市政给排水工程中的长距离顶管施工技术

摘要：随着城市建设的不断发展，市政给排水工程的规模和复杂程度日益增加。长距离顶管施工技术作为一种先进的非开挖施工方法，在市政给排水工程中得到了广泛应用。本文详细阐述了长距离顶管施工技术的原理、特点及工艺流程，分析了施工过程中可能遇到的问题及应对措施，并结合实际工程案例，探讨了该技术在市政给排水工程中的应用效果，旨在为提高长距离顶管施工质量和效率提供参考。

关键词：市政给排水；长距离顶管；施工技术；非开挖

一、引言

市政给排水工程是城市基础设施的重要组成部分，对于保障城市居民的生活用水和污水排放起着关键作用。在传统的给排水管道施工中，明挖法是常用的施工方法，但该方法存在对交通影响大、破坏环境、施工周期长等缺点。随着城市建设的推进，对地下空间的利用需求不断增加，长距离顶管施工技术作为一种非开挖施工方法应运而生。长距离顶管施工技术能够在不破坏地面道路和建筑物的情况下，穿越河流、铁路、建筑物等障碍物，高效地完成给排水管道的铺设，具有显著的优势，在市政给排水工程中的应用越来越广泛。

二、长距离顶管施工技术原理及特点

（一）施工技术原理

长距离顶管施工技术是利用主顶油缸及管道中继间千斤顶的推力，将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内，同时将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间的一种施工方法。在施工过程中，通过控制顶进速度、方向和压力等参数，确保管道按照设计要求准确铺设。

（二）技术特点

环境影响小：无需大面积开挖地面，减少了对周边环境的破坏，避免了因明挖施工造成的扬尘、噪声等污染，对城市交通和居民生活的影响也大大降低。

穿越能力强：能够穿越各种复杂的地质条件和障碍物，如河流、铁路、建筑物基础等，适用于不同地形和地质条件下的给排水管道施工。

施工精度高：借助先进的测量和导向系统，可以精确控制管道的顶进方向和高程，保证管道的铺设质量，满足设计要求。

施工效率高：与传统明挖法相比，长距离顶管施工减少了土方开挖、回填等工序，施工速度相对较快，能够有效缩短施工周期，降低工程成本。

三、长距离顶管施工工艺流程

（一）施工准备

工程勘察：勘察施工区域地质、管线分布、地形，为施工方案提供依据。

工作坑和接收坑设置：确定工作坑和接收坑位置及尺寸，满足强度、稳定性和防水要求。

设备选型与安装：选择合适顶管设备，包括主顶油缸、中继间等，并进行安装调试。

管材准备：选择符合要求的管材，检查质量和尺寸，确保能承受顶力和外部荷载。

（二）顶管机掘进

工具管或掘进机入土：吊入工作坑，安装导轨上，调整位置和方向后启动顶进设备，入土。

土体开挖与排土：工具管或掘进机顶进时开挖土体，通过排土系统排出，选择合适的排土方式。

顶进作业：土体开挖和排土同时，启动主顶油缸和中继间千斤顶，施加顶力推动工具管或掘进机及后续管道顶进。严格控制顶进速度、顶力和方向，根据测量结果调整工具管或掘进机姿态，确保管道按设计轨迹顶进。

（三）管道铺设与连接

管道吊运与安装：工具管或掘进机顶进一定距离后，将管材吊运至工作坑内，逐节连接并顶进。注意安全，避免管材损坏。

管道连接：选择合适的连接方式，如焊接、法兰连接、承插连接等，确保管道连接牢固、密封良好，防止漏水。连接过程中，对连接部位进行质量检查，合格后继续顶进。

（四）测量与纠偏

测量系统设置：在工作坑和工具管或掘进机上设置测量系统，包括全站仪、水准仪、激光导向仪等，实时监测工具管或掘进机的位置、高程和姿态变化。测量系统要定期进行校准和维护，确保测量数据的准确性。

纠偏操作：当测量结果显示工具管或掘进机的姿态偏离设计轨迹时，要及时进行纠偏。纠偏方法主要有调整工具管或掘进机的刀盘切削方向、改变顶进油缸的推力分布、使用纠偏千斤顶等。纠偏过程要缓慢进行，避免对管道和土体造成过大扰动。

（五）顶管完成与收尾工作

接收工具管或掘进机：到达接收坑时，谨慎吊出工具管或掘进机，并检查其状态，确保安全。

管道清理与验收：清理顶进完成的管道，清除泥土和杂物。根据标准和规范验收管道质量，包括位置、高程、连接和密封性，合格后继续施工。

处理工作坑和接收坑：回填工作坑和接收坑，恢复地面原状。使用符合设计要求的材料，确保回填质量，防止地面沉降。

四、长距离顶管施工中的常见问题及应对措施

（一）地面沉降与隆起

在顶管施工过程中，土体受到扰动，导致土体应力状态发生变化。如果顶进参数控制不当，如顶力过大、排土过多或过少等，会引起地面沉降或隆起。此外，地质条件较差，如土体松散、含水量大等，也容易导致地面变形。

在施工前，对地质条件进行详细勘察，制定合理的施工方案。在施工过程中，严格控制顶进参数，根据地面监测数据及时调整顶力、排土量等参数。采用注浆等措施对土体进行加固，减少土体扰动，控制地面沉降和隆起。

（二）管道偏差

工具管或掘进机的姿态控制不当、测量误差、土体不均匀等因素都可能导致管道偏差。此外，顶进设备的故障、管道连接不牢固等也会影响管道的顶进方向。

加强测量与监控，定期对测量系统进行校准和维护，确保测量数据准确。及时调整工具管或掘进机的姿态，发现偏差及时进行纠偏。选用性能良好的顶进设备，加强设备的维护和管理，确保设备正常运行。保证管道连接质量，避免因连接问题导致管道偏差。

（三）顶力过大

土体摩擦力过大、管道与土体之间的摩阻力不均匀、工具管或掘进机前方遇到障碍物等都可能导致顶力过大。此外，顶进速度过快、润滑措施不到位等也会增加顶力。

在施工前，对土体进行改良，如采用泥浆套、触变泥浆等减阻措施，降低土体与管道之间的摩擦力。在顶进过程中，合理控制顶进速度，避免过快顶进。加强对顶进设备的维护和管理，确保设备能够提供足够的顶力。当遇到障碍物时，要及时采取措施清除障碍物，避免强行顶进。

五、工程案例分析

（一）工程概况

某城市市政给排水工程，需要铺设一条长距离的给排水管道，穿越河流、铁路和居民区。管道采用钢筋混凝土管，管径为 DN1200mm，顶管长度为 1500m。施工区域地质条件复杂，上部为杂填土，下部为粉质黏土和粉砂层，地下水位较高。

（二）施工方案

采用泥水平衡顶管机进行施工，该顶管机适用于各种地质条件，能够有效控制地面沉降和排土。

设置工作坑和接收坑，工作坑尺寸为 8m×6m×8m（长 × 宽 × 深），接收坑尺寸为 6m×5m×7m（长 × 宽 × 深）。工作坑和接收坑采用钢筋混凝土结构，进行了防水处理。

选用性能良好的顶管设备，包括主顶油缸、中继间、测量导向系统等。在管道外壁涂抹触变泥浆，降低顶进摩阻力。

制定详细的测量与纠偏方案，采用全站仪和激光导向仪实时监测顶管机的姿态，及时进行纠偏。

（三）施工过程与效果

在施工过程中，严格按照施工方案进行操作，控制顶进参数。通过泥水平衡系统，有效地控制了排土量和地面沉降，地面沉降控制在允许范围内。

测量与纠偏工作及时准确，管道偏差得到了有效控制，管道铺设质量符合设计要求。

经过 3 个月的紧张施工，顺利完成了 1500m 的长距离顶管施工任务。工程验收结果表明，管道连接牢固，密封性良好，各项指标均满足设计和规范要求。

六、结论

长距离顶管施工技术作为一种先进的非开挖施工方法，在市政给排水工程中具有显著的优势。通过合理设计施工方案，严格控制施工过程中的各项参数，能够有效解决施工中遇到的问题，确保施工质量和安全。在实际工程应用中，应根据工程特点和地质条件，选择合适的顶管设备和施工工艺，不断总结经验，提高长距离顶管施工技术水平，为市政给排水工程的建设提供有力的技术支持。随着技术的不断发展和创新，长距离顶管施工技术将在未来的城市建设中发挥更加重要的作用。

参考文献

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