市政排水管道顶管施工技术优化研究

引言：

在城市基础设施建设的浩大工程中，市政排水管道的建设占据着核心地位。它直接关系到城市排水能力、环境保护以及居民生活质量。而顶管施工作为一种高效且减少对城市表面干扰的地下施工技术，近年来得到了广泛应用。无论是狭小的施工空间还是复杂的地下环境，顶管技术都在多种情况下展现了其独特的优势。然而，随着施工规模和难度的增加，现有的技术与设备常常暴露出一系列问题。如何在确保质量和安全的基础上，进一步提高施工效率，降低成本，并减少对环境的负面影响，成为了摆在行业面前的一个巨大挑战。

1.市政排水管道顶管施工技术概述

1.1 市政排水管道顶管施工技术的背景

在城市建设和环境发展趋势下，市政管道排水工程已经不是单纯的工程项目了，它直接关系着人们生活的便利和舒适，关乎着环境的改善治理。在发展建设中，传统开挖式管道排水工程施工模式在与复杂的地下空间环境相处中，常常会出现干扰交通、污染环境等情况，不利于城市稳定发展建设。市政管道排水工程施工的顶管施工技术的采用，能够有效解决相关问题。

1.2 市政排水管道顶管施工的现状、应用

顶管施工工艺在城市排水管道工程施工中的运用已逐渐成为潮流，在一些城市中心区域，路面交通繁忙，地下管线纵横交错，顶管施工既可以有效缩短工期，又可以减少开挖带来的扰民现象的发生，无论是城市建设中给水排水管道的施工还是给水管道管网的改造，顶管施工的施工工艺已逐渐成为必须具备的施工技术。但如何进一步提高技术的完善程度、施工的精细程度、针对不同地质条件下顶管施工的适应能力是其待解决的问题。

2.市政排水管道顶管施工中的问题

2.1 施工技术的局限性

虽说顶管施工技术有着很多优势，但在实际的许多应用过程中，其技术本身的弊端也是显而易见的。例如，其在很多复杂的地质环境下，很难凭借设备和技术手段对地形环境的不确定性因素进行解决。顶管施工过程中需及时监控和操纵，一旦地质环境出现突发改变，例如岩石层、地下水位变化等，都可能会导致其施工进程严重拖延。此外，顶管技术所需的设备也较为先进，一方面设备的技术成本价格十分高昂，另一方面需要工作人员具有一定的技术熟练度，因而在经济条件有限的区域不便于全面推广其技术。

2.2 地质条件对施工的影响

地质条件一直以来是影响顶管施工成败的主要因素，不同的地质环境下，顶管技术的适应性及效率等水平均有很大的区别，尤其是在复杂的地层如软土层、砂土层、碎石层及含水层等情况下，施工风险及难度有明显的增大趋势，管道易在软土层出现沉降、倾斜等问题，而在碎石层及岩层中易出现顶管的卡壳、破损等问题，复杂地质的环境要求施工单位需要对每个项目区域的实际情况做好细致的勘察与分析，编制出具有针对性的施工方案，否则，施工不仅会拖延时间，还会引发一系列严重的安全事故或环境污染问题。因此，如何从不同地质条件出发选择合适的施工方案与设备是目前技术突破的关键。

2.3 施工过程中的安全、环境问题

顶管施工的安全问题与环境保护问题始终都是至关重要的，施工安全关乎参建人员的生命，一个环节的失误往往会造成安全事故，特别是在顶管施工穿越有车流量或人流密集的场所，顶管的风险大大提高，而在管道顶进过程中，由于管道的不稳定性、顶进设备出现故障、土方容易松动等原因可能对施工人员与周边环境造成非常大的危险。施工会对环境造成影响，且这种影响可能体现在水土保持、地下含水层的抬升与下降、噪音污染等方面，上述各种影响必须进行严密的监控与管理[1]。环境问题不仅仅是施工作为一种副产品的存在，更是作为一项社会性企事业所带给社会的一种期待。因此，在保证施工安全的基础前提下如何降低对环境的破坏，就成为顶管技术应用过程中的核心问题。

3.市政排水管道顶管施工技术优化研究

3.1 顶管施工中的关键因素分析

顶管施工要受许多因素的制约，各个因素的综合变化一定程度上决定着顶管能否顺利施工。地质勘察、选择顶管的设备以及施工中众多技术细节都可能成为项目中各个因素的制约。地质情况是最主要影响施工的情况。地底存在不同种类的土层、地下水情况、岩石地质等，这些都会影响顶管推进的效果。例如，岩石地质的种类越坚硬，顶管推进所需要的力量也越大，设备越专业；地下土质情况是软土或是砂土，对顶管管道的平稳性以及定位精确性的要求也就越高[2]。这就需要在项目施工前进行详尽的勘察工作，勘察出最优质的施工路径及施工方案，避免在施工中因人为原因，后期无法顺利进行施工。除了地质之外，顶管设备的选择以及技术操作的准确性程度非常重要。顶管机的质量关系着顶管工程的进度及管道的质量情况。如果是顶管机性能不好，顶管机操作不规范等，可能会导致顶管管道发生偏移或顶管管道的破损情况发生。施工管理者的整体素质情况重要。在不同地质地质特征下，工程师和土方工人掌握地质资料的情况、遇到地质灾害情况下的应急手段如何，都有可能对地质施工的成功进行造成较大的影响。每一个环节都需要科学性和严密性，并从人员素质、技术设备、环境准备等方面的密切配合。

3.2 优化施工工艺的技术路线

优化顶管施工技术，首先应该从提高施工效率、安全度出发，尽可能地降低成本和破坏环境污染。从施工技术路线本身就可以清楚地把控整个施工流程，规避施工安全风险发生的可能性，施工路线尽可能地避免出现其他安全事故，增强施工工程的可控性和可靠性。在施工技术上，对施工技术工艺应多加重视，应更加深入到地质调查方面。通过设备科技的进步来辅助地质调查技术，比如多使用雷达探测、三维成像分析等现代探测技术，施工企业在技术方面更清晰地了解到地层中的施工地质信息，挖掘潜在危险区，并做出相应的工程进度及施工方案优化。比如在遇到易出现塌陷的地层时候，可以针对性采取措施进行加固等，在推进顶管的时候，不至于出现施工地面的沉降或者造成管路下沉、倾斜等现象[3]。施工技术本身就应该是不断优化，不断革新的，在以前的顶管施工工艺中，施工者应该更多地注重施工机械的作用，顶管机械的设备本身不够先进和适用，容易出现施工效率低、设备性能问题等，新的顶管技术中应看到高效的顶管机和更加智能化的机械，能对施工信息实时提供反馈，并在施工现场出现施工数据异常情况时马上进行调整和治理的针对性，提高顶管推进的速度，在保证施工精度和品质的基础上进一步加快工程进度，施工材料消耗的降低，优化施工过程信息管理和施工人员调度，进一步提高施工进度的速度。利用现代信息技术，可以对施工过程在各个施工环节当中进行及时的跟进和预测，便于对当前施工进度进行实时控制。

3.3 顶管施工中的设备、材料选择优化

施工设备和选材关乎整个施工的成败，随着技术的发展，新技术设备的涌现对改善工程施工效率、施工质量方面提供了保障。顶管施工的设备以及顶管机是关系到顶管施工顺利开展的关键，特别是顶管机的选择。顶管机的推进能力、顶管机的稳定性、顶管机的适应性都直接关系到顶管施工的速度，也关系到整个施工的安全水平和管道工程质量。在具体的设备选择中，要求顶管机的推进能力、顶管机的可靠性、顶管机的工作稳定性能够符合施工的实际要求，在岩质地层进行施工时，顶管机必须保证有足够的冲击能力、有耐用性，而在软质地层进行施工时，顶管机要有精准性、控制系统和可靠性等。在具体的选材方面，需要重点关注的是保证选材的经济性以及选材之后的施工效果。管道自身的材质决定其排水质量的同时也决定其使用寿命，目前，先进的顶管机引入更多的传感器技术保证实现管道施工中对地下土壤层面改变的监控并对监控得到的信息进行有效的反馈，通过反馈控制管道推进速度和推进方向，实现对顶管施工中偏移以及设备损坏的降低。管道自身的材质决定了施工的效果以及管道的耐用性，随着科学技术的进步，越来越多的钢管、复合材料进入到地下管网建设，这些材料不仅能有效防止管道在施工中遭遇腐蚀或者管道内部压力较大而造成施工人员和周边建筑物设施的损害。在具体的选材当中，需要注意的是要综合考虑选材的施工难度、成本开支以及环境适应性，实现对选材的组合选择，保证所选材质的成本可承担以及选材施工的适用性[4]。设备及材料选用优化主要的优化方式是，按照工程所提出的需求进行设备及材料的选用。依据地质条件、施工场地所提出的具体情况，科学选定设备、材料，才能实现施工中的无缝衔接和高效落实，未来的施工将随着智能机械、新材料的不断开发而呈现出更大的优化空间，也就能切实提升顶管施工的质量，更能为城市的基础设施建设提供可持续利用的空间。

3.4 施工过程中质量控制、风险管理

市政顶管施工不止是技术工程，更是考验所有环节精确性管理和控制，施工质量控制与风险管理是不可分割的。技术再先进，施工风险仍然是不可避免的，地质环境、设备、工人的影响是潜在的。质量控制是对这些不确定性进行控制的过程，在这个过程中施工管理必须对每一项施工任务严格管理，从地质勘探，到施工的最终完工，都需要严密的施工控制。施工前地质勘探与对土壤属性的掌握，可以为整个施工中的顶管方案设计提供依据，准确掌握初始阶段地质情况的分析过程，可有效降低整个施工过程的不确定性，确保施工有计划有措施地开展[5]。施工中设备的质量情况、使用的材料、技术工人等无一不对施工质量产生直接影响。顶管机实时监测系统可以实时检测土壤的变化情况，以及顶管机运行时的进程问题。运行中，对地质环境不可预测的因素，如地下水位、岩层的强度等都有风险。施工过程中必须保持警惕性，通过对工程建设的风险管理机制建设，对施工过程中存在的安全隐患等问题加以预防。如管道的变形或者机台故障时，都要及时进行应急处理，减少安全事故发生。安全的文化建设也需要关注。施工人员需充分重视其责任意识，施工单位应该经常对施工的工作人员进行安全培训、演习，让每个工作人员可以在必要时刻做出正确的抉择。只有有效控制施工质量并做到全过程风险防范，才能有效确保顶管施工的安全性及可靠，才能有效控制整个施工的进度，并可有效避免工程项目中各个风险点的出现。

3.5 技术改进对项目进度、成本的影响

顶管施工技术的改进以科技的进步为依托，新技术的改进与实施可以实现顶管施工的精准度与精密，以此缩短了项目进度，降低了施工成本。顶管施工新技术、新设备的改进提升了单位的灵活施工适应力，将施工技术引入大型机械设备能够有效提高施工精度与质量，缩短工期。顶管施工以前存在着大型机械老旧落后等技术问题，降低施工进度与施工成本。现代顶管机则应用智能化、自动化的机械设备，大型机械比人脑精准更加高效，智能化设备能够及时捕捉地下土质动态情况，即时地改变自身运行，不再有固定轨迹与机械动作的约束。一些智能式装置能够通过指令调整顶管机的推进速度和顶进方向，提高了实际工作与数据反馈的准确性，规避人为错误。智能化控制将实际施工动态与实时进度实时反馈，并通过数据化平台实现其管理控制，提高了施工进度的时效性。智能技术的改进还提升了效率，智能化降低作业人员的数量并避免了人为因素导致的施工延误。顶管施工需要耗费大量的资金，特别是设备机械的资金投入往往较高。但是通过对比实践操作发现，新技术、新材料应用能够极大地提升施工效率，降低了人力成本与机械意外故障率，顶管施工成本较以往也有较大降低。例如，机械设备的应用降低了人工操作率，从而降低了人为失误造成的损失，并且机械设备的自动化和高能效生产可以降低施工单位的材料浪费以及不必要的材料、劳动力等资源的消耗，降低了整个工程项目的开支。技术方面的革新也促使施工单位选择了更加科学的设备和材料。新型的管道材料由于其更加轻便和不易被腐蚀的特点，可以减少施工单位维护的成本以及管道的损耗等，从而改善施工质量并延长排水系统使用的周期，从长远意义上节省了维修和更新维护成本[6]。

结束语：

综上所述，市政排水管道顶管施工技术的改进不仅关系到其本阶段的施工水平，还与未来城市的发展密切相关，在当今技术水平有一定限制的情况下，我们需相信该施工技术将随着技术的不断发展和改进突破目前的困境，使其向着更合理化、更环保的方式发展下去，我们需要在实践中进行总结，在不同地勘条件下对不同的环境提出不同的施工方法，只有在实际工作中寻求不断的技术进步，才能最终使城市基础建设在施工中打下一定基础，从而更好地为城市发展服务。

参考文献：

[1]张亮,李军.市政排水管道顶管施工技术的优化与实践[J].城市建设理论研究,2023,11(04):45-48.

[2]王珊,刘涛.顶管施工技术在市政排水管道建设中的应用与优化[J].工程技术研究,2024,14(01):62-65.

[3]周波,韩凯.顶管施工技术中的风险管理与质量控制探讨[J].现代工程管理,2023,22(03):111-114.

[4]赵宇,刘俊.市政排水管道顶管施工中常见问题与技术优化[J].市政建设与管理,2023,19(06):121-124.

[5]陈阳,孙东.市政排水管道顶管施工技术的创新研究[J].工程与技术,2023,21(05):87-90.

[6]高洁,李爽.市政顶管施工中质量控制与风险防范研究[J].建筑与市政工程,2024,13(02):78-82.