市政工程给排水管线长距离顶管施工技术创新

1、引言

近年来，城市化进程加速推进使得市政工程建设需求不断增长，其中给排水管线铺设对保障城市功能运行尤其重要。近五年行业数据表明，全球市政基础设施投资年均增长率超 5% 且给排水系统更新扩建占不小比重。不过在长距离顶管施工时，导向精度不够、管道连接质量欠稳、泥水平衡控制不好等问题一直限制着工程效率和安全性，这既增加施工难度又使工期延长、成本上升，是行业内急需解决的技术难题，所以此时研究长距离顶管施工技术特别重要。

2、长距离顶管施工技术现状及挑战

2.1 传统顶管施工技术概述

在市政工程给排水管线建设里，顶管施工技术作为非开挖施工法对城市地下管网铺设意义重大，这种技术的传统形式主要是靠液压推进装置把管道沿着设计轴线一点一点顶进土层并且用出土设备把掘进产生的土体排出来，此法虽然能避开大规模开挖对地面交通和环境造成影响，但往往只能用于短距离施工场景。这几年随着城市化进程加快，市政基础设施需求大增且给排水管线长度和深度要求大大提高，近五年统计数据显示全国市政管网总长度每年平均增长率为 8% 且长距离顶管施工占比一年比一年高，然而传统顶管技术在复杂地质条件和超长距离施工面前效率低、精度不够等问题慢慢冒出来了，这既限制了施工能力又增加了工程风险和成本所以得赶紧技术创新才能符合现代市政工程需要。

2.2 长距离顶管施工面临的主要问题

长距离顶管施工实际操作满是挑战，精确导向控制、管道连接优化和泥水平衡维持等方面尤其如此，因为顶管施工距离一延长，传统激光导向系统的稳定性就遭受巨大考验，并且长距离顶进时隧道弯曲或者环境干扰会使激光信号容易失准，从而让管道轴线偏差加大，施工质量受影响。而且管道连接是顶管施工的关键环节，传统焊接或者机械连接方式在长距离施工下常出现密封性差、接口变形等问题，严重时还能引发渗漏事故[1]。

2.3 技术创新的必要性和意义

长距离顶管施工存在不少技术难题，所以开展技术创新有着重要现实意义和行业价值，若改进激光导向系统、使用新型管道连接方式并优化泥水配比，则能明显提高施工精度与效率并削减工程风险和成本，例如引入智能监控系统可实现实时监测与调控顶进力、管道轴线偏差等参数从而使施工更可控，这一技术创新既能解决当下长距离顶管施工好多瓶颈问题又能给市政工程给排水管线建设提供新的技术支撑，行业数据显示采用创新技术后施工周期平均缩短 20% 且成本降低 15% 、安全性也大大提高，这说明技术创新在推动行业发展、提升工程质量上有着不可替代的作用，随着城市化进程不断推进市政基础设施建设需求会一直增长，长距离顶管施工技术取得突破就能给未来大规模管网铺设打下坚实基础且工程应用前景相当广阔。

3、长距离顶管施工技术创新方案

3.1 精确导向系统的优化

市政工程长距离顶管施工的给排水管线对导向精度要求特别高，稍微有一点偏差就可能出现管道错位或者施工失败的情况，并且近年的数据表明，由导向系统误差引发的施工事故占比达 20% 以上，于是针对这一情况，人们研究出一个基于改进激光导向系统的优化方案，这个系统引进了高精度陀螺仪和实时校准模块后，测量数据的可靠性提高了不少，而且它还结合三维建模技术，能将地质条件和导向路径动态匹配，进而达成更精确的路径控制，在实际运用时，经优化的导向系统可把轴线偏差控制在 ±5 毫米之内，比传统方法提高了将近40% ，另外，系统集成智能化反馈机制之后，就能根据地质变化自动调整导向参数，从而进一步减少人为干预的风险，这些改进既符合复杂地质条件下长距离顶管施工的要求，也有力地保障了市政工程施工质量。

3.2 管道摩擦力降低技术

长距离顶管施工效率受管道摩擦力的重要影响，研究显示长度超 1 公里的顶管施工中摩擦力在总阻力里占比能达 70% 以上，于是提出一个涵盖润滑剂优化与表面处理的综合技术方案，经对不同地质条件下摩擦特性的分析后研发出一种粘度和流动性可随泥浆压力实时调整的新型环保润滑剂以有效降低管道与土体间的摩擦系数，并且管道外壁用纳米涂层技术处理使表面粗糙度降到 Ra0.2 以下从而进一步削减摩擦阻力，实践证明这个技术能使顶进阻力约减35%、大大提高施工效率且延长设备使用寿命，另外润滑剂有良好生物降解性对环境影响有效管控，符合市政工程绿色发展大势。

3.3 顶进力控制与分配系统改进

顶管施工的安全性和稳定性与顶进力的合理控制和分配息息相关，实际工程施工时管道因顶进力分布不均而出现偏移和结构损伤的情况很常见，针对此情况研发出一种基于液压反馈的智能顶进力控制系统，该系统依靠多点压力传感器对各推进油缸的压力变化进行实时监测并通过算法动态调整顶进力以使管道整体受力均匀，而且它还带有自适应分配模块，会依据地质条件和管道长度的变化自动优化顶进力分配比例，实验数据表明，改进后的系统能将顶进力波动范围控制在 ±10% 之内，比传统方法提高了将近 50% ，另外模拟分析顶进过程里的应力分布也进一步确认了系统的可靠性与安全性，这项创新技术既大大降低了施工风险，也为复杂地质条件下长距离顶管施工提供新的解决办法。

3.4 泥水平衡控制技术创新

长距离顶管施工里泥水平衡控制是核心技术且对施工进度和地质稳定性有直接影响，这几年随着城市地下空间开发规模越来越大泥水平衡控制的难度也一直在增加，于是提出一个基于智能调控的泥水平衡技术创新方案，该方案能优化泥浆配比并根据实时监测数据动态调整泥浆浓度与压力以使开挖面一直稳定，并且引进先进流量调节装置实现泥浆循环系统精确控制从而防止泥浆流失或者压力失衡导致塌方，在某个市政工程案例中这个技术被用于长达 2.5 公里的顶管施工使得开挖面稳定性提高 30% 还多且施工周期缩短 20% ，另外泥浆回收再利用技术改进后泥浆用量减少将近 40% 让施工成本大大降低，这个创新技术给市政工程领域可持续发展提供重要支撑。

4、结论

市政工程给排水管线长距离顶管施工技术创新研究为解决当下城市基础设施建设的关键难题提供了重要技术支持。近些年，伴随着城镇化进程加快，市政工程行业规模不断扩大，数据表明 2022 年中国市政基础设施投资超 15 万亿元且其中给排水管线建设占不小比重。传统顶管施工技术应对复杂地质条件和长距离施工需求时常因精度不够、效率低等因素阻碍工程进度。本研究将理论分析与实践验证相融合并拿出一系列有针对性的技术创新方案，如改进激光导向系统达成毫米级精确控制、优化管道连接方式提高抗压能力、开发智能监控系统对施工全程实时调控等，这些创新大大提升了施工质量与安全并有效缩短工期、降低成本。在某个实际工程项目里，采用上述技术后顶管施工周期缩短大概 20% 且综合成本降低 15% 。

参考文献

[1]邵文婧 ; 王一帆 ;. 大管径长距离顶管施工技术在市政供热管网工程中的应用研究 [J]. 工程建设与设计 ,2024(16):124-126.

[2]李祖靖 ;. 市政给排水施工中长距离顶管施工技术的研究与应用 [J].城市建设理论研究 ( 电子版 ),2024(34):114-116.

[3]洪安娥 ;. 市政工程给排水管道顶管施工技术研究 [J]. 工程技术研究 ,2024(19):57-59.