市政给排水施工中长距离顶管施工技术的应用探究

文／张 皓 青岛胶州自来水有限公司 山东胶州 266300

张会君 胶州市水利局 山东胶州 266300

引言：

随着城市化的不断推进和人口的迅速增长，市政给排水工程作为支撑城市正常运行和生活品质的关键基础设施之一，承担着巨大的责任。在这一庞大而复杂的体系中，长距离顶管施工技术作为解决城市地下管道布局难题的关键环节，引起了广泛的关注与研究。

1.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的原理

1.1 长距离顶管施工技术的原理

长距离顶管施工技术的核心原理在于采用无开挖的方法完成管道的布设，以减少对城市地面的破坏。这一技术基于先进的推进系统，通过地下隧道方式完成管道的铺设。首先，施工人员进行地质调查和管道规划，确保了解地下环境，然后利用推进头或钻进机械在地下前进。与传统的挖掘方式不同，这种方法无需在地面形成明显的挖掘区域，从而降低了对周围交通和市容的干扰[1]。通过精确控制推进系统，管道逐段完成铺设，保证了施工的高效性和准确性。

1.2 管道材料和推进系统的原理

长距离顶管施工技术采用耐腐蚀和高强度的管道材料，如高密度聚乙烯（HDPE）、钢材或玻璃纤维增强塑料，以确保管道在地下环境中的稳定性和耐久性。推进系统是实现施工的关键部分，包括推进头、控制装置和管道铺设机械。推进头负责在地下推进，并通过控制装置监测施工参数，以适应地质条件的变化。管道铺设机械协同作用，将管道逐段铺设在推进头的后方，确保整个施工过程的顺利进行。这一系统的协调运作不仅提高了施工效率，同时降低了对城市生活和环境的不利影响，使得长距离顶管施工技术成为一种可持续和环保的市政工程实践。

2.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的影响因素

2.1 地质条件对长距离顶管施工的影响

2.1.1 地质构造及地层特征

地质构造的复杂性直接影响着顶管施工的难度。不同的地质构造可能涉及到不同的岩石类型、断层带或褶皱，这些都是需要在施工中克服的难题。例如，在岩石地区，可能需要更强大的钻进设备来穿越坚硬的地质层。

地层特征的变化也是一个重要考虑因素。软土地区和沙质地层可能在推进过程中发生塌方，而坚硬的地层可能需要更强大的推进系统来保证顺利前进。因此，在施工前期，对地层的详细勘测和分析是至关重要的。

2.1.2 地下水位和土壤稳定性

地下水位的高低对长距离顶管施工具有显著的影响。高地下水位可能导致工地涌水，增加施工的困难和危险性。在设计和施工中，需要采取相应的防水措施，确保施工过程中地下水不会对工程产生不利影响[2]。土壤的稳定性也是一个关键问题。松散或不稳定的土壤可能导致隧道坍塌，增加施工风险。在这种情况下，可能需要采取加固措施，如注浆或使用支护结构，以保持土壤的稳定性。

2.2 技术因素对长距离顶管施工的影响

市政给排水施工的成功与否深受技术因素的制约。首先，施工设备和工艺的选择直接塑造了施工过程的效率和成果。现代先进的推进设备、定向钻井机以及自动化工具，为施工提供了更高的精度和更快的工作速度。工艺的巧妙设计可以优化施工步骤，确保施工过程的协调和流畅，同时最小化潜在的错误和延误。其次，施工人员的技术水平和培训程度是另一个至关重要的方面。高技能的施工人员具备丰富的经验，能够灵活应对施工中的复杂问题。他们对设备的熟练操作和对施工规范的深刻理解有助于提高整体的施工质量。持续的培训计划不仅确保了施工人员对新技术的适应性，也有助于维护施工队伍的专业水平，降低潜在的操作风险。最后，前沿技术的应用对市政给排水施工产生了深远的影响。信息技术的广泛应用，例如无人机监测、传感器网络和智能监控系统，使得施工过程变得更加透明、实时可控。此外，新型材料的采用，如具有优越耐腐蚀性和高强度的材料，进一步提高了管道的可靠性和寿命。

2.3 管道材料及设计对施工的影响

2.3.1 管道材料的选择

管道材料的选择在市政给排水系统的长距离顶管施工中扮演着至关重要的角色。首先，耐腐蚀性和耐久性是关键考虑因素。使用具有强大耐腐蚀特性的材料，如HDPE、玻璃纤维增强塑料或钢材的特殊涂层，有助于降低因腐蚀而引起的维护和更换成本，从而提高整体系统的可靠性和寿命。抗压能力也是管道材料选择的一个关键方面，尤其在高压力区域，确保管道能够承受外部压力，防止破裂和变形。

2.3.2 管道设计与施工的协调性

管道设计与施工的协调性直接影响到整个施工过程的顺利进行。管道设计必须充分考虑地质条件和实际施工情况，以确保设计的可行性和可维护性。合理的布局和深度设计可以减少施工的复杂性，提高管道的安全性。设计要素，如管道的弯曲半径、连接方式和支护结构等，需要在施工前得到仔细的协调和验证，以确保施工的高效性和安全性。

2.3.3 管道材料与环境的适应性

管道材料与环境的适应性是保障市政给排水系统长期运行的关键因素。首先，环境友好性成为越来越重要的考虑因素，选择可回收的、环保的管道材料符合可持续发展的要求，降低对环境的不良影响[3]。其次，管道材料必须具备足够的温度和化学稳定性，以适应地下环境的温度波动和可能存在的化学物质，从而保证管道的长期稳定运行。

3.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的价值

3.1 最小化城市环境干扰

采用长距离顶管施工技术，其最大的优势之一就是在施工过程中极大程度上减小了对城市环境的干扰。相对于传统的挖掘方式，这种技术减少了对城市地面的破坏和开挖，有效地减轻了对周边社区、道路交通以及城市景观的影响。这不仅提升了施工过程的社会可接受性，还大大减缓了施工对城市正常运行的不利影响。

3.2 提高施工效率

长距离顶管施工技术引入了现代化的推进系统和先进的管道铺设机械，从而在施工效率方面取得了显著的提升。无需进行大规模的挖掘和地面恢复，极大地缩短了施工周期，有效地控制了工程的总体成本。这样的高效施工方式为城市基础设施建设注入了新的活力，使其更为迅速、高效地推进。

3.3 适应多样地质条件

顶管施工技术的灵活性使其能够适应各种复杂的地质条件，包括穿越岩石、软土和其他地层。通过科学的规划和技术手段，长距离顶管施工可以在不同地质环境下成功实施，从而提高了工程的适应性和灵活性。这意味着无论地下条件多么多变，都能够有效地应对，为城市基础设施建设提供了更大的施工空间。

3.4 提升施工安全性

相对于传统的挖掘方式，长距离顶管施工技术在施工安全性方面有着显著的优势。减少了工地上的挖掘深度和土方运输，有效地降低了坍塌和地陷的风险。这一优势有助于提高整体施工的安全性水平，为工人和周边居民减少了潜在的安全风险，使得施工过程更为可控和安全。

3.5 延长管道使用寿命

合理选择管道材料，并通过无开挖的施工方式进行顶管布设，有效地避免了管道的二次损伤，减少了管道的老化和腐蚀风险。这不仅延长了市政给排水系统的使用寿命，还降低了后期的运维成本。通过这种方式，顶管施工技术为城市基础设施的可持续发展提供了可行的路径。

3.6 注重环保可持续发展

采用无开挖技术的长距离顶管施工减少了大规模土方的开挖和运输，有力地保护了地表植被、水源和生态系统。与此同时，施工过程中产生的噪音、振动和尘埃排放也显著减少，符合现代城市对环保和可持续性的高标准要求。这种环保意识的融入使得施工既满足了城市的发展需求，又最大程度地减少了对环境的不利影响。

4.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的应用要点

4.1 做好施工准备

在进行市政给排水施工中长距离顶管项目之前，充分而全面的施工前准备是确保项目成功的至关重要的阶段。首先，地质勘察是不可或缺的一环。通过详尽的地质勘察和分析，能够深入了解地下情况，包括土壤类型、地下水位、地质层次以及可能存在的地下障碍物。同时，对施工路线的精细规划是确保项目成功的关键步骤，考虑到市区内的交通、建筑物和其他基础设施，规划需要兼顾工程的顺利进行和对周边环境的最小干扰。在施工前，与相关政府部门进行充分的协商和沟通，获取必要的许可和批准，以确保施工符合法规和城市规划。另外，长距离顶管施工需要先进的推进系统、水平螺旋钻机等设备的充分准备，确保这些设备的正常运行和充分保养，以防止在施工过程中出现不必要的故障和延误。施工前的准备还包括安全措施的制定，制定详细的安全计划，培训工作人员关于安全操作的知识，确保在施工过程中能够迅速应对突发状况，最大限度地减小事故的发生概率。通风系统的设计和安排也是其中的一个关键环节，以保障施工人员在地下作业时的健康与安全。

4.2 顶管施工技术的应用

顶管施工技术在市政给排水工程中的应用包括一系列具体操作步骤，以确保工程的成功进行：（1）推进系统的设置：施工开始前，需要设置先进的推进系统。这包括安装推进设备，如液压推进机或履带式推进机械，并确保其正常运行。这些设备负责推动顶管的推进头，开辟地下通道。（2）地下通道的开挖：推进系统将推进头部置于地下，开始开挖地下通道。这一过程涉及到钻进地下，创造足够的空间以容纳管道的安装。（3）水平螺旋钻机的操作：水平螺旋钻机被用来创造水平通道，为管道的布设提供通路。操作员通过控制螺旋钻机的旋转和推进，适应不同地质条件，确保通道的准确创建。（4）通风系统的建立：长距离的地下作业需要确保工人的安全。因此，在施工现场建立通风系统，以保证工作区域的新鲜空气流通。这可以通过风管、风机和空气监测系统来实现。（5）管道材料的选择和布设：根据工程要求和地下条件，选择合适的管道材料，如HDPE 管或涂层钢材。然后，将管道逐段铺设到开挖的通道中，确保管道的连接牢固。（6）施工现场的监控：施工过程中需要进行持续的监控，包括对推进系统、水平螺旋钻机、通风系统和管道布设的实时监测。这有助于及时发现问题并采取纠正措施。

4.3 水平螺旋钻机技术的应用

首先，确定起始孔位置，并将水平螺旋钻机准确定位于该位置，这一步骤至关重要，涉及到施工的准确性和通道的方向。典型参数包括水平螺旋钻机的旋转速度和推进力，这些参数根据地质条件进行调整。接下来，启动水平螺旋钻机，其旋转和推进机制开始创造水平通道。通道的直径和长度是关键设计参数，通常在直径30 至120 厘米之间，而每小时的推进速度可达数米，具体数值取决于地质特征。这一创造通道的过程需要实时监测，以确保通道的精准性和符合设计规范。随后，根据具体工程需求，可以调整水平螺旋钻机的参数，包括通道直径和长度。这一灵活性使得水平螺旋钻机技术适应不同的管道布设要求，提高了施工的适应性。通道的创造过程同时注重对地下障碍物的规避，确保施工的安全性。最终，通过通道引入管道材料，并沿着创造的水平通道进行布设。这一步骤不仅高效完成，同时减少了地表破坏的影响。整个过程中，实时监测和调整是关键步骤，以确保施工的精准性和高效性。水平螺旋钻机技术的应用流程通过数据的支持，为市政给排水工程提供了一套可靠而先进的解决方案。

4.4 通风技术的应用

通风技术的应用在市政给排水工程中的应用是确保工作环境安全和工作人员健康的关键环节。通风系统的设计至关重要，首先需要进行详尽的空间分析和体积计算，以确定通风系统的最佳配置。通风设备的选择和设置涉及到关键参数的精准调配，如通风机的功率和位置，风道的布局，以及排风口的合理分布。举例而言，通风系统在设计中通常要考虑每小时的空气交换次数，这个值通常在6 到12 次之间，具体取决于工作区域的性质。

调整通风系统的风速和风量是确保系统高效运行的重要步骤。风速的调整需要平衡充分的通风效果和能耗的经济性。为了提高系统的智能化和响应速度，一些先进的通风系统可以根据工作区域的气体浓度实时调整工作参数。例如，当有害气体浓度超过安全标准时，通风系统能够自动启动，并通过控制风速和风量，将有害气体有效排除。在实际操作中，通风系统需要实施气体浓度监测。这可以通过在工作区域安装气体传感器来实现，监测可燃气体、有毒气体等。数据的准确采集有助于系统的智能调整，以适应实际的工作场景。通风系统的紧急通风措施也至关重要，尤其当监测到可燃气体浓度危险上升时，通风系统应能够立即启动，迅速排除有害气体。

从另外一个角度分析，定期的维护和检查是通风系统保持高效运行的保证，这包括清理风道、更换滤网、检修通风机等操作。通风系统的维护频率可以根据具体使用情况进行调整，但通常建议每季度进行一次全面的检查。通过这一全面的操作流程，通风技术在市政给排水工程中的应用不仅确保了工程施工环境的安全，同时提高了施工效率，降低了事故风险，实现了人机协同的施工环境。

5.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的应用策略

5.1 合理划分长距离顶管的施工段落

在市政给排水工程中，合理划分长距离顶管的施工段落是确保高效实施工程的核心策略。这涉及将整个工程划分为若干个施工段落，以更有效地管理和推进施工进程。划分的过程中，充分考虑地质条件和管线布局的多样性，确保每个施工段落具备灵活性，以适应不同的地质特征，并采用最适宜的施工技术。同时，管线布局的科学规划旨在最大化优化施工路径，简化工程复杂度，避免与已有基础设施和管线的交叉，降低施工风险。此外，施工段落的划分注重连贯性，确保相邻段落在地质条件和管线布局上相对衔接，以保障整个工程的顺利推进，减少不必要的调整和干扰。在划分的同时，设置合适的连接点，通过详尽研究地下环境，确定连接点的最佳位置，以确保后续管道的铺设和连接更加顺畅进行。

5.2 数字化技术的引入

数字化技术的引入为市政给排水工程中长距离顶管施工带来了显著的创新和效益。通过采用先进的数字化技术，尤其是建筑信息模型（BIM），工程团队能够在施工前进行全面的数字建模，包括地下的地质结构、管线布局以及其他关键信息。这一全景模型为工程提供了深入了解工程空间结构、预测地下障碍位置以及提前识别潜在问题的能力。

数字化技术还具备实时监测和管理的优势。通过使用传感器和监测设备实时采集地下环境的数据，包括地质参数、温度、湿度等，工程团队能够及时发现问题并调整施工方案，确保施工的高效性和质量。在协同工作方面，数字化技术通过云端平台提供了实时共享的平台，使得团队成员能够即时共享工程模型、监测数据和施工计划，从而促进信息共享和协同工作，提高团队的整体协同效率，这对于长距离顶管施工中复杂的工程协调和管理至关重要。

5.3 强化技术管理

强化技术管理在市政给排水工程中长距离顶管施工中具有至关重要的作用。这方面的管理涵盖了多个方面，旨在提高工程的效率、质量和可控性。首先，技术管理需要建立合适的技术标准和规范。这包括确立施工过程中所需的具体技术要求，以及施工设备和工艺的规范使用方法。标准化的技术规范有助于确保施工在统一的技术框架下进行，降低技术风险，提高施工的一致性和质量。其次，技术管理还包括施工人员的培训和技能提升。工程团队需要具备先进的工程知识和技术，以应对复杂的施工挑战。定期的培训和技能提升计划有助于确保施工人员掌握最新的技术和最佳实践，提高他们的专业水平。另外，技术管理涉及到先进设备和工具的采用。市政给排水工程中长距离顶管施工通常需要特殊的工程设备，如水平螺旋钻机、盾构机等。技术管理需要确保这些设备处于良好的工作状态，定期维护和检修，以减少设备故障对施工进程的干扰。

结语：

综合以上论述，在市政给排水工程中长距离顶管施工具有至关重要的作用，本文提出了强化该项技术的策略，不仅可以提高工程的效率、质量和可控性，还为工程的顺利推进创造了有利条件。特别在新时期，数字化技术的应用为市政给排水工程注入新的动力和创新，为未来的发展提供了广阔前景。