顶管技术在高速公路施工和路面维修中的应用
摘 要：现代社会的高速发展导致交通运输的压力越来越大，对交通运输工程的需求越来越高。高速公路是当前人们日常出行和运输的首选方式，关系着人们的正常生活，也影响着人们的生命财产安全，所以保证高速工程的质量十分重要。顶管技术在高速工程中的应用十分广泛，它包括工程地质、测量和机械等多方面的技术。文章主要从高速公路中顶管技术的使用开始分析，在阐明横向顶管技术在高速公路路面维修的重要作用，希望可以为今后的交通运输工程提供一定的参考。
本文源自科技创新与应用 发表时间：2021-01-21《科技创新与应用》杂志是经中国新闻出版总署备案的学术期刊。主管单位：黑龙江出版集团有限公司，主办单位：黑龙江省报刊出版有限公司、黑龙江省科学技术协会。
关键词：高速公路;顶管技术;路面维修
概述
随着人们生活水平的不断提高，交通运输的压力也在不断增强，提高了人们对交通质量的要求标准，相应的高速公路工程的施工技术也应与时俱进，不断地进行创新。但是，在实际施工过程中，还有很多的施工部门仍采取挖掘路面的方式进行铺设管道和线路。这种施工技术不仅损坏了原有的公路路面，浪费了社会资源，还很大程度上影响了当地的交通情况，造成交通堵塞。所以，把建设施工的焦点放在顶管工艺施工技术上确有必要。
2 顶管工艺应用于高速公路施工的要求
2.1 明确顶管工艺的施工参数
若想工程施工后能够达到预期的标准，就必须在工程施工时严格按照设计图纸进行。所以在高速公路线缆和排水管道施工时，必须使用顶管技术，此外，施工人员一定要对工程的各个环节、各种参数、现场的施工环境、各类机器设备的使用情况都要有一定的了解。一旦相关部门不能提供现场施工的穿越路段的详细信息，如地质情况、土壤湿度等，那么施工单位在施工前一定要进行现场取样，通过挖掘穿越路基的两侧土壤来获得真实可靠的数据信息。
2.2 控制好管道与路面的距离
我国高速公路的建设标准为一级，对高速工程的施工质量要求越高，就越要求高速公路在进行排水管道施工时，严格按照现有的施工标准进行。即管道顶部距路面的距离要大于 1.2m;管套顶部与路边沟渠的最深处距离要不低于 1.0m。与此同时，排水管道工施穿越路基时一定要注意，提前留出可供排水的坡脚参数为 2.0m。
2.3 了解顶管工艺的地质情况
在工程开始前首先要做好调研工作，向有关部门咨询施工地所在地区的地质情况与周围环境气候特点。大体来说，首先要了解施工区域的地下结构是否存在其他的线路或管道设施设备。了解周围地下结构在施工时可以有效避免使用顶管技术时与其他管线冲突，破坏了原有的结构线路，造成不利影响。一旦在实际施工的挖掘过程中发现了线路或是管道等设施，一定要及时报告给相关部门，邀请相关单位派了解情况的工作人员到实际施工地点进行现场指导。可采用人工挖掘的方式来确定地下管线的实际线路，根据实际情况重新制定施工方案。
3 顶管工艺应用于高速公路的施工要点
3.1 顶管工艺施工的准备工作
在实施顶管技术之前，要做好施工前的准备工作。首先，工作人员要先按照施工图纸，在实际施工区域做好标记。简单来讲，就是通过经纬仪来测量出穿越路基的中心轴线并使用白灰做好标记，以此来提高顶管技术实际施工的准确性。一旦发现地下区域结构有影响施工路线的位置一定要预先做好相应的标记。其次，要测量出公路两侧的地平线高度，以此来推算出顶管的预埋深度。最后，要对作为标记的木桩进行保护，以便后续工作人员可以顺利施工。
3.2 顶管工艺的操作要点
高速公路工程大多是在粉质黏土地带进行施工，在进行顶管工艺施工过程中，可以采用先挖后顶的施工方法，也可以采用随挖随顶的施工方式。这样操作可以有效降低施工现场地质环境对整个工程质量的影响。需要注意的是顶铁在安装时要保证其始终处于水平垂直状态，这样可以保证施工时管线不会偏离中心轴。为了延长套管接口的使用年限，可以在连接完成后进行防腐处理，避免地下环境潮湿致使套管腐蚀。顶管技术在操作时无法避免的工作就是要对地下路基进行挖掘作业并进行运土作业。这部分工作会占据大量的时间，严重拖慢了项目施工的进度，所以要求工作人员必须按照图纸进行挖掘，在图纸规定的范围内进行施工，这样做一方面可以有效减少工作量，另一方面可以避免破坏施工现场周围的其他管线。
3.3 顶管工艺施工质量检测
为了确保顶管工艺的质量，必须重视施工质量检测工作。目前施工质量检测工作主要从三个方面入手，分别是顶管的质量控制、施工过程控制和纠错控制。在顶管质量控制中需要使用设备水准仪，通过水准仪对路基顶管的高程进行控制，检测人员需进行检查，只有检测合格后，才能进行下一环节的工作内容，若是质量不达标还需继续进行细节处理，这是保证顶管工艺施工质量的重中之重。在对高速公路顶管施工时，要注意控制好顶管段的高程和中间方位，因为在实际施工过程中中线在以上两方面很容易出现偏差，一旦出现偏差，就会给顶管施工的质量产生不好的影响。中线易于出现高程和方位上的偏差主要是因为顶管的中线的受力程度与顶点处的受力程度是完全不同的，所以在施工时很容易出现偏差，另外，实际施工不规范也会导致实际施工与预先设定的图纸存在严重不符，降低了高速公路顶管工艺的质量。
即使高速公路顶管施工时再精细，顶管的中线在高程和中间方位也容易出现偏差，发生偏差时就需要专业的工作人员利用一些检测手段来进行纠正，我们把纠正的这一过程称之为纠偏。这一纠正的过程并不仅仅存在于施工结束后，施工前、施工时都要进行不断的查验，一旦发现问题及时作出调整。目前主要有针对坑内和管端面的两种检测方法，常被使用的纠偏方法有三种，即千斤顶纠偏法，顶木纠偏法和加垫块纠偏法。顾名思义，千斤顶纠偏法主要是利用千斤顶这一设备顶接顶木，通过千斤顶额外提供的支撑力，使路基中稍稍偏差的顶管位置进行复位。但是，千斤顶纠偏法有一个应用局限，一旦顶管与顶铁间发生的偏差大于 20mm 时，在使用千斤顶纠偏法就无法发挥作用了，这时就需要利用顶木纠偏法来进行校正了，顶木纠偏法与千斤顶纠偏法的原理类似，就是将圆木或方木的一端撑在发生偏离的管壁上，管壁的另一端要装上垫有木板的管前土壤，用于固定管壁，然后在利用千斤顶提供撑力进行纠偏。加垫块纠偏法主要是在顶管和顶铁接连的合适的位置垫上一块有厚度的钢板，使顶铁与顶管间形成一个角度，在调整角度的这一过程中校正顶管的偏差问题。利用好三种方法可以使管道的纠偏工作取得很好的成效。
4 横向顶管技术在高速公路路面维修中的应用
在高速公路中，由于公路路面要长期经历风吹雨打和超负荷运载，很容易发生断裂、坑槽等现象，这对高速公路工程的稳定性有很大的危害，所以路面的质量是衡量高速公路整体质量的一个重要指标。针对这一问题横向顶管技术因其特有的优势顺势而生，横向顶管技术具有较好的排水性，可以很好的解决高速公路排水问题，加之横向顶管技术在使用操作上比较容易，价格低廉，并且能够有效的改善公路出现的一些问题，提高公路整体的质量，延长使用年限，从而被广泛应用在高速公路路面维修工作当中。
4.1 横向顶管技术的概述
早期修建的高速公路中由于工人操作水平不到位、施工技术不先进、工序不规范、设计不合理、道路排水设施损毁等原因造成高速公路质量严重降低，损害严重。随着社会的不断发展，交通压力也在不断加大，导致高速公路破损越发严重，许多路段的高速公路都需要进行维修。在维修道路时，施工单位不能只关注路面的防水问题，还要结合维修路段的周围环境特点进行科学合理的设计，只有这样才能避免维修后的高速公路反复的出现问题，浪费了大量的人力、物力、财力。横向顶管技术的使用，可以更好地优化道路的质量，在通过其他防水材料及防水措施的辅助，可以有效减少公路路面结构层的积水，从而减少道路的损害，在有效保障高速公路正常运行的同时延长高速公路路面的使用年限。
4.2 具体的施工工艺分析(1)对合理的排水材料进行选择。若要保证高速公路横向排水技术的效果，必须科学的选用排水管材料，选择排水管材料必须有以下几个特性：如耐用性、受力程度、价格以及旋工功能等。在放置横向排水管时要注意排水管距路面的距离，恰当的位置可以使排水管承载的路面压力较小，也能保证排水系统可以正常顺利的使用，所以在选择材料时要充分考虑高速公路所处区域的环境气候特点，选择性价比较高的排水材料。(2)分析排水管道的设计原则。a. 安排横向排水管的摆放位置之前，首先要考虑路面维修的铣刨结构的层次，根据路面的铣刨的层次在基层顶面或底基层顶面部位放置横向排水管，还需要注意的是，排水管的管顶部一定要嵌入到基层或者是底基层表面的 1～2cm 的位置。 b. 在设置横向排水管的摆放时，一定要考虑排水管与排水管之间的间距，间距最好设置在 20cm 左右，但是，若排水管需要在上坡路段或者竖曲线的底部位置时，应当设置 5m 左右的距离。横向排水管的分布是设计的重点，一般排水管的起点都设置在两个构造物当中，所以，基层的顶面在布设排水管时，不仅要设计适当的间距，还要把排水管本身考虑到其中。c. 注意在布设横向排水管时，不能随意使用简单的测量工具确定布设的位置，要使用一些专门的设施设备进行测量，要保证顶管的坡度在 10%以上。(3)分析排水管施工工艺。a. 在横向排水管的实际施工时，为了保证确保横向配水管的设置，可以在施工时与路面基层的大粒径透水性能好的沥青材料混合在一起，这样做可以保证配水管的设置起到效果。b. 在安装项管设备的过程中，应该根据施工前所预备的顶管位置规定及坡度大于 10%的规定完成放置。同时，还应该确保 PVC 管材的外径同顶管钻孔直径是相同的，进而将一定的保障为排水顶管的建设施工提供出来。同时，在施工完顶管之后，需要将一定量的水泥浆灌入到成孔的内部，并且，向里面插入 PVC 排水管，令路堤与排水管的外侧能够密切地联系起来，并且，保证拥有相应的强度，还应该将相应的砂浆应用到进口外侧部位完成堵塞，进而将其紧密性提升上来，对于层间水沿着管外壁流出的现象应该有效地防治，此外，对于排水进口附近的一些漏点，还应该应用合理的措施进行堵塞，避免有沥青混合材料堵塞管口的情况发生。c. 为了可以避免因为层间水涌出后而冲刷到边坡，避免发生排水管被偷窃的情况，一般在对横向排水管出口进行设置的时候，都会在边坡度的内部将其设置出来，而且，在出口的周围，要将鱼鳞坑设置出来，主要是由碎石材料一同构成了鱼鳞坑，能有效地发挥防盗和分散排水的作用。
4.3 横向顶管施工质量控制
(1)认真审阅图纸。施工方案和设计图纸是一项工程顺利进行的前提，设计部门在施工前要反复校验设计图纸和施工方案是否符合施工区域的实际情况，另外，在实际施工前相关单位还应组织施工人员认真了解图纸，甚至是熟练掌握图纸的相关要求。在实际施工作业时要严格按照工程的相关规范和制度进行，对一些突发状况要及时上报相关单位，共同商定处理方案。(2)项目在施工前要做好准备工作。要选择恰当的施工技术，考虑好施工中可能出现的障碍、隐患，提前设计好解决方案，在设计时要准确设计出中线基线、水准点等，科学合理的选择恰当的施工材料，也要加强人员的培训和管理，经常检查修复要使用的检测仪器和计量器具等。(3)中央分隔带排、防水设计。自然降雨和绿化用水是中央分隔带水存在的主要原因，水分较多时绿化带吸收不了就会渗入到路面结构中，从而影响路面的结实程度。所以一定要对中央分隔带积水的处理提高重视程度，处理这部分积水可以采用建立防渗墙的方法，这样可以阻止路面结构层中渗入积水，还可以很好地控制中央分隔带中的水分流失，保证绿化带中的树木草地正常的生长需求。(4)中央分隔带人井排水。一般处理分隔带人井中的积水常使用定向钻孔的方式，在人井中穿入排水管，就可以排出中央分隔带井内的积水了。(5)科学配置沥青混合料。在路面维修工作中，最常被使用的材料就是沥青混合料了，其性能直接决定了路面的质量，决定了路面的使用年限，但是沥青混合料是一项很难以掌握的工作，要不断的进行实验，科学合理的优化沥青混合料各成分之间的配比关系。如若想修补后的路面的防水排水性能，则路面的表层机构最好使用改性沥青碎石混合料，基层结构可以采用大粒径沥青碎石，而 SBS 改性沥青防水粘结层可以放在顶层路面和基层之间，这样整个路面的防水性能可以有效的提高。
5 结束语
简而言之，交通公路运输在我国经济发展中占有重要地位，而高速公路的质量是保证交通公路运输顺利发展的前提。但是目前正在使用的高速公路还有很多弊端没有及时处理，如果不及时解决这些问题一定会对国民的生命健康埋下隐患，也会阻碍我国经济的飞速发展。顶管技术正是在这种社会大背景下应运而生，可以解决公路中现存的诸多问题，在实际使用顶管技术时，要重视实施顶管技术的前期准备工作，熟练掌握顶管技术的操作要点，并且在实际施工时要不定期进行质量抽查，从而保证高速公路工程的质量。