市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术

市政给排水系统作为城市基础设施的关键组成部分，维系着城市居民的日常生活与城市的有序运转。传统明挖法施工在城市建设中暴露出诸多问题，如施工过程对城市交通造成严重阻碍，大量土方开挖破坏城市环境，在地下管线密集区域施工风险高等。非开挖顶管施工技术的出现，有效解决了这些难题。其通过在地下定向推进管道，无需大面积破坏地表，极大减少了施工对城市正常秩序的干扰。随着技术的不断发展，非开挖顶管施工技术在设备智能化、工艺精细化等方面取得显著进步，深入研究该技术在市政给排水工程中的应用，对提升工程建设质量与效率具有重要意义。

1 非开挖顶管施工技术原理与特点

1.1 技术原理

非开挖顶管施工以 “顶进 - 挖掘 - 输送” 为核心作业流程。施工起始于工作坑的构建，在坑内安装顶进设备，如千斤顶集群，将预制管道沿导轨缓缓压入土中。管道前端配备不同类型的工具管，如泥水平衡式、土压平衡式，用于切削土体。切削产生的渣土通过螺旋输送机或泥水循环系统排出。施工全程依赖激光导向系统与陀螺仪对管道轴线进行实时监测，一旦监测到管道偏移超过设定阈值，液压纠偏装置便迅速启动，调整管道方向，确保其严格按照设计轨迹延伸。

1.2 技术特点

相较于传统施工工艺，非开挖顶管施工技术对城市环境的友好性尤为突出。在城市核心区域进行给排水管道施工时，无需大规模封路与地面开挖，有效保障了城市交通的顺畅运行，也降低了对周边商铺经营与居民生活的影响。该技术对复杂地质条件具备强大的适应能力，在富水软土地层，泥水平衡顶管可通过调节泥水压力平衡地下水压，防止土体坍塌；在岩石地层，配备特殊破碎刀盘的顶管机能够直接破碎岩石，实现掘进。同时，其施工精度较高，能够满足市政给排水工程中管道对接的严格要求，确保工程质量。

2 市政给排水施工中的应用场景与流程

2.1 典型应用场景

在城市老旧管网改造工程中，非开挖顶管施工技术优势尽显。老旧城区往往建筑密集、地下空间狭窄，且需要保护历史建筑与原有地下设施。采用非开挖顶管技术，无需大面积拆除地面建筑与设施，可在狭小空间内完成管道更新。在穿越障碍物施工方面，如穿越河流、铁路、公路等，非开挖顶管技术能够在不破坏障碍物的前提下，实现管道的顺利穿越。通过精准的施工控制，可有效减少对障碍物结构与周边环境的影响，保障施工安全与工程质量。

2.2 施工流程优化

施工准备阶段，借助三维地质雷达与 BIM 技术，能够精准探测地下管线分布与地质结构分层情况。通过 BIM 技术对施工方案进行模拟优化，可合理确定工作坑位置，减少不必要的开挖工作。顶管施工环节，智能顶管机集成多种传感器，能够实时采集顶进压力、管道姿态等参数，并上传至云端。施工团队利用 AI算法对这些数据进行分析，自动调整顶进速度、泥浆配比等施工参数，实现施工过程的智能化控制。管道连接采用新型快速锁扣式接口，配合遇水膨胀橡胶圈，简化了连接工艺，缩短了施工时间，同时确保接口密封性能良好。

3 质量控制关键环节

3.1 管材与设备管控

在市政给排水非开挖顶管施工中，管材与设备质量是工程质量的基础保障。新型复合管材以其优异性能，正逐步革新传统管材应用格局。纤维增强塑料夹砂管（FRPM）采用玻璃纤维与树脂复合工艺，经连续缠绕成型，其环向拉伸强度可达 200MPa 以上，相较于普通混凝土管提升数倍，能有效抵御顶进过程中的复杂应力。同时，复合管材的化学惰性使其具备极强的耐酸碱腐蚀能力，在工业废水排放等腐蚀性介质输送场景中，使用寿命可延长至 50 年以上，大幅降低后期维护成本。

设备管理方面，智能监测技术为顶管机的稳定运行保驾护航。基于机器视觉的 AI 诊断系统，通过高清摄像头捕捉刀盘表面图像，运用卷积神经网络（CNN）

算法识别刀盘磨损特征，精度可达 0.1mm 级，能提前预判刀具失效风险，避免因刀具过度磨损导致的施工中断。液压系统监测则采用压力传感器阵列，实时采集关键部位压力数据，结合粒子滤波算法分析压力波动趋势，一旦发现异常压力变化，系统自动生成故障诊断报告，指导维修人员快速定位问题，使设备故障率降低 30% 以上，确保施工连续高效进行。

3.2 施工过程动态控制

施工过程中的动态控制是保障非开挖顶管施工质量的核心环节。地面沉降防控依托 “预注浆 - 同步注浆 - 二次补浆” 三级防控体系，实现精细化管理。预注浆阶段采用可控扩散的双液浆技术，以水泥 - 水玻璃混合浆液为介质，通过调节浆液配比控制凝胶时间，在富水地层中形成渗透扩散半径可控的加固圈，有效提高土体承载能力。同步注浆时，采用智能注浆控制系统，基于实时顶进速度与管道埋深数据，通过 PID 控制算法动态调节注浆压力与流量，确保泥浆套均匀完整。施工结束后，利用分布式光纤传感技术对地面沉降进行实时监测，一旦发现局部沉降异常，立即启动二次补浆，通过精准定位注入高流动性浆液，将沉降量严格控制在规范要求范围内。

管道轴线偏差控制借助机器学习算法实现智能调控。通过收集历史施工数据，构建包含地质参数、顶进速度、顶力分布等多维变量的数据集，采用长短期记忆网络（LSTM）模型训练轴线偏差预测模型。在施工过程中，模型根据实时采集的施工参数，提前 3 - 5 米预测管道偏移趋势，系统自动调整顶进油缸伸缩量与刀盘扭矩分配，实现毫米级纠偏。同时，结合惯性导航与激光导向的双模定位系统，实时修正管道姿态，使轴线施工合格率提升至 98% 以上，确保给排水管道精准对接，满足市政工程高标准建设要求。

4 应用挑战与创新对策

4.1 技术瓶颈突破

长距离顶管施工面临顶力不足与轴线控制困难等问题。采用 “智能中继间 + 分段注浆” 技术，通过合理设置智能中继间，为长距离顶进提供额外顶力，并采用分段注浆的方式，有效减小管道与土体间的摩擦力。在岩石地层施工时，研发“复合式破碎顶管机”，集成滚刀破岩与高压水射流等多种破岩技术，提高岩石破碎效率，加快施工进度。

4.2 管理模式创新

推行 “全过程数字化管理平台”，将施工监测、材料溯源、进度管理等功能集成于一体，实现施工全过程的数字化管理。通过该平台，施工各方能够实时共享信息，协同工作，提高施工管理效率，缩短质量问题响应时间。建立施工风险AI 预警系统，基于大量历史案例数据进行分析学习，提前识别施工过程中的高风险工况，并及时发出预警，以便施工人员采取相应防范措施，降低施工风险。

结束语：

非开挖顶管施工技术正朝着智能化、绿色化方向不断发展。在市政给排水工程中，通过技术创新与管理模式优化，该技术的应用将更加高效、精准。未来，应进一步加强该技术与 5G、物联网等先进技术的融合，持续研发适应各种极端工况的设备与工艺，不断提升市政给排水工程建设水平，为城市的可持续发展提供坚实保障。

参考文献：

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