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顶管能否用于高压输水?

2025.07.16

顶管技术作为一种非开挖管道铺设方法,在高压输水工程中具有可行性,但其应用需结合材料性能、结构设计和施工工艺进行综合考量。

1. 技术适应性分析

顶管技术通过液压顶进设备将预制管道埋入地下,适用于穿越河流、道路或密集建筑区等复杂环境。对于高压输水而言,问题在于管道需同时满足施工阶段的机械强度要求和运行阶段的高压密封性。钢管因其高抗压、抗拉性能成为材料,其延展性可有效缓解顶进过程中的轴向应力,且通过焊接可实现无缝连接。混凝土管或玻璃钢管因抗拉强度不足,通常需额外加固或限制使用压力范围。

2. 关键设计要点

- 管材选择:推荐采用壁厚≥12mm的Q235或X60系列钢材,屈服强度需高于设计压力的1.5倍。内壁可衬环氧陶瓷涂层,外壁采用三层PE防腐,兼顾耐压与防腐蚀。

- 接头处理:焊接接头需进行100%超声波探伤,并采用双密封圈承插式结构作为辅助,确保在0.6-2.5MPa工作压力下无渗漏。对于特殊地段,可设计法兰连接以便检修。

- 应力计算:施工阶段需校核管道的环向应力(σ_h=PD/2t)和轴向顶力(F=πD²P/4×μ),确保综合应力不超过材料许用值的70%。

3. 工程实践与优化

国内某跨江输水工程采用DN1200钢管顶管,设计压力1.6MPa,顶进长度820米。施工中采用中继间分级顶进技术,控制单段顶力≤8000kN,并注入膨润土泥浆降低摩擦系数至0.08。运行监测显示,管道变形量<2‰D,完全满足高压输水需求。经验表明,对于埋深超过5m的管段,需考虑土体侧压力对椭圆度的影响,可通过增加环形加劲肋提升稳定性。

4. 经济性对比

与传统开挖法相比,顶管施工的初期成本高约30%,但可减少80%的土方工程量和50%的工期。以10公里输水管线为例,顶管方案综合成本约为开挖法的1.2倍,但在城市区可避免数百万的拆迁补偿费用,全生命周期成本优势显著。

综上,顶管技术应用于高压输水需从材料力学性能、接头密封技术、施工精度控制三方面严格把关,其在特殊地段的性使其成为现代输水工程的重要选项。