顶管施工技术在城市更新改造中的应用与分析

王邦勋

宜昌市夷陵区城建项目管理服务中心 湖北 宜昌 443100

引言

随着城市的高速发展，现状市政公共基础设施的使用功能已不能满足现实需求，在市政工程中给排水、电力、通信、燃气、交通等领域显现尤为突出。顶管施工技术作为一种新型管道改造技术，具有高效、环保、经济、安全、适用等优点，在城市更新改造中得到了广泛应用[1]。本文将对城市更新改造中顶管施工技术（泥水平衡式）的应用进行探讨，并分析其可行性和存在的问题。

1 城市更新改造中顶管施工技术应用

1.1 管网改造

是指对城市中老化、损坏、不符合要求的管道进行修复、更换或新建的一系列工作。城市管道是城市基础设施的重要组成部分，涵盖自来水、天然气、污水、雨水、通信等多个领域，而随着城市的发展，管网的老化、损坏和失效问题越来越突出，不仅会影响城市的正常运行，还会带来一系列环境和安全问题[2]。

1.2 新建管道

新建管道是指在城市中新建管道，以满足城市基础设施建设和功能拓展的需求。

顶管施工技术可以快速地进行新管道的铺设，因为其具有无须开挖地面、降低施工难度、减少对交通的影响等优点，能够大幅度提高施工效率，缩短工期，降低施工成本，促进城市基础设施建设的快速、高效、可持续发展。

1.3 地下管廊

地下管廊是一种将城市地下各种管线进行集中铺设、集中维护的地下设施，包括自来水管道、天然气管道、污水管道、电缆、通信管道等。地下管廊的建设旨在优化城市地下空间的利用，避免地面多管道交错、拥挤的情况，提高城市基础设施的管理和维护效率。

1.4 智慧城市建设

智慧城市是指利用现代信息技术和物联网技术，将城市的各种基础设施进行智能化、信息化、互联化，实现城市各种服务的高效运营和优化管理，提升城市治理能力和居民生活品质。

智慧城市建设需要大量的智能设施，包括智能交通、智能能源、智能建筑、智能安防、智能环保、智能医疗等。这些设施需要进行集中的铺设和维护，顶管施工技术可以快速、高效地进行智能设施的铺设和维修[3]。

顶管施工技术可以将不同种类的管线（如电力、通讯、水管等）集中在同一地下管道内。此外，顶管施工技术可以高效地进行管道的铺设和维修，减少施工噪音和对城市交通的影响，提高施工效率和质量，为智慧城市的建设提供有力支持。

2 泥水平衡式机械顶管施工技术

图1 顶管施工工艺流程

2.1 顶管机械安装

进出洞口标高控制直接影响顶管施工成败；进洞时，根据设计要求，严格控制其水平偏差不大于5mm，出洞口时防止管道出坑后的“磕头”而引起的偏差；进洞口采用钢板桩止水环，并安装橡胶止水圈，在机械顶管顶进过程中，由于橡胶圈磨损严重，防止顶进漏水现象采用内外两道止水圈，起到止水效果。

2.2 顶进方向控制

管道轴线、中线定位的走向首先用经纬仪校核，按照管道的坡向，高差在顶管机上配备激光导向系统指导顶管机顶进，方向控制由油缸来进行纠偏，若管道顶进的方向和设计轴线方向产生偏差，应该用工作管内的调节千斤顶进行纠正，纠偏后达到施工设计要求。

2.3 管道顶进技术要求

2.3.1 顶进前应对成品管道、钢板止水环、橡胶密封圈及衬垫材料作检测和验收。顶进前全部设备应经过检查并经过试运转合格。

2.3.2 钢筋混凝土管道传力面上设置环形木垫圈，采用胶粘剂粘在传力面上，保证均匀传力，混凝土面不被破坏。

2.3.3 初始顶进速度宜控制在10～20mm/min。

2.3.4 正常顶进时，顶进速度宜控制在20～30mm/min，注意理论出土量控制在98%～100%。发现出土量有较大误差时应查明原因。

2.3.5 工作面压力值应根据顶管机机型确定。

3 顶管施工技术的优点和缺陷：

3.1 顶管技术的优点

3.1.1 施工精度高，配备激光导向系统指导顶管机顶进。

3.1.2 综合成本低：只需要排除地下土层中的管道范围内的土体，使工期缩短、工程量减少。

3.1.3 对环境的破坏小：能使周围构筑外设施保持其原有功能，不被破坏，后期恢复面积小；可以减少土地开挖和大量运输的情况，节约能源和资源。

3.1.4 能穿越各种不同的地层地质等。

3.1.5 安全风险低：不存在基槽开挖，土石方坍塌发生安全事故的风险。

3.1.6 顶管长度可控：单段顶管根据地质情况可达900m。

3.1.7 施工效率高：顶管施工技术可以在较短时间内完成大量的管道铺设和修复工作。

3.1.8 维护成本低：顶管施工技术可以提高管道的质量和可靠性，减少维护和修复的成本。

3.2 顶管技术的缺陷

机械顶管对设备的安全隐患大，在顶管施工中由于不同特殊地质情况，顶管顶进无法预判特殊地质，顶管无法顶进施工，造成机头埋设地下，则会带来巨大的经济损失。

4 顶管施工技术在城市更新改造中的可行性分析

4.1 从可行性的角度来看，顶管施工技术在城市改造中具有以下优点

4.1.1 技术可行性高。技术成熟的顶管施工技术已经经过长期的实践验证，在技术方面已经相对成熟，可以保证施工质量和安全性。

4.1.2 施工效率高。顶管施工技术可以同时进行挖掘和管道铺设，施工效率高，可以大大缩短施工周期。

4.1.3 环境可行性高。对城市环境影响小。顶管施工技术只需要在地表挖掘一个小型竖井即可，对城市环境的影响小，可以减少对市民生活的影响。

4.1.4 经济可行性高，节约成本。顶管施工技术相比传统的开挖法施工成本相对较低，可以节约施工成本。

4.1.5 可靠性高。顶管施工技术的施工质量受到机械设备和控制系统的严格控制，可以保证施工质量的可靠性。

4.2 从经济性的角度来看，采用顶管施工技术进行城市改造具有以下优点

①提高城市空间利用率。②缩短工期。③降低施工成本。④减少拆迁。

4.3 在城市改造中，采用顶管施工技术需要考虑以下因素

4.3.1 工程地质条件。工程地质条件对于顶管施工技术的应用具有重要影响，需要对施工现场的地质条件进行详细的调查和分析。

4.3.2 环境影响评价。采用顶管施工技术需要进行环境影响评价，评估其对周围环境的影响。

4.3.3 施工安全管理。顶管施工技术需要严格的施工安全管理，保证施工过程中的安全性和可靠性。

4.3.4 与现有管道接口。在城市改造中，需要考虑与现有管道的接口问题，确保新建管道与现有管道的无缝连接。

4.3.5 施工费用控制。采用顶管施工技术需要控制施工费用，确保项目的经济效益。

5 城市复杂环境下顶管工程常见的问题及处理措施

5.1 城市复杂环境下的顶管工程常见问题主要包括以下几个方面

5.1.1 地下障碍物的干扰：城市地下充斥着各种地下管线、设施和构筑物，这些地下障碍物会对顶管施工造成干扰，甚至会导致工程暂停。

5.1.2 地层条件的复杂性：城市地层多种多样，包括土壤、石灰岩、软土、杂填土等，地质条件的复杂性会对顶管施工造成影响，甚至可能导致地面塌陷、建（构）筑物破坏等安全事故的发生。

5.1.3 管道的承载能力：顶管施工完成后，管道需要承受地下土压力和交通载荷等作用，因此管道的承载能力至关重要，一旦出现问题会对顶管工程的安全性造成威胁。

5.2 针对这些问题，处理措施如下

5.2.1 地下障碍物的处理：在进行顶管施工前，需要进行地下障碍物的勘测和定位，以避免施工中遇到地下管线等障碍物。如果遇到无法避免的地下障碍物，可以采用管道穿越、绕行等方式进行处理。

5.2.2 地层条件的处理：在进行顶管施工前，需要进行地层条件的勘测和分析，采取适当的支护措施和施工方法，以确保施工的安全性和质量。

5.2.3 管道的承载能力：在顶管施工中，需要注意管道的材料、壁厚、设计强度等参数的选择和计算，以确保管道的承载能力符合要求。同时，在施工完成后，需要对管道进行质量检测和监测，确保管道的安全性和可靠性。

综上所述，针对城市复杂环境下顶管工程常见的问题，需要采取科学合理的处理措施，以确保工程的安全性和质量[4]。

6 结束语

城市更新改造是现代城市建设的必然趋势，也是城市发展的重要方向。通过采用顶管施工技术，可以减少对地面的破坏和土壤的扰动，提高施工效率和质量，从而促进城市更新改造的快速、高效、可持续发展。在未来的城市更新改造中，顶管施工技术有望成为主流技术，为城市建设和发展提供更加可靠、高效、环保的支持。