并且平整场地，还要搭建临时施工设施像工作井和接收井的施工平台、泥浆池等，同时要做好施工用水和用电的接入工作。设备准备工作需要依据工程要求选择合适的泥水平衡顶管机及配套设备，比如顶进系统、泥浆循环系统、测量导向系统等，并且要对设备进行安装调试以确保设备性能良好且运行稳定[2]。

2.2 工作井和接收井施工

工作井是采用钢筋混凝土沉井结构建造的，其外径尺寸为 8m 深度达 10m，施工时先在地面制作钢筋混凝土沉井井壁，之后通过挖土下沉方式让沉井下沉到设计标高，下沉过程中要严格控制沉井的垂直度和平面位置，并且及时进行纠偏操作。沉井下沉到指定位置后开展封底和井内结构施工，同时安装顶进设备以及导轨等，接收井的结构和工作井比较类似，它的外径是 6m，深度为 8m，施工方法和工作井采用的方法相同，接收井施工完毕后做好接收顶管机的准备工作。

2.3 顶进施工

将调试好的泥水平衡顶管机吊进工作井，安装在导轨之上并和顶进系统、泥浆循环系统等连接妥当，再次对顶管机开展调试工作以确保各系统运行正常，启动顶管机让刀盘旋转切削土体，同时借助泥浆泵往开挖面注入带有一定压力的泥浆，形成泥水压力来平衡开挖面的土压力和地下水压力。切削下来的土体与泥浆混合变成泥水混合物，通过泥浆循环系统输送到地面的泥浆处理设备进行分离处理，分离之后的泥浆重新循环使用而渣土运到指定地点处置。在顶进过程当中通过激光导向系统实时监测顶管机的位置和方向，依据监测数据及时调整顶管机的姿态以确保管道按设计轨迹顶进，当顶进一段距离也就是一节管道的长度后停止顶进，连接下一节管道之后再继续顶进，如此循环直至管道顶进到达接收井。

2.4 管道铺设

在顶进过程当中，采用钢筋混凝土管当作顶管管材，管道和管道之间运用承插式接口的连接方式，在接口的位置设置橡胶密封圈来进行密封操作。在进行管道连接的时候要确保接口处的质量达标，这样做是为了防止出现漏水的情况，伴随着顶管机不断向前顶进把管道逐节顶入到土层里面。与此同时，在管道和土层两者之间注入触变泥浆，从而形成泥浆润滑套以减小管道顶进时的摩擦力，在顶进工作全部完成之后对泥浆润滑套开展注浆加固工作，目的是让管道和周围土体实现紧密结合。

2.5 施工中遇到的问题及解决措施

第一是地面沉降控制问题，在顶进过程当中因为泥水压力控制不当或者土体受扰动等原因，有可能会导致地面出现沉降情况，为解决此问题加强对泥水压力的监测与调整，依据地质条件和顶进具体情况及时对泥浆压力和流量进行调整，同时在地面设置沉降观测点来实时监测地面沉降状况，一旦发现沉降存在异常就立刻停止顶进，分析具体原因并采取增加泥浆压力、地面注浆加固等相应措施。

第二是管道接口漏水问题，在管道铺设进程中发现有个别管道接口存在漏水现象，经检查得知是因为橡胶密封圈安装不到位或者出现损坏所导致的，针对这个问题及时对漏水接口进行处理，重新安装或者更换橡胶密封圈并且进行水压试验，以此确保接口密封性能处于良好状态 [3]。

第三是顶进阻力过大问题，在长距离顶进过程中，有时会出现顶进阻力过大的状况，这会对顶进进度造成影响，经过分析得知主要是因为泥浆润滑效果不佳，或者管道轴线出现偏差所导致的，采取的解决办法是加强泥浆管理，定期检测泥浆性能并及时补充和调整泥浆，同时加强对管道轴线的监测与纠偏，确保管道按照设计轴线顶进以减小顶进阻力。

2.6 施工效果

采用泥水平衡顶管施工技术，实现该水利工程供水管道顺利完成铺设，且施工质量完全符合设计与规范的相关要求。施工过程中对周边环境以及交通所造成的影响比较小，并且未出现安全事故和质量方面的问题，工程投入使用之后运行状态正常，能够满足城市供水的实际需求，取得了不错的经济效益和社会效益。

3 结语：

综上，顶管施工技术属于先进非开挖管道铺设技术，在水利工程里具备显著应用优势，能有效解决传统明挖施工带来的诸多问题。通过对实际工程案例进行分析能够了解到，顶管施工技术在水利工程当中的应用具备可行性，且可取得良好的施工效果，但是在应用顶管施工技术期间，需要关注施工前的勘察与设计工作、设备的选择与维护事项、施工过程中的监测与控制环节以及施工人员的技术水平和安全意识情况，以此确保施工可以顺利进行并保障工程质量。

参考文献：

[1] 詹文虎 , 戴浦忠 . 顶管技术在水利工程施工中的运用 [J]. 工程建设与设计 ,2025,(05):215-217.

[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] 焦庆丰 . 水利工程施工中的非开挖管道技术研究 [J]. 科技资讯 ,2024,22(09):189-191.

作者简介：杨丹（1991.2-)，女，汉族，本科工程师，研究方向：水利工程施工