基于复杂环境管线迁改项目的复式顶管施工技术研究

摘要：在复杂的城市环境中，如何有效地实施管线迁改，确保施工安全与效率，是技术研究和工程实践中的关键问题。详细探讨了复式顶管施工技术在复杂环境管线迁改项目中的应用，从技术概述到具体实施步骤，其中包括开挖工作井、顶管设备的安装与调试、顶推施工以及环境监测与安全保障。同时分析实施过程中遇到的技术挑战及其解决策略，并提出了一系列优化建议，以提升施工效率和安全性。结合实例分析表明，复式顶管施工技术效果显著优于传统技术手段。

关键词：复杂环境；管线迁改；复式顶管；工作井；安装调试；精确控制

0 " 引言

城市地区地下管线密集，涉及水、电、气及通讯等多种类型，迁改工程需考虑到施工技术的选择与周边环境的综合影响。在此背景下，复式顶管施工技术作为一种高效的非开挖技术，因其对地面交通和环境干扰小、施工速度快、适应性强等优点，越来越多地应用于复杂环境下的管线迁改项目。该技术通过在地下形成一个封闭的施工环境，利用顶管设备从一个工作井向另一个工作井推进管道，有效地减少了地面扰动和对现有地下设施的影响，从而保障了城市运行的连续性和安全性。

1 " 复式顶管施工技术优点与流程

1.1 " 流程

复式顶管施工技术利用机械顶推方式，通过预先开挖的工作井将管材沿预设路径推进到位，从而实现管道的无损铺设。复式顶管施工技术流程如图1所示。

1.2 " 优点

复式顶管施工具有明显的优点：一是它极大地减少了对城市交通和地面设施的影响。因为整个施工过程主要在地下进行，避免了大规模地地面开挖。二是该技术具备极强的适应性，能够在多种地质条件下有效施工，包括软土层、砾石层及硬岩层等复杂地质条件。三是复式顶管施工采用先进的导向系统和实时监控技术，保证了施工的精度和安全。导向系统能够实时调整管道推进的方向和角度，确保管道按照设计路径精确铺设，同时避免对周围地下设施造成损害。实时监控系统则通过传感器收集施工过程中的数据，如推进力、土压力和管道位置等，通过数据分析预警潜在的风险，确保施工过程的安全性。

2 " 复式顶管施工技术的应用

2.1 " 开挖工作井

2.1.1 " 工作要求

工作井的开挖需根据设计方案的要求，精确控制井的尺寸、形状和位置，以适应复杂的城市环境和地下管线分布。一般情况下，工作井的尺寸会根据顶管设备的规模和管材的直径而定，常见的工作井直径范围为3～10m，深度为5～20m，以确保有足够的空间进行机械操作和管道安装。

2.1.2 " 软土层工作井开挖

在软土层地区进行工作井开挖时，为了防止井壁坍塌和确保工人安全，通常需要采用钢筋混凝土井壁或使用护壁系统支撑开挖的土体。例如，在一项针对城市密集区的顶管工程中，工作井的开挖采用了直径为8m的圆形设计，井深为15m，井壁厚度设置为0.5m的钢筋混凝土，这样的配置有效承载了地表以上大约25t/m2的压力，同时对抗地下水位上升带来的额外压力[1]。

2.1.3 " 硬质土层的工作井开挖

在硬质地质条件下，如遇到砾石层或部分岩石层，开挖工作则可能需要使用重型钻孔设备或爆破方法。在这种情况下，为了避免对已有地下管线的损伤，需要精确的地质预测和地质勘探数据。实例数据显示，使用岩石钻孔设备在硬岩层中开挖直径为5m、深度为10m的工作井，岩石的钻进速度约为0.5m/h。同时要求施工中必须严格进行时间管理和风险评估。工作井开挖技术要求见表1。

2.2 " 顶管设备安装与调试

2.2.1 " 推进机安装

推进机安装是整个设备安装过程的基础，在具体操作中，推进机需要安置在事先开挖的工作井中，其位置必须允许机器在施工中有足够的操作空间，且能承受来自土壤和地下水的压力。在软土层施工中，推进机的安装位置需多次测量确认，以确保其在垂直和水平方向上的偏差均不超过0.05°，以保证推进直线性和精确性。通常需要使用大型起重机将设备部件放置到指定位置，并通过焊接或螺栓固定，以增强结构的稳定性。

2.2.2 " 设备调试

安装完成后，进入设备的调试阶段，这一阶段的关键在于系统的压力测试和导向系统的校准。系统压力测试主要是检验液压系统是否存在异常，以确保在实际推进过程中可承受最高达到3000t的压力而不发生故障[2]。在进行压力测试时，技术团队需记录每个阶段的压力读数，并与预设的安全标准进行比对，任何偏差都将导致重新检查液压管线和连接点。

导向系统的校准是确保顶管设备能按预定路径精确推进的关键。导向系统通常采用高精度的激光导航与电子角度传感器，以实现毫米级的定位精度。

实时监控系统的调试也同样重要，这一系统负责在施工过程中实时收集数据，如土壤压力、管道位置等关键参数，并通过无线传输回控制中心，确保项目管理团队可以实时监控施工状态并快速响应可能出现的问题。在调试实时监控系统时，每个传感器和摄像头的位置和角度都需要精确设置，以捕捉到最关键的施工数据。顶管设备安装与调试要求见表2。

2.3 " 顶推施工过程

在顶推施工过程中，首要任务是确保管道在复杂地质环境下按预定路径准确推进，这需要精确的机械操作和高效的现场管理。顶推施工过程涉及多个关键步骤，其中包括管道的装配、推进、方向控制与调整。

2.3.1 " 管道的装配

在顶推施工的初始阶段，管道通常在地面上预装配成若干段，然后逐段下放至工作井中。每段管道的长度通常根据工程需求和现场条件定制，一般在2～3m之间。例如，在一项针对城市地下复杂管网的施工项目中，使用的是2.5m长的钢管，每段管的外径为1.5m，壁厚为25mm，以适应高压力和强地质推力的需求。

2.3.2 " 顶推施工

管道下放后，使用顶推机通过液压系统施加推力，每台顶推机的最大推力可达3000t，足以应对大多数地质条件。顶推机的操作是通过高度精确的控制系统来执行的，该系统包括导向系统、实时监测和远程控制。导向系统依靠激光导航和GPS定位技术，保证管道推进的精度控制在±5mm的误差范围内。在实际操作中，每推进1m都会进行一次位置校正，以确保管道沿预定轨迹准确无误地推进[3]。

2.3.3 " 方向控制与调整

方向控制与调整是顶推施工中极为关键的环节。在传统的施工方法中，方向调整依赖于操作人员的经验和地面观测，但在复式顶管技术中，方向调整通过电子控制系统实施。该系统能实时接收来自导向系统的数据，并自动调整顶推机的推进方向。

2.4 " 环境监测与安全保障

需对多个环境参数进行持续监测，以确保施工过程中的安全性，避免对周围环境和已有地下设施造成不可逆转的损害。为了实现这一目标，施工团队必须部署一系列高精度监测工具，并制定严格的安全协议，从而实时捕捉关键数据，并迅速响应任何潜在的安全问题。

2.4.1 " 土壤压力和地下水位监测

在施工区域内，通常会安装多个压力传感器和水位计，以实时传输数据至施工控制中心。例如，在某城市地区进行的复式顶管施工中，技术团队在预定的施工轨迹周围每隔10m布置一个压力传感器，并在关键节点安装水位计。这些传感器和计量设备每分钟会向控制中心发送数据。这有助于评估施工对土壤稳定性的影响，并及时调整施工策略。

2.4.2 " 振动和噪声监测

振动传感器和噪声计被广泛安装在施工周边的建筑物和关键结构物上，用来监测由施工活动引起的振动和噪声水平。施工振动级别通常要维持在50dB以下，以避免对周围结构造成损害。噪声级别要严格控制在法规允许的范围之内，通常不超过70dB，以免对居民日常生活造成影响[4]。

2.4.3 " 环境监测数据的实时分析

通过高级数据分析软件和机器学习算法，监测系统能够识别数据模式，预测潜在的风险，并在异常情况发生前发出预警。在施工过程中，一旦监测到任何参数超出预设阈值，如土壤压力突增或水位急剧上升，系统会立即警报并暂停施工，待评估和处理风险后才能继续。

2.4.4 " 其他保障措施

为了全面实施环境监测与安全保障措施，施工项目还会定期进行安全审查和环境影响评估，以及与地方政府和环保机构的沟通和协调。这些活动确保了施工项目符合所有法律法规要求，同时也增强了公众对项目的信任和支持。

3 " 案例分析

3.1 " 工程概况

某项目位于上海市中心，施工条件较为复杂，涉及多种管线类型，包括水、天然气和电缆，且均位于高密度的城市建筑环境中，地下存在多层交错的旧管网和地铁线路，增加了施工难度。该项目采用复式顶管施工技术，不仅基于其高效率和低干扰特性，同时也考虑到了降低对周围建筑和地下设施的风险。

3.2 " 施工要点

项目开展前进行地质调查发现，施工区域地质以黏土和细砂为主，局部区域有碎石层。基于此。采用具备自动导向调整系统的复式顶管机，根据实时地质数据调整推进方向和速度。在施工过程中，顶管设备需要在地下15m深处推进，总长约800m。施工的主要难点是确保在复杂地质和密集地下设施的情况下，管线能准确无误地铺设。施工中使用的顶管机最大推力达到2500t，配备了先进的激光导航系统和实时监控装置，以确保管道每推进1m进行一次精确的位置校正。此外，为了应对碎石层带来的挑战，施工团队采用了特制的切削头，能够在不同硬度的地质中有效作业，同时减少振动对周围地层和建筑的影响。复式顶管施工技术与传统技术对比见表3。

从表3中可以看出，相比传统技术手段，复式顶管施工技术在施工时间、成本、对交通的影响以及环境影响方面都具有显著优势。特别是在安全性方面，复式顶管由于是非开挖技术，几乎没有发生安全事故，而传统开挖法在此项目中记录了3起安全事故，包括2起由于地面沉降造成的附近建筑损坏。

4 " 结束语

针对复杂环境中管线迁改的技术难题，采用复式顶管施工技术进行管线安装或更新，可以显著提升工程效率与安全性，减少施工期间对城市生活的干扰。复式顶管技术在施工过程中，通过精确的导向系统和先进的监控手段，能够实时调整施工路径，精确控制管道铺设的位置和角度。此外，该技术还具备在特殊地质条件下施工的能力，通过定制的顶管机和特殊的施工方法，如液压顶推和旋转切割，能适应各种复杂地质的需求。

参考文献

[1] 王林文.基于污水管网综合治理工程的复式顶管施工技术

[J].中国建筑金属结构，2023，22（12）：51-53.

[2] 温铿航，薛康.市政工程电力管线迁改工作模式分析[J].工

程技术研究，2023，8（23）：228-230.

[3] 吴发展，侯明鑫.复杂城市环境地铁项目电力管线迁改[J].

科学技术创新，2023（13）：156-159.

[4] 任小凤.污水管网综合治理工程中复式顶管施工技术的运

用分析[J].大众标准化，2022（13）：127-129.