市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析研究

朱乃榕

摘要：市政工程中的给排水设备作为为城市提供生活用水并处理生活废水的基础设施，在城市建设中有着不可或缺的重要地位。给排水的主要施工场所位于地下，传统的给排水工程需要通过挖掘施工技术将管道深埋至地下，会对地表造成较大的影响。妨碍居民的日常生活与城市生产建设进程，而采用长距离顶管施工技术可以使用顶进装置直接将管道顶入地下，施工量小，对地表影响小，污染程度低，是目前广泛使用的一类给排水施工技术。本文从长距离顶管施工技术的概念与应用优势出发，介绍了长距离顶管施工的施工流程，并对其中涉及到的技术要点进行了分析探讨。

关键词：市政工程;给排水施工;长距离顶管施工技术;研究

引言：

国民经济与社会生产力的发展进一步推动了城市化进程的加快，市政工程作为城市建设中与居民的生活以及生产建设息息相关的基础设施，其建设规模也呈现出持续扩张的态势。其中，市政给排水设施为城市用水与排水提供了重要的物质保障，在市政工程建设中需要加强重视程度，而传统的挖槽埋管施工技术对地质环境要求较高，不仅对地下环境影响较大，还会占据较多城市地表空间，不利于城市生产生活的顺利进行。长距离顶管施工技术作为一种无需对地面进行开挖的施工技术，能够有效解决以上问题，被越来越广泛地应用于市政给排水施工中，下面将对长距离顶管施工技术展开分析研究。

一、长距离顶管施工技术的概念

长距离顶管施工技术与传统的挖槽埋管施工技术相比，无需进行开挖施工作业，可以直接利用基于液压技术的顶进设备将铺设管道直接顶入地下目标位置中，不会对地表建筑、地表交通以及地下轨道交通等其他市政工程设施造成影响。这一方面极大地节约了市政给排水施工的时间、人力、物力、财力成本，缩减了工程量，提升了施工进度;另一方面也减少了对施工场所周边环境的破坏程度，保障了城市生产活动与居民日常生活的顺利运行。

长距离顶管施工的技术流程如下：一是在施工作业之前对各项设备与技术流程进行调试，为后续施工作业的顺利开展提供保障;二是对地下管线进行检测，确定管线位置;三是开展工作井与接收井的开挖作业，为后续顶管施工提供场所;四是对相关施工作业设备进行安装与调试，确保液压千斤顶、顶管机以及其他辅助设备能够正常运行;五是开展顶进施工作业，并在顶进过程中采用相关技术手段降低阻力，纠正顶进偏差，确保管道能够顺利顶进至对应位置;六是对通过顶管施工技术安装的管道进行闭水试验，确保管道安装的质量安全符合技术标准，能够顺利运行。最后，对施工现场进行竣工验收清理即可[1]。

二、长距离顶管施工技术的优势

（一）對施工场所干扰较低

长距离顶管施工技术采用直接将管道设备顶入地下的作业方法，无需如传统挖槽埋管施工一般对地面进行开挖作业即可对管道进行铺设，所占用的施工场所范围较小，管道在铺设过程中可以采用曲线路径顶进作业，绕开地下各类设施障碍，不会对地表及地下环境造成大规模破坏，因此，长距离顶管施工技术对地表建筑物以及公路、铁路等道路设施的影响较小，也不会对地下轨道交通的正常运行造成妨碍，能够保障城市生产活动与居民日常生活行动的顺利开展。

（二）对施工成本控制较好

长距离顶管施工技术与其他较为传统的市政给排水施工技术相比，无需对地表进行开挖作业，极大地缩减了工程量，节省了施工人力成本。另一方面，长距离顶管施工技术的施工场所主要位于地下工作井中，与位于地表施工场所的施工技术不同，较少受到风霜雨雪等恶劣天气状况的影响，能够缩短市政给排水施工的工期，节省了施工时间成本，降低了市政给排水施工的工程造价。

（三）对生态环境破坏较小

长距离顶管施工技术采取点状施工模式，不会对地表进行大规模开挖作业，能够较好地保护地表绿色植被，在竣工之后也能保证施工场所周边环境较快恢复至原有状态，无需对场地进行二次绿化，在节省建设成本的同时维护了生态环境绿色健康。此外，长距离顶管施工技术的主要施工场所位于地下，在施工过程中为避免施工作业引发的扬尘大规模散播到空气中，会持续灌注清水与黏土浆，减少了市政给排水施工造成的大气污染。再者，长距离顶管施工技术产生的噪音较小，降低了对周边环境的噪音污染，推动了城市生态文明建设[2]。

三、长距离顶管施工的技术流程

（一）前期施工准备

在市政给排水工程中运用长距离顶管施工技术时，首先需要做好前期施工准备工作，以便为后续的施工作业奠定坚实的基础。首先，需要对施工场所进行实地勘测，充分考虑施工场所的地质特征、气候状况以及周边环境影响，在对施工场所信息进行充分收集的基础上，制订出科学完善的施工作业方案，对施工过程中的各项技术要求做出明确规定，合理统筹安排各类资源配置，为后续长距离顶管施工的顺利开展与施工质量安全奠定了基础。其次，需要根据长距离顶管施工技术的作业方式与安全标准并结合实际施工需求严格甄选出材质与性能优良的施工材料，如管材、钢筋、混凝土等，并将施工成本一并纳入考虑，对施工材料的使用方式进行合理推算，减少二次加工，提高市政给排水施工的质量安全。此外，还需要根据市政给排水工程的施工设计方案与施工成本采购性价比较高的施工设备，如顶管机、液压千斤顶、起重机、搅拌机以及注浆机等，提升施工作业的效率，保证市政给排水工程的质量安全。

（二）工作井开挖

在市政给排水工程中运用长距离顶管施工技术时，需要在施工目标场地选择合适的地点开挖打造工作井，为顶管施工作业提供场地条件。在建设工作井时，需要对沉井施工现场进行清理，通过实地勘测确定工作井开挖位点，对基坑开展挖掘作业，铺设砂垫层与素混凝土垫层，在此基础上进行沉井制作以及下沉作业，在下沉施工期间始终与地面保持垂直，当地质环境良好、渗水状况不明显时，可以继续进行沉井下沉作业，而当渗水状况严重，局部水位过高时，需要及时进行井点降水操作，也可采用钻吸排土法继续进行下沉作业。当达到施工目标深度之后，需要对工作井进行封底处理，使用混凝土对底板进行浇筑，保证工作井场地内顶管施工工程的顺利安全开展。

（三）后靠墙施工

市政给排水工程中长距离顶管施工的后靠墙建设对施工作业的顺利开展奠定了重要基础。一方面，随着工作井基坑面积的加大与深度的加大，外侧墙体会产生更高的荷载力，容易导致井内发生墙体坍塌，造成严重的安全后果，而后靠墙能够承载抵抗外侧墙体的负载，保护工作井内部施工设备与施工人员的安全。另一方面，后靠墙能够为液压千斤顶的顶进作业提供均匀的受力支撑，通过顶力的传递让顶管在顶级设备的推动下前进至指定位置。在后靠墙施工作业中，首先需要将墙体表面松动的浮土、土块、碎石等物质进行清扫，再对墙体喷射水泥砂浆并进行整平，待墙体表面的水泥砂浆凝固后，将钢筋锚固搭建为整体框架，并利用混凝土浇筑加固，使后背墙的强度达到规定强度的3/4，保证后背墙能够为顶进设备提供充足的顶力，并维护工作井内设备与人员的安全[3]。

（四）施工设备安装与调试

在进行顶管设备安装与调整时，需要严格根据设备清单中注明的设备元件数量、种类以及技术安全标准对设备元件进行逐一检查，排查设备元件可能存在的质量问题，在进行调整更换后，将设备元件按照要求进行安装并试运行，检验施工设备的功能是否完整，确保在后续施工过程中能够正常运行。例如，在进行工作井导轨设备安装时，为保证导轨安装位置的精确度与安装稳定性，需要对管节中心的高程以及铺设坡度进行调整，在专业测量仪器的辅助下将导轨轴线位置误差调整在规定标准之内。在进行顶进设备调式时，需要对压力继电器与电接点压力表机进行调整，使之处于正确的保安值，再缓慢逐步增加油压力，对液压千斤顶的启动推力进行预测试，及时观测后靠墙的状态变化，以此检验顶进设备正常运作的可行性。此外，还需要对长距离顶管施工技术的其余辅助设备进行配置，在管身预埋件的对应部位安装钢刃脚以形成船头坡，能够为后续预埋件的铺设提供便利，还需要通过人工挖土平台的建立将管身顶进过程中推出的土体进行及时搬运，保证顶管施工作业的顺利进行。

（五）机头穿墙出洞

顶管穿墙出洞技术中掘进机的行进方向会对管道顶进方向的准确度以及井内管节的安装造成重要影响，是长距离顶管施工流程中关键步骤。在进行机头穿墙出洞之前，为了预防井外渗透的地下水涌入工作井内，威胁到施工设备与施工人员的安全，就需要在结合顶管位置，在洞口处的垂直墙体上浇筑混凝土止水墙，并在墙体上开设的十个预留孔内安装橡胶止水圈，严密阻挡渗漏的地下水涌入。此外，为了防止顶管穿墙出洞洞口周围相对松散的泥沙涌入工作井内引起塌方事故，需要在机头出洞时加大掘进机的钻头转速与顶力，通过提升出洞速度有效降低洞口周边的土体损伤，从而防止土质松散的泥沙涌入工作井，造成严重安全事故。再者，需要保证机头穿墙出洞时顶进方向的准确度，防止后续管道铺设时轴线偏离误差过大，影响市政给排水设备的施工质量。

（六）顶进施工

顶进施工是长距离顶管施工技术的主要环节。在顶进施工作业中，首先需要利用掘进机的推进力对洞口处的砖封门进行破坏，在掘进机完全进入洞口之后再拆除封口，为顶管推进作业降低阻力。在顶管顶进过程中，为保证顶管铺设位置与设计方案之间的误差在规定范围之内，需要对顶管的偏移量进行严格测定，并根据顶管实际位置与目标位置对顶进设备的各项参数进行调整，直至顶管顶进方向还原至目标方向。当第一节管道顶进之后，再开始对第二节管道进行顶进施工，直至将所有管节全部顶入预设位置中。其中，管道的连接方式需要采用焊接技术进行固定，并在焊接过程中对焊接工艺严格把控，保证给排水管道的密封性，提高给排水设备的安全质量。

在长距离顶管施工过程中，顶进管道的长度会逐渐增加，产生的摩擦力也持续变大，会对顶进设备的顶力造成严重损耗。因此，需要综合考虑施工环境的土壤地质特征、减阻技术类型以及顶管设备的顶力大小等因素，选取合适的位点设置中继站，利用继电器辅助顶管设备提高储备顶力值来进行顶进作业。在中继站位点的铺设上，需要尽可能减少中继站数量，降低市政给排水设备的工程造价，控制好施工成本[4]。

四、长距离顶管施工的技术要点

（一）水平螺旋钻进技术

在长距离顶管施工作业中，由于螺旋钻杆的直径较小，且拥有导向仪作为辅助，能够对管道轴线位置进行精准定位，因此，可采取水平螺旋钻进技术确定管道中轴线的位置走向，按照设计方案规定的管径使用螺旋扩孔钻头从管道轴线开始对孔洞进行扩张，并将管节拉入至空洞内。水平螺旋钻进技术具有精确度高、对地表影响小的优点，在长距离顶管施工作业中可进行广泛应用。

（二）测量纠偏技术

在长距离顶管施工作业中，管身在定金过程中所处的受力状态较为复杂，很容易受到微小因素的干擾而造成轴线偏移，使得管道实际位置与预设位置不相符合。为保证管道铺设路线与设计路线的错位部分处于合格误差范围内，需要对管道中轴线与高程进行测量，检验中心线高度与设计高度是否一致，并在管道的逐节顶进中多次反复测量，随时追踪管节轴线的偏移情况，以便及时进行动态纠偏调整。在对管道进行纠偏的过程中，需要通过对管道周边的土体进行少量挖掘填充来调整管身所受摩擦力的分布情况，也可以通过顶进设备在顶力与顶进方向参数的调节将管身顶进到规定位置。在纠偏过程中，需要对偏移量进行缓慢地矫正，以防改变原有参数引起管身破损或管道轴线大幅度偏移，为后续市政给排水的施工作业带来较大困难，难以保证市政给排水设施的质量安全。

（三）管节止转技术

在长距离顶管施工过程中，由于土体内部的管道与施工设备受力环境复杂，顶管机头很容易受刀盘与出土机的影响而发生转动现象，为施工作业的顺利开展造成阻碍。因此，需要在机头两侧陈放加压重块的安置架，对重块进行均衡排放，当机头发生转动时，及时调整加压重块的分布状况，利用重力作用将机头扭转至合适位置，避免管节由于发生转动而产生不稳定的现象[5]。

（四）洞口土体加固技术

在长距离顶管施工过程中，为避免施工作业时工作井外的土体在受到强烈压力干扰下发生松动移位，从而导致洞口坍塌，引发重大安全隐患，需要对洞口处的土体进行严格加固。现阶段常用的洞口加固作业技术包含了混凝土浇筑技术、深层搅拌桩技术、冻结技术以及高压旋喷技术等，需要根据洞口土体的摩擦角、土质硬度、渗水系数、标准贯入度等物理特性选取合适的加固方法与加固位置进行施工作业。当土质硬度较低时，需要扩大加固范围，将整个断面进行加固;当土质硬度适中，可以在管道顶部与两侧选取一定面积的范围进行加固;当土质硬度较大时，可以根据实际施工状况选择不加固土体。

（五）顶进减阻技术

在长距离顶管施工技术中，为降低顶进设备的顶力损耗，并提升管道顶进速率，需要采取合适的技术手段减小顶进作业中产生的阻力。一方面，可以采取钢板脱壳法来进行减阻，通过在管道顶部铺设钢板，将管身与顶部土体隔离开来，降低二者之间产生的摩擦力，方便顶进设备的快速作业，当钢板与顶部土体摩擦力加大时，由于钢板与管身处于无连接状态，管身可以迅速脱离钢板进行运动，降低了顶进设备的顶力损耗。另一方面，可以采用注浆减阻技术来降低顶进摩擦力，通过在管道与周边土体之间灌注润滑浆液，以环状泥浆保护套的形式减小顶进阻力。在注浆减阻施工过程中，多以400m为间隔设置压浆泵，提高管道注浆压力，使得注浆压力在长距离的顶管线路中保持稳定，还需通过浆液黏度与使用量的选择，对管道周身的浆液进行均匀分布，根据顶进施工现场的具体情况随时进行注浆补浆，确保有效降低顶进阻力。

（六）通风技术

在长距离顶管施工过程中，为保证施工人员的身体健康安全，需要对空气质量较差的地下施工场所进行通风处理，建设完备的通风系统，利用鼓风机与抽风机对地下施工场所通风供氧，改善空气质量，维护施工人员的身体健康安全，确保市政给排水施工的顺利进行[6]。

五、结束语

市政给排水设施作为城市生存与发展不可或缺的基础设施，需要将长距离顶管施工技术引入至施工作业中，以减少施工过程对地表环境的影响，维护施工场所的生态环境安全，并降低工程造价。为此，需要对长距离顶管施工技术的作业流程与技术要点展开充分的研究探讨，以便对施工技术进行反思改进，提高市政给排水设备的施工质量。

参考文献：

[1]张玉芹，张正平，李海果，等.市政给排水施工中长距离顶管施工技术研究[J].工程技术（全文版），2020.

[2]史明迪.市政給排水施工中长距离顶管施工技术研究[J].装备维修技术，2021（30）：1.

[3]孟芃.长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].市场周刊·理论版，2020（73）：1.

[4]雷志强.市政给排水施工中长距离顶管施工技术分析[J].科技创新与应用，2020（18）：2.

[5]舒龙.市政给排水施工中的长距离顶管施工技术探究[J].装饰装修天地，2019，000（012）：163.

[6]靳芳，焦义坤.市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析[J].锋绘，2021（5）：1.

1793500520370