非开挖顶管施工技术在市政给水工程中的应用研究

近几年来，随着我国城市化进程的加快，市政给水管线敷设对管道施工的需求和要求逐渐增加，市政给水管线敷设过程中采用传统的开挖方法敷设管道受诸多客观因素制约，施工周期长、工期及成本难以控制，同时也会对道路交通及环境污染较大。非开挖顶管施工技术（图 1）不受气候影响，也受到较少场地限制，因其具有施工迅速、无污染、不中断交通，并能保护生态环境等优点在市政给水工程中得到了迅速的发展 [1]。本文将针对非开挖顶管技术在市政给水工程中施工过程中关键技术进行研究，为提升市政给水工程建设水平提供理论参考与实践指导。

图1 非开挖顶管施工技术

一、非开挖顶管技术概述

市政给水工程建设与维护直接关系到城市的用水安全与市民生活幸福指数。传统市政给水工程主要采用开挖埋管形式，这种施工方法在大城市中应用时交通阻隔大、环境污染严重、工期长等缺点逐渐暴露。顶管施工方法作为现代化施工新技术应运而生，它基于液压顶进系统直接将钢管等预制管道从工作井往前推至接收井内，施工过程对地面无大面积开挖，实现“微创”施工，在减少环境污染、提高施工工作效率方面表现出显著优势，成为现代市政给水工程施工的重要选择。

二、市政给水工程中的非开挖顶管技术体系

1、技术分类与适应性选择

泥水平衡式顶管：利用循环泥浆压力稳定开挖面并输送渣土。特点：沉降控制好（通常 <3cm），尤其适用于地下水位高、砂土或富水地层。施工关键在于泥浆成分配比与压力精确控制。

土压平衡式顶管：通过刀盘切削土体并与添加剂混合形成塑性土体，利用土仓压力平衡开挖面土压力。特点：适用于黏土、粉质黏土层，通过配置大扭矩刀盘和高压注浆系统，也可适应强风化岩与土层互层的地质条件。

岩石破碎式顶管：采用滚刀直接破碎岩石进行掘进。特点：专为中风化至微风化岩层设计，需配备高推力系统和滚刀破岩装置。施工中需动态监测刀具磨损并及时更换。

微型顶管：专为小口径管道（DN200-DN800）设计，适用于各类土层的建成区管道更新。核心特点：占地面积小，采用激光导向精度高（ ±30mm, ）。

表1 非开挖顶管技术分类及适用条件如表1 所示：

2、微型顶管技术的创新应用

城市建成区老旧给水管道（泄漏、腐蚀问题突出）更新需求迫切。微型顶管技术（DN800 以下）凭借其占地极小、精度高、扰动低的特点，成为该领域的高效解决方案。其创新点主要体现在：

高精度导向控制：采用激光经纬仪进行实时导向，确保管道安装精度控制在 ±30mm 以内，坡度严格满足水力设计要求。

高性能管材应用：广泛采用高强度 PVC-H 管材（环刚度 ⩾50kN/m² ），耐腐

蚀性强，使用寿命可达 50 年以上（约为金属管道的 2-3 倍），显著提升管道耐久性。

微创施工工艺：采用“地箭式”工艺，通过前端导管引导，配合螺旋出土管和微型扩孔切削头进行作业，实现类似“微创手术”的过路施工，特别适用于道路密集的城市水源工程区域。

显著经济效益：微顶管综合造价比传统工法降低 20%-30% 。工作井可重复利用，支持小规模多点位并行施工，经济性优势突出。

三、市政给水工程中顶管技术实施关键技术

1、前期地质勘察与方案设计

顶管工程成败的关键是精细化勘察，查明管段所处地区工程地质及水文地质条件，详查软土层、流沙层、破碎岩石层等不良地质条件分布，分析其对顶管施工作业的影响。对于中风化片岩与黏土互层的复杂地质区域，应针对性考虑采用岩石型顶管机并配备滚刀破岩机构。在顶进方案应充分考虑管道路线、埋深、管径、工作井位置等因素，在工作井位置选择上尽可能避免建筑物基础、地下管线、架空线等障碍物，便于工作井降水排水、出渣和材料运输，且与管线设计的井室位置尽量相符。对于工作坑应选择在管道下游一侧，工作坑间隔在无中继站情况下不宜过大，顶进所需总推力可按经验公式估算：F0=π D0Lf+Nf，其中，F0 为计算总推力（kN），D0 为管道内径（m），L 为顶进长度（m），f 为管节外壁与土的平均摩阻力（kN/m²），NF 为顶管机迎面阻力（kN）。

给水工程特殊要求：必须重点考虑管道内防腐处理及保障输水水质卫生的措施。

2、工作井建设与洞口处理

工作井是顶管作业的起点与终点，其设计与施工质量直接影响顶进精度与效率。

工作井结构形式：根据地质、深度、经济性选择沉井、钢板桩支护井或现浇混凝土井等。

工作井尺寸设计：需满足最小操作空间要求，基本计算公式如下：

底宽 B=D1+2*S1（S1 为操作空间，通常取 1. 2^～1.6m ，D1 为管道外径或顶管机外径，取大值）；底长L=L1（工具长度）+L2（管节长度）+L3（顶镐长度）+L4（后背厚度）+L5（富余量）；深度H=h1（地面标高） +h2 （管道底标高） +h3 （基础厚度）+h4（坑底操作空间）

洞口止水处理：这是防止水土流失的关键薄弱点。

工作井预留洞口直径应比顶管机外径大 100mm 左右

设置专用止水装置：通常采用预埋钢环（如 10mm 厚钢板） )+ 可调节压板（如16mm 厚） + 橡胶密封圈（如遇水膨胀橡胶）组成的密封系统。

出洞关键步骤：在顶进机头穿墙前，于穿墙管内填埋并夯实低强度水泥黏土，形成临时止水帷幕。

遵循严格顺序：“先拔除洞口处钢板桩（若有）→启动洞口密封装置→将机头顶进到位→进行二次密封处理”，确保洞口密封可靠，防止水土涌入工作井

结束语

非开挖顶管施工技术在市政给水工程中的应用，凭借其缩短工期、节约成本、提升效率、减少对城市交通与环境干扰的综合优势，展现出良好的应用前景和推广价值。其成功应用依赖于：

1. 对各类顶管技术（尤其是微型顶管）特性的深入理解与合理选型。

2. 严谨细致的前期地质勘察与科学优化的方案设计。

3. 高标准的工作井构筑与可靠的洞口止水处理。

4. 精密的顶进过程控制与有效的纠偏技术保障。

未来，随着技术的持续创新和精细化管理的深入，非开挖顶管技术必将在保障城市供水安全、推动市政基础设施绿色、高效建设中发挥更加核心的作用。