基于顶管施工技术的道路雨污水管道工程技术研究

潘泓佑

（深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518000）

1 引言

随着城市化进程的加快，城市基础设施建设面临着空前的挑战与需求[1]。特别是在道路雨污水管道工程领域，传统的开挖方法已逐渐不能满足现代城市对环境保护、施工效率与安全性的复合型需求[2]。顶管施工技术无须大面积开挖道路即可实现对管道的施工，其对交通和周边环境的影响极小，在处理该类问题中具备显著的优势[3]。为了对现有的雨污水管道施工工程方法进行优化总结，本文对顶管施工技术在道路雨污水管道工程中的应用进行探索，通过对雨污水施工方法的深入分析以及流程优化，同时结合实际案例，对该技术方案的可行性进行评估，确保研究成果具有实际应用价值，对顶管施工技术进行了多维度优化研究，考虑到了地质不确定性、管道对接精度等问题，提出具有针对性的解决方案，为道路雨污水管道工程提供一套完善的施工技术规范，降低工程风险，提升管道工程质量，确保工程的长期稳定运行。

2 雨污水顶管预施工工艺

2.1 准备阶段

首先，进行现场勘查，设定工作井的尺寸和深度，并制订施工方案。布置围挡，平整工地，确保施工区的安全。然后在施工现场进行布局标记，采用挖掘机等重型机械设备按设计图进行土方开挖，并检测周边建筑物与设施的安全状况。

2.2 导向架安装

为了确保顶管机的精确定位以及平稳推进，安装导向架。安装导向架之前，需要检查工作井底板的水平度和坚固性，保证底板能够承受导向架及顶管机的重量。之后根据顶管机型号与施工要求，预先组装导向架的各个部分，或者直接将预制的导向架部件运至工作井。组装完毕后，使用起重机将导向架小向架部件运至工作井。组装完毕后，使用起重机将导向架小心吊装至工作井内，放置在预定位置。导向架的构造如图1 所示。

图1 导向架构造示意图

2.3 混凝土浇筑

首先，根据设计要求在工作井底部和井壁处绑扎钢筋笼，确保钢筋笼位置正确，并固定牢固以防止在浇筑过程中移动。浇筑应从一端开始连续不断地进行，以避免混凝土出现冷缝。同时，应确保浇筑速度适中，防止模板移位或混凝土离析。

3 雨污水管道施工工艺

3.1 止水墙施工

为了防止在施工流程中出现地下水的渗透，保证施工过程的干燥以及稳定，首先进行止水墙的施工。在工作井周边预定位置使用挖掘机械开挖止水槽。

3.2 顶管机安装

在工作井内需要构建一个平稳的安装平台，用于支撑顶管机和其他相关设备，确保在施工过程中的稳定性。然后将顶管机各个部件运至现场，采用起重机械将其吊入工作井，或当井室空间允许时，可以整体吊装。

3.3 管材选择及优缺点

在雨污水管道敷设工程中，根据不同的环境条件、工程需求以及成本考虑，通常会有多种管材选择，每种管材都有其独特的优缺点。

聚氯乙烯（PVC）管具备重量轻的优点，便于运输和安装；具有良好的化学稳定性，不易受到酸碱和盐类的侵蚀；光滑的内壁可减少流体阻力，提高流量；成本相对较低；连接方便，可以使用黏结剂或橡胶圈连接。但是PVC 管材抗冲击性相对较差，尤其在低温下更容易脆裂；并且耐热性不高，长期暴露在高温下可能变形；而且抗紫外线能力弱，长时间暴露在阳光下会老化。

高密度聚乙烯（HDPE）管拥有优良的耐化学性和耐腐蚀性；具有较强的耐冲击性和抗拉伸性；柔韧性好，适用于不规则地形；连接可靠，可以采用热熔或电熔连接，确保接口密封性和整体性。但是HDPE 管材刚性较差，可能需要加固以支持较重的荷载；其材料成本较高，同时在安装时可能需要更专业的设备和技术。

钢筋混凝土管材具有极高的耐压强度和良好的耐磨性，适用于承受高荷载的应用；同时寿命长，耐久性好；其适用于大口径管道。但是钢筋混凝土管材重量大，安装和运输成本较高；并且需要精密的接口设计来防止泄漏。

钢管具备较高的材料强度，其能够承受较大的压力以及荷载，同时具备较佳的韧性，能够承受较大的形变而不破裂。钢管适合多种类型的表面处理，能够根据使用情况选择不同的镀层，并且具备较强的耐高温以及低温能力，能够在极端温度下正常工作。此外，钢管也具备较佳的环保性能，具备较强的可回收利用性，且其经济性较佳。顶管前需根据规范及具体工程要求做好内外防腐。铸铁管具有很好的耐压性和抗冲击性；寿命长，耐磨性好，可在广泛的温度范围内使用。但是铸铁管重量大，运输和安装成本高；同时易生锈蚀，需要内外涂层保护；而且连接方式较为复杂。

陶瓷管材耐酸碱性能好，适用于排放化学废水；同时其耐磨性极高，适用于含沙水流，寿命长。但是陶瓷管的缺点在于其脆性大，易碎；同时成本较高，安装需要特别注意防止碰撞。钢管具备较高的强度，同时在恰当的处理下能够获得极长的使用年限，其可塑性极强，具备较佳的适应性，同时具备可回收性。

3.4 管道运输及预制

根据工程需求、地质条件以及施工环境，选择合适的管道材料和管径。然后在工厂或专门的预制场地，根据设计要求预先制作管段。需要注意的是，在运输过程中，需要确保管道完好无损，防止变形或损坏。

3.5 不同地质层对顶管施工工艺的影响

顶管施工工艺在不同地质层中的性能主要取决于土壤类型、土壤密实度、水含量、岩石的种类和硬度等因素。以下是一些常见地质类型及其对顶管施工可能产生的影响：粗砂层和细砂层通常具有较好的渗透性，但可能会存在流沙现象，在这种地质条件下，顶管施工时可能需要使用泥浆护壁或者其他支护方法来维持挖掘面的稳定性。黏土层的稳定性通常比砂土层好，但在顶管施工时可能会面临土壤黏附力和摩擦力大的问题，顶管机需要有足够的推进力来克服这些阻力，且可能需要使用润滑剂减小摩擦。碎石层中的大块石头可能会对顶管机造成损伤，影响顶管进度，在这种地质条件下，需要预先钻孔破碎，或者使用更强力的顶管机械，以克服石块障碍造成的影响。硬岩层对顶管施工来说是最具挑战性的，通常需要使用具有强大破岩能力的顶管机或者其他特殊的破岩工艺。在该地质层下，顶管速度会大大降低，增加成本，且对设备的磨损也非常严重。混合地层可能包含砂、黏土、碎石、硬岩等不同类型的土壤，对顶管机的适应性要求高。施工方案需要根据不同土层特性进行调整，可能涉及多种施工技术和设备。

3.6 雨污水管道顶进施工

所有准备完毕后，启动顶管机，将管道从起始井顶进到目标位置。顶管过程中需要监控土压力和顶管机参数，调整顶管速度和方向。每顶进一段管道后，都需要在工作井内对新的管段进行下井和对接。需要进一步确保新管段与已顶进管段的精确对齐和连接。

3.7 间隙填充以及洞门密封

完成雨污水管道施工操作后，先对管道外围的空隙进行评估，了解空隙大小和周围土壤状况。通过注浆管向管道周围的空隙灌注填充材料，从低处开始，逐渐向上填充，确保无空洞和缝隙。灌浆完成后，等待填充材料充分固化，然后进行强度和密封效果的检验。顶管的洞门密封示意图如图2 所示。

图2 顶管洞门密封示意图

4 施工质量检验

在道路雨污水管道顶管施工中，选择使用沉降检测对施工质量进行检验。研究以周边的地面沉降值作为测量目标，采用自动沉降仪对其进行测量。测量点位则从工程始发地开始，每间隔10 m 作为一监测点，分别设置3 条观测线路。在整个施工过程中，沉降观测的结果如图3 所示。

图3 施工过程沉降观测结果

图3 为整个施工流程中的沉降观测数据，可以看出沉降发生最大值为19.17 mm，而目前顶管施工的最低警告值为44 mm，其远远低于最低警告值。由此可见，此次施工的质量得到了有效保证，证明了研究所提出的污水管道施工方案是具备可行性以及可操作性的。

5 结语

随着城市化进程的加快，道路雨污水管道系统的建设和维护日益重要。传统的开挖方法因其对城市交通和环境的影响而受到限制，顶管施工技术因其高效性和环境友好性而被广泛应用。为了探索顶管施工技术在道路雨污水管道工程中的应用效果，本文制订了具体的施工方案进行施工验证。地面沉降的最大值为19.17 mm，显著低于顶管施工的警告值44 mm。此结果表明，所采用的施工方案在控制地面沉降方面表现出色，确保了施工过程的质量和安全。同时，采用沉降观测对施工方案的稳定性以及可行性进行分析检验，证实了顶管施工技术在城市基础设施建设中的有效性，为该技术在类似工程中的推广提供了坚实的数据支持。尽管结果表明当前施工方案的优越性，但监测时间和范围的限制可能影响结论的全面性。此外，地质多样性意味着结果的普适性可能需要进一步研究来验证。在未来应扩大监测范围，延长监测时间，并结合不同地质条件下的案例分析，进一步优化顶管施工技术。