市政工程中顶管施工技术在复杂地质条件下的应用

摘要：顶管施工技术作为市政工程地下管道铺设的重要手段，能够在不开挖或少开挖的情况下进行施工，减少对地表环境的影响。然而，在复杂地质条件下，顶管施工面临土层变化、地下水渗透、岩层阻力等挑战。本文首先分析顶管施工技术的基本原理及在市政工程中的应用优势，包括施工工艺特点、适用范围及其在城市管网建设中的重要性。其次，探讨顶管施工技术在复杂地质条件下的应用策略，包括软土层、砂卵石层、高地下水位区等不同地质环境下的施工优化措施。最后，总结顶管施工技术在复杂地质条件下的未来发展趋势，并提出优化建议，以提高施工质量和工程安全性。

关键词：顶管施工；复杂地质条件；市政工程

一、顶管施工技术在市政工程中的应用

（一）顶管施工技术的基本原理与工艺特点

顶管施工是一种非开挖地下管道敷设技术，依靠液压千斤顶施加推力，使管道沿预定轨迹在地下逐步推进，实现长距离管道安装。施工过程中，主顶设备设置于工作井内，通过千斤顶逐步推进管节，同时在前端开挖土体，形成稳定的管道通道。顶管施工可分为土压平衡、泥水平衡、机械式掘进等多种方式，根据不同地质条件选择合适的工艺。该技术通过管道自身承载能力与顶进力的合理匹配，确保施工过程稳定。顶管施工依靠激光测量与导向系统，实现高精度线路控制，减少施工误差。相较于传统开挖施工方式，顶管技术减少了地表扰动，适用于城市地下基础设施建设。随着顶管设备与工艺的改进，施工效率、适用范围及精度不断提升，为复杂环境下的市政工程提供了可靠的施工方案。

顶管施工在市政工程中的适用性与优势

顶管施工在市政工程中的适用性强，能够在道路、铁路、河流等障碍物下方安全穿越，不影响地面交通和周边建筑结构稳定性，特别适用于城市密集区的地下管道敷设。该技术适用于各类市政基础设施建设，如给排水管道、燃气管道、电力通信管道等地下管线施工。顶管施工具有减少地面开挖、降低施工噪音、减少扬尘污染等环保优势，适应城市建设对环境保护的高要求。在地下水位较高或地质条件复杂的区域，顶管施工可通过泥水平衡、土压平衡等工艺方式，提高施工安全性和稳定性。由于施工过程中管道顶进采用封闭式作业模式，能够有效降低地表沉降风险。施工效率较传统开挖方法更高，特别是在长距离、深埋管道工程中优势更为明显，为市政工程建设提供高效、安全的地下施工方案。

顶管施工在城市地下管网建设中的作用

城市地下管网建设对基础设施完善、城市功能优化具有重要作用，顶管施工作为关键施工手段，为管网建设提供了高效、环保的解决方案。随着城市化进程加快，地下空间利用需求日益增加，传统开挖施工方式受到空间、交通、环保等因素的限制，顶管技术能够在有限的施工条件下完成大规模地下管网敷设。该技术在排水管道建设中，可有效避免开挖导致的道路沉降，提高施工区域的地质稳定性。在给水、燃气、电力、通信管线敷设方面，顶管施工能够降低施工对地表环境的影响，保证地下基础设施的安全性。针对地下交错复杂的既有管线，顶管施工结合精确的测量控制技术，能够在有限空间内合理布局，确保不同类型管网的协调施工。顶管施工技术的广泛应用，提高了城市地下管网建设的可靠性和可持续性，为现代市政工程提供先进的施工手段。

二、顶管施工技术在复杂地质条件下的应用策略

（一）软土层环境下的施工优化措施

软土层顶管施工易出现管道浮动、地层坍塌、顶进阻力增大等问题，需要采取针对性的优化措施。首先，在施工前进行地质勘察，掌握软土层的厚度、含水量、压缩性等参数，确保施工方案科学合理。采用泥水平衡或土压平衡顶管机，能够通过调节土舱压力控制掘进面稳定，防止地层塌陷。优化顶进参数，包括顶进速度、压力、注浆量等，确保施工过程中受力均匀，减少管道偏移。在管道周围注入加固浆液，提高土体稳定性，防止管道周围土体因扰动而松散。在管道拼装过程中，使用止水密封材料，防止地下水渗入影响施工环境。通过实时监测地面沉降情况，确保施工过程中土体位移在可控范围内，提高软土层顶管施工的安全性和精度。

砂卵石层顶管施工的关键技术

砂卵石层地质条件复杂，施工过程中易出现管道顶进受阻、刀盘磨损加剧、管道姿态控制难度大等问题。针对砂卵石层，采用大扭矩、高功率顶管机，确保设备能够克服卵石阻力，提高掘进效率。选择耐磨刀盘材料，如硬质合金或镶嵌聚晶金刚石刀具，提高刀盘耐久性，减少施工过程中因刀盘损坏造成的工期延误。优化泥水循环系统，通过合理配置泥浆流速和压力，减少卵石对刀盘的冲击，提高顶进稳定性。在顶管管节间隙处注浆加固，减少卵石层的流动性，提高管道周围土体的稳定性。实施动态监测，确保顶进过程中管道姿态稳定，减少因砂卵石不均匀分布导致的管道偏移，提高施工质量和安全性。

高地下水位区顶管施工的防渗与排水控制

高地下水位区顶管施工容易受到渗水、涌砂、管道漂浮等问题影响，需要采取防渗与排水控制措施。在施工前进行详细水文地质勘察，确定地下水位高度和渗透性，制定合理的施工防水方案。采用泥水平衡顶管工艺，通过调节泥水舱压力，使其与地下水压力保持平衡，防止水体涌入施工面。在管道接口处使用橡胶密封圈或止水垫，减少管道接缝处的渗水风险。在施工过程中设置降水井或管井井点降水系统，通过抽水降低地下水位，减少施工区域的水压力，提高施工稳定性。施工完成后，在管道周围注入防渗浆液，形成封闭防水层，确保管道长期运行安全。

硬岩地层顶管施工的掘进与刀盘优化技术

硬岩地层顶管施工面临掘进阻力大、刀盘磨损严重、推进速度慢等挑战，需要采用合理的掘进与刀盘优化技术。针对高硬度岩层，选择硬岩型顶管机，配置高扭矩驱动系统，提高掘进能力。刀盘设计采用镶嵌金刚石复合片或高强度耐磨合金，提高刀具的耐久性和破岩能力，减少因刀盘损坏造成的施工停滞。优化掘进参数，控制刀盘转速和推进力，减少对岩体的过度冲击，防止施工过程中刀盘卡滞或过载。在掘进过程中采用间歇注水降温措施，减少摩擦热量对刀盘的损害，提高施工稳定性。实时监测掘进状态，调整刀盘压力和切削角度，提高硬岩地层的破碎效率，减少刀具更换频率，提高施工连续性和安全性。

长距离与大口径顶管施工的稳定控制方法

长距离和大口径顶管施工对顶力控制、管道姿态、地层稳定性等要求较高，需要采用科学的稳定控制方法。对于长距离顶管，采用分段顶进技术，在中途设置中继间，减少单次顶进阻力，提高施工稳定性。在施工过程中，利用激光导向系统和惯性导航技术，实时监测管道姿态，确保顶进方向精准，减少管道偏移。优化润滑系统，在管道周围注入高效润滑泥浆，降低顶进摩擦阻力，提高施工效率。在大口径顶管施工中，采用多点同步顶推控制技术，确保各顶进点受力均匀，避免管节变形或受力不均影响施工质量。在施工监测方面，采用自动化监测系统，实时跟踪施工参数，确保施工过程安全可控，提高长距离和大口径顶管施工的可靠性。

结束语：顶管施工技术在市政工程中的应用，提升了地下管线施工的便捷性和环保性，特别是在复杂地质条件下，针对不同土层特性的施工优化措施至关重要。通过软土层改良、砂卵石层施工优化、高地下水位区防渗控制等技术手段，顶管施工能够更安全、高效地完成任务。未来，随着盾构技术、智能监测系统及自动化施工的不断发展，顶管施工在复杂地质条件下的适应性和安全性将进一步提高。

参考文献：

1.张伟锋.复杂地质条件下建筑基础施工技术的优化策略研究[J].现代工程科技，2024，3（17）：13-16.

2.董宏杰，程建霞.市政工程顶管施工技术及质量控制[J].建筑与装饰，2022（15）：142-144.

3.刘长辉.市政给排水管道工程顶管施工技术浅析[J].建材发展导向，2022，20（9）：78-80.