小(Ⅱ)型水库水库除险加固中放水涵管的顶管法施工工艺分析

【摘要】利用顶管法对土坝输水涵管进行除险加固，避免了大面积的土体开挖，不干扰地面交通，对主坝的完整性不产生破坏等特点，具有一定应用价值。由于这些特点，顶管法施工技术成为一种新型环保的施工技术。但用在坝体材质不好，放水涵洞埋深较大情况下，顶管的防渗处理比较困难，影响整体投资，需要在应用中认真考虑，合理选择施工方案。

【关键词】顶管法；设计；质量控制；效果分析

该小（Ⅱ）型水库水库以农田灌溉为主，整个水库由溢洪道、大坝、放水设施组成，大坝为黏土心墙坝，最大坝高28 m，现存在放水涵管不能正常放水。最开始对放水涵管的设计是用φ400砼涵管进行连接，水库经过长时间的运行，搭接的砼涵管有些坍塌有些错位，进而造成水流堵塞，使得水在连接处经外壁渗出，渗水处存在明显裂缝，直接威胁大坝安全。针对这种情况，本文采用顶管法进行施工。

一、顶管法施工前的准备工作

1.轴线定位。原涵管在大坝左端，本次设计沿原涵管轴线布置，考虑到原涵管搭接错位和坍塌，库区淤泥量大等因素，顶管进口高程抬高3 m，轴线长94 m。

2.顶进方法及顶管选用。根据坝体土质情况，坝壳土层多为含少量碎石的浅黄色的粉质黏土，顶进方法决定采用人工开掘式顶管法，单向顶进。在坝上游，构筑顶管工作坑和后座支承顶墩，用经纬仪和水准仪校正方位和高程后，用液压千斤顶将预制的管段按设计要求逐节顶进坝体内。根据放水流量和管内施工需要，顶管采用φ1 000平口钢筋砼顶制管，每节长3 m，内置φ315PE 塑料管作为放水涵管，进口高程为422. 15 m，出水口高程为421. 39 m。

3.顶力计算。顶管轴线长63 m，管材为钢筋砼预制管，容重为2. 5 t / m3，管内径为1. 0 m，根据本地顶管工程施工经验，取顶管力系数 F =2. 9，则最大顶力 P =224. 6T，选择顶进千斤顶为 300T 顶力。

4.顶管工作坑尺寸设定。顶管为单向顶进，根据顶进工具尺寸，确定工作坑平面尺寸为6. 5 m ×4. 5 m，深度1. 5 m。

5.后座设计。后座墩位于顶管工作坑内，为 C25 钢筋砼结构，宽4. 5 m，厚 1. 0 m，高 4. 5 m，基座埋深 2 m。按照总顶力224. 6 t计算，设计后座墩墙尺寸为4. 5 m × 6. 5 m （ 高 ×宽） =29. 25 m > F =22. 46 m2，满足要求。

二、顶管法施工工艺

1.施工准备

施工主要机械及设备：经纬仪、水准仪、300T 千斤顶、吊装设备、高压油泵、垂直卷扬机、导轨、顶铁及运土工具、低压照明设备。施工场地布置：工程已有道路通到主坝，可投入生产使用；生产、生活用工棚、材料、仓库、机械停放场、堆料场等其它生活设施布置在主坝右侧的空地上。施工用电采用当地动力三相电，并安装好漏电保护装置。施工用水抽取库区库水，生活用来采用自然山泉水，工程所需材料均从附近市场购买，预制顶管由厂家定制运到料场，进行检查，确保施工机械能够正常操作。

2.施工工艺流程

顶管的施工工艺流程为：测量高程及轴线挖顶管工作坑铺顶管导轨设置顶进后背安装顶进设备吊装砼管到轨道上连接好工具管装顶铁开起油泵顶进出土测量及纠偏再次吊装砼管到轨道上连接好工具管装顶铁开起油泵机进出泥测量纠偏。循环作业直致管道贯通完成。

3.工作坑开挖

施工前首先通过经纬仪测量，确定顶管的轴线位置，按设计要求，用水准仪测量顶管进口高程，然后确定工作坑的位置，工作坑的长宽要视土质、顶管直径、长度、顶管机具设备宽度、后背宽度、导轨长度而定，还要考虑有利于向坑外出土和作业人员操作。本工程工作坑开挖宽度为4 m，长6. 5 m。

4.后背钢筋砼的浇筑

后背的坚固与否直接影响顶管的顶进效果，后背作为千斤顶的支撑点，应采用高标号钢筋砼结构，后背梁和支墩基础位于坚硬基岩上。如果基础是软基础，需要先对基础进行处理。本工程在工作坑内留足顶管长3 m，千斤顶长1. 8 m，顶铁长1 m位置后，开挖一个后背梁基坑，浇筑一段长4. 5 m，深4. 5 m，宽1 mC25 钢筋砼后背梁。

5.顶管工作坑内设备安装

后背梁和三角支墩浇筑砼达到一定强度后，方可进行设备安装程序。首先进行导轨的安装，严格控制导轨的中心位置和前后端管底高程，校核导轨安装的准确性。导轨安装完后，再对工作坑底板进行砼浇筑，使导轨地基稳定。

千斤顶和顶铁的安装。千斤顶安装在后背梁与顶铁之间，顶铁和顶管之间安装专用橡胶垫对砼管端保护。

6.顶进施工

工作坑内设备安装完毕，即可掏土顶进，顶进前再用经纬仪校核好轴线，控制好坡比。在首节砼管吊到导轨就位后，再次测量标高和中线间距，防止偏差，核定无误后进行试顶。具体操作：启动液压油泵、千斤顶进油、活塞伸出一个工作行程，活塞顶到顶铁，将通过顶铁作用在顶管管口，将管子推向一定距离。停止油泵，打开挖制阀，千斤顶回油，活塞回缩。添加顶铁，重复上述操作，直到安装完管道为止。本工程开始采用 300T 顶力进行顶进，顶至34 m（此时位于大坝坝体中部时），后背出现反向位移，表明顶力不够。后加至500T 推力进行顶进，并对后背和三角支墩再次进行加固后，方可顺利顶进。本工程经过15 d工作日，共顶管长63 m，平均每天达到4 m，节省了施工时间。

三、施工质量控制及安全措施

质量要求：管道顶进要求平直，管的中心偏离轴线不超过3 cm为优良。顶管施工时，由于千斤顶加力不均匀，力点偏移，使顶进的涵管中心线与设计涵管中心线不一致。因此，每一顶程过后，要对管的高程及左右偏差测量一次，发现问题及时纠偏，纠正左右偏及抬头扎头的措施，后座和导轨施工中，应特别注意后座的千斤顶支承墙面与涵管中心线要严格垂直。还应随时观察后座有无变形、位移、裂缝等，发现不妥要及时处理，确保安全。安全措施：施工时土坝上方不要做其它施工；挖土和顶进时洞内照明使用低于12 V照明灯；洞内不准使用明火；千斤顶、顶铁上面和侧面不能站人；随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离；吊装机械设备、顶管时工作坑内人员做好防护措施，洞内做好通风措施。

四、工程运用效果

由于该水库坝体心墙填筑土压实度和坝壳填筑土压实质量都未达到规范要求，除险加固完工后蓄水过程中，发现顶管出口周围出现渗漏情况，随后进行了高压旋喷灌浆处理，将顶管进口至心墙段管壁凿洞开孔，灌浆孔沿管壁四周布设，纵向间距3 m，共布孔44个，灌浆34 m。高压灌浆不但增加了工程投资，而且止渗效果不太理想。

五、结语

利用顶管法对土坝输水涵管进行除险加固，避免了大面积的土体开挖，不干扰地面交通，对主坝的完整性不产生破坏等特点，具有一定应用价值。由于这些特点，顶管法施工技术成为一种新型环保的施工技术。但用在坝体材质不好，放水涵洞埋深较大情况下，顶管的防渗处理比较困难，影响整体投资，需要在应用中认真考虑，合理选择施工方案。

参考文献

[1] 卢集富，黎杰成 . 顶管法施工技术在西坑水库输水涵管工程施工中的应用[J]. 科技资讯，2010（13）：130.

[2] 魏腾辉 . 顶管法在输水涵施工中的应用[J]. 大众科技，2010（4）：84 -85.

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