城镇污水处理管道顶管施工及质量控制研究

高洁

（中国铁建港航局集团有限公司第一工程分公司，广州 511442）

1 城镇污水处理管道的基本要求

1.1 管道材料和设计标准

城镇污水处理管道的材料选择和设计标准是确保其长期稳定运行的关键因素。在材料选择上，考虑因素包括管材的耐腐蚀性、强度、耐久性以及环境适应性。常用的管材有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和玻璃钢等，因其优良的化学稳定性和较高的机械强度而被广泛应用。此外，考虑到城市污水的腐蚀性质，选择的管材必须能够抵抗污水中各种化学物质的侵蚀，以及地下环境中的微生物腐蚀。设计标准方面，需充分考虑管道的流量设计、坡度、直径及深度等参数，以确保污水顺畅流动，避免堵塞和溢流。

1.2 管道布局与规划原则

城镇污水处理管道的布局与规划原则是确保其高效、经济和可持续运行的重要基础。管道布局需考虑城镇整体规划，包括居民区、工业区和商业区的分布，以及未来的发展方向。要求管道网络不仅要满足当前的需求，还要有足够的灵活性和扩展能力，以适应未来可能的变化[1]。管道布局必须考虑地形地貌，优先利用自然坡度促进污水流动，减少泵站的设置，以降低能耗和运维成本；应避免管线穿越地质不稳定区域，减少由于地面沉降或地震等自然灾害引起的管道损坏风险。

2 顶管施工的关键设备与技术

2.1 顶管机的选择与操作

在城镇污水处理管道的顶管施工中，顶管机的选择与操作是实现高效、精确施工的关键环节。顶管机作为施工的主要设备，其选择必须基于工程的具体要求，包括管道直径、长度、土质条件，以及预期的施工难度。对于直径较小、土质较软的工程，可以选择轻型或中型的顶管机；而对于直径较大、土质复杂或固体含量高的工程，则需要使用重型顶管机。施工过程中，操作人员需根据实时的地下情况调整顶管机的推进速度和方向。在整个顶管施工过程中，还需紧密监控顶管机的运行状态和周围环境的变化，包括对推进力、土压、设备温度等关键参数的实时监控，以及对周边建筑物和地面沉降的监测。通过对这些数据的实时分析，操作人员可以及时调整施工策略，以确保施工的安全性和效率。

2.2 导向系统的重要性与应用

在顶管施工领域，导向系统直接影响着施工的精度和效率。顶管施工中，导向系统的主要职责是确保顶管机按照预定轨迹准确无误地进行推进，对管道的准确布设和后续运营的可靠性至关重要。导向系统的选择和应用需要基于工程的具体条件，包括施工环境、管道长度、直径以及土质情况。导向系统一般分为激光导向和GPS 导向两种。激光导向系统通过在顶管机前端设置激光发射器，并在起始井中安装激光接收器，以确保顶管机沿着预设的激光线进行推进，在短距离和直线段施工中表现尤为出色，能够提供高精度的导向。相较之下，GPS 导向系统适用于更长距离和复杂路线的施工，通过卫星定位技术实现对顶管机的实时位置监控和调整，尤其适合在开放区域和大型工程中应用。

3 城镇污水处理管道顶管施工

3.1 管线迁改

汕尾市某乡村建设项目主要施工内容是进行雨污分流管道建设，通过分流系统将污水引入处理设施后，排入污水干管或水体，雨水则直接排入雨水干管或河道。在管道布置过程中，面临的主要挑战是处理与现有城市基础设施，如给水管、燃气管、电力电缆沟和电信管等，根据GB 50289—2016《城市工程管线综合规划规范》，在现有工厂区和居民区内敷设新管道时，必须考虑与现状管线的位置冲突。为此，制定了以下原则：（1）对于无法调整位置的污水支管，必须改迁现状管线；（2）污水管施工若对现有管线构成安全隐患，也需进行改迁；（3）对于燃气管线，需委托专业公司并与相关部门协调以实施改迁。

3.2 管道施工工法选择

城市市政道路排水工程的施工关键在于选择合适的施工工法，其直接关系到工程的质量、投资成本、对城市环境的影响及对周边建筑物的保护。施工工法的选择取决于管道埋深、现场条件、土壤条件以及其他相关因素。

土壤的类型、密度、湿度以及其中的岩石含量等属性，直接决定施工的难易程度，以及所需采用的技术和方法。土壤条件的差异性要求施工团队必须在工程开始之前，进行详尽的地质勘探和分析，以便制订适宜的施工方案。轻质土壤，如沙土和砂质土壤，通常容易挖掘，但稳定性较差，易造成坍塌或沉降，需要采用适当的支护措施，如使用管片维持管道周围土壤的稳定；重质土壤如黏土或含石量高的土壤，则难以挖掘，需要更强力的顶管机以及特定的刀具，此外，重质土壤还可能导致顶管机推进速度减慢，增加施工难度和成本。例如，较浅的DN300 化粪池连接管（埋深约1～1.5 m）可采用放坡开挖方式施工。不便于开挖的管段应采用顶管施工工艺，常规顶管工法适用于DN800 以上的管径，特别适用于复杂的地下条件，如黏性土、粉性土、砂土，以及卵石、碎石等非黏性土层。这种方法可以减少对交通、人口密集区及地面建筑物的影响，特别适用于城市中交通繁忙、建筑物密集的区域。对于小于DN800的管径，小口径（微型）顶管工法更为合适，在控制施工精度和保证施工质量方面具有显著优势。

微型掘进机在顶管工程中发挥着核心作用。通过主顶油缸推进，掘进机头进入土层并达到接收井；切削刀盘在电动机的驱动下旋转，粉碎土质和石块，并将其与泥浆混合后输送至地面；土压平衡装置维持水土平衡，防止地面沉降或隆起。掘进过程中，通过激光导向控制系统确保精确定位；操作者可调整内置式油缸，纠偏掘进机，实现高精度的管道定位。设备包括操纵室、遥控台、液压动力站、泥水循环装置和激光定位装置等，辅助设备如起重机、发电机等也在施工中起到重要作用，保证了顶管施工的高效性和精确性，对现代市政建设至关重要[2]。

3.3 顶管施工技术要点总结

顶管施工前，必须确保地面设备和物资准备充分，包括施工用电、水源、通道、排水及照明设备。井上、井下均需建立测量控制网，并通过监理认可。工作井内部布局包括后靠背、导轨、主顶油缸等，以确保施工顺利进行。后背墙的施工则依赖于顶推力和液压千斤顶布置的计算结果，并采用钢筋混凝土结构，确保强度和安全。施工过程包括土体清除、钢筋焊接绑扎、模板支护、混凝土浇筑等步骤。确保后背墙与周围结构牢固连接，以传递顶推反力。泥水系统和水压控制在顶管施工中也起着重要作用。泥浆系统负责传输被挖掘机挖出的渣土，还用于平衡地下水压。在有地下水的情况下，通过调节机内泥水循环系统和水压保持压力平衡，避免抽地下水。注浆量的计算和操作要求严格，以防止路面沉陷和结构损坏。操作控制方面，需要经过专业训练的操作人员在地面控制室内外操作，并监控整个系统。进出洞口措施也至关重要，包括防止土体坍塌和水土流失、顶管机头的正确安装和调整，以及止水措施的实施。

3.4 顶管施工过程的关键注意事项与测量控制

顶管施工过程中，保持挖掘面的稳定性是至关重要的。当掘进机停止工作时，特别是在进洞阶段，必须确保泥水不从土层或洞口流失，以防止挖掘面失稳，包括防止洞口止水圈漏水，维持挖掘面的平衡稳定。监测地下水压力和泥水仓水压力的变化也至关重要，这要求及时采取相应措施以应对压力变化。顶进过程中，应监控挖掘面的稳定性，检查泥水的浓度、相对密度及进排泥泵的流量和压力，确保这些指标处于正常范围。特别是排泥泵，其排量过小可能会导致排泥管中有淤泥和堵塞，因此，需要特别注意。完成顶管顶进后，对管节上的压浆孔进行封堵，确保结构完整性和功能。在顶管施工的测量和方向控制方面，确保顶进轴线控制在设计轴线允许的偏差范围内是关键，要求在顶进过程中密切关注激光点的偏向，并经常对控制台进行复测以保证测量精度。此外，还需要利用联系三角形法定期复测指示轴线，以保证整个顶进轴线的一致性。在纠偏控制方面，机头的姿态调整尤为关键，及时调整可以避免因纠偏过大而引起的反向纠偏，采用趋势图控制法可有效地解决此问题。

4 城镇污水处理管道顶管施工质量控制要点

4.1 施工前的准备与检查

在城镇污水处理管道顶管施工前做好准备与检查工作是确保施工质量的基础，对顶管机及其辅助设备，如泥浆处理系统、导向系统等，必须进行全面的检查和试运行，确保其性能稳定可靠。在施工方案的制订过程中，应基于现场实际情况和前期勘查数据详细规划顶管机的推进路径和速度，还应包括应急预案，以应对可能出现的意外情况，如设备故障、地质突变等。

4.2 施工过程中的监控与调整

顶管施工过程中，必须密切监控周边建筑物和地下设施的稳定性，通常通过地面沉降监测来实现，包括采用沉降观测点和倾斜仪等设备，一旦监测到超出安全范围的变化，应立即采取措施，如调整推进速度或采取加固措施；实施环境监控，特别加强对噪声、振动和扬尘的控制，可减少施工对周边环境和居民的影响；定期检查所有的安全设备和保护措施，确保施工现场的安全。

4.3 施工后的质量检验标准

城镇污水处理管道顶管施工完成后的质量检验标准主要聚焦于管道的完整性、功能性以及其与周边环境的协调性。管道完整性的检验涉及对管道材料、结构及接口的检查，确保管道无裂纹、断裂或变形等结构性损害，且所有接口均密封良好，无泄漏现象，管道的直线度和坡度也需根据设计要求进行检测。管道的功能性检验包括对管道的水密性和耐压性进行测试，确保管道在正常运行条件下无渗漏，且能够承受设计的最大工作压力。此外，管道的流量和输送效率也需要检测，以验证其能够满足设计标准和运营需求。对于安装有附加设备的管道，如检查井、通风口等，也需进行功能测试，以确保其能够正常运行。

5 结语

综上所述，通过精确的施工前准备、严格的施工过程监控，以及细致的施工后质量检验，可以有效提高顶管施工的质量和效率。此外，解决施工中的常见问题并实施有效的质量控制措施，对于保证工程质量、延长管道使用寿命，以及减少维护成本至关重要，对促进城市基础设施建设的可持续发展具有重要意义。