市政给排水工程中长距离顶管施工技术研究

一、引言

市政给排水工程关乎居民生活与城市生态。传统开挖技术存在周期长、影响交通环境等问题，难以满足需求。长距离顶管通过非开挖或微开挖铺设管道，技术优势显著。本文基于现有研究，探讨其核心原理、施工环节及质量保障措施，为工程实践提供理论支撑。

二、长距离顶管施工技术原理

（一）基本概念与技术优势

长距离顶管借助顶管机等设备，无需大规模开挖即可铺设管道。优势包括：机械化作业提升安全性，减少人工干预；避免传统开挖的污染与植被破坏；不阻断交通；施工效率高，缩短工期。

（二）工作原理与核心机制

长距离顶管施工以土压平衡原理为基础，通过顶管机前端的刀盘旋转切削土体，切削后的土体进入密封土仓，经螺旋输送机排出。在顶进过程中，根据地层特性向土仓内注入清水、粘土浆等材料，形成具有可塑性和止水性的泥状土，平衡土压力和地下水压力，确保开挖面稳定。同时，利用激光水准仪、全站仪等设备实时监测管道位置，通过调整顶管机姿态实现精准导向，保证管道按设计路线顶进。

三、关键技术环节与施工要点

（一）施工准备阶段

1. 设备选型与配套

根据施工场地的地质条件（如土层性质、地下水位）、管道直径及顶进距离，合理选择顶管机类型（如土压平衡顶管机、泥水平衡顶管机）。配套设备包括门式起重装置、中继站油缸、注浆泵、泥浆泵等，需确保各设备间匹配良好，满足长距离顶进的动力、注浆减阻及出土需求。

2. 工作井与接收井施工

工作井是顶管施工的起点，承担设备安装和管道顶进的支撑作用。采用现浇混凝土工艺建造，分为刃脚和上部井壁两部分。施工时，先浇筑刃脚，待强度达到 70 % 后浇筑上部井壁，确保井体结构密实、无裂缝。接收井作为管道顶进的终点，其施工精度需满足管道接收要求。

（二）顶进施工阶段

1. 穿墙与初始顶进

穿墙是顶管施工的关键环节，需在工作井前端设置止水墙，预留穿墙孔洞并安装橡胶挡水板、法兰加压板等止水装置。顶管机穿墙前，对孔洞外部土体进行水泥粘土加固，防止土体坍塌和漏水。初始顶进时，控制顶进速度匀速缓慢，密切监测顶力变化和地面沉降，确保顶管机顺利进入地层。

2. 管道顶进与中继间布置

管道顶进过程中，依靠千斤顶提供顶力，每节管道顶进完成后，安装下一节管道继续顶进。当顶进距离较长（一般超过 100 米）时，需设置中继间以分散顶力。中继间是一种可伸缩的液压装置，将长距离顶进分段，通过各中继间的接力顶进减少主顶千斤顶的负荷。合理布置中继间数量和位置，需根据管道直径、土层摩阻力及顶进设备性能计算确定。

3. 注浆减摩技术

为减少管道顶进过程中的摩阻力，需在管道外周注入触变泥浆，形成润滑层。泥浆配比以膨润土为主，掺加适量增稠剂和分散剂，控制密度1.05＼～1.06g/cm3。注浆过程中需监测注浆量和压力变化，避免漏浆或注浆不足导致摩阻力增大。

（三）精度控制与偏差纠正

1. 实时监测系统

采用激光导向系统实时监测管道的轴线偏差和标高，每顶进 1 米进行一次测量，确保偏差控制 5 毫米以内。监测系统包括激光发射器、接收靶和数据处理装置，实时反馈顶管机的位置和姿态信息，为偏差纠正提供依据。

2. 纠偏方法

当管道偏差超过允许范围时，采取以下纠偏措施：挖土纠偏，在偏差方向的土体一侧少挖或不挖，另一侧多挖，利用顶进力使管道回正；千斤顶纠偏，通过调整单侧千斤顶的顶力，施加侧向力纠正管道偏差；自动化纠偏，利用安装在顶管机上的传感器和可编程逻辑控制器（PLC），实时计算偏差量并自动控制千斤顶组的伸缩，实现精准纠偏。纠偏过程中需遵循 "缓慢调整、逐步纠正" 原则，避免因纠偏过急导致管道损坏或地层扰动。

（四）出洞与收尾工作

顶管机到达接收井前，需精确计算剩余顶进距离，调整顶进参数确保平稳出洞。出洞时，检查接收井内的止水装置和支撑结构，防止土体涌入工作井。管道顶进完成后，拆除顶进设备，对工作井和接收井进行封闭处理，回填洞口并压实，恢复地面设施。

四、施工质量控制与安全管理

（一）质量检测与验收

1. 管道密封性检测

采用闭水试验检测管道的防渗性能，根据管道直径和设计要求，确定允许渗水量标准。试验时，向管道内注水至规定水位，观察 30 分钟内的渗水量，确保符合规范要求。

2. 结构完整性检测

通过管道检测机器人对管道内部进行视频检查，查看混凝土管体是否存在裂缝、露筋等缺陷，钢筒接口处的双橡胶圈是否密封良好，确保管道结构完整、耐用。

（二）沉降监测与环境恢复

在顶进过程中，沿管道轴线设置地表沉降监测点，定期测量地面沉降数据，当沉降量超过预警值（一般为10＼～15 毫米）时，及时调整注浆压力和顶进速度，防止地面塌陷。施工结束后，清理场地杂物，修复因施工损坏的设施，恢复周边环境。

（三）安全保障措施

1. 通风系统

在长距离顶管施工中，管道内空间密闭，需安装通风设备（如轴流风机），持续向作业区域输送新鲜空气，排出有害气体。施工前，对管道内气体成分进行检测，确保氧气浓度不低于 20 % ，无易燃易爆气体积聚。

2. 设备维护与应急处理

定期对顶管机、千斤顶、注浆泵等设备进行检查和维护，确保其性能良好。制定应急预案，针对顶力异常、管道漏水、地面沉降超限等突发情况，提前准备抢险材料和设备，确保施工安全。

五、应用效益与未来展望

（一）应用效益分析

长距离顶管施工技术在市政给排水工程中的应用，带来显著的综合效益。经济效益方面，减少土方开挖和回填量，降低人工和机械成本，缩短工期；环境效益方面，避免粉尘、噪音污染，保护城市生态环境；社会效益方面，减少对交通和居民生活的影响，提升城市整体形象。

（二）未来发展方向

随着智能化技术的发展，长距离顶管施工将朝着自动化、信息化方向迈进。引入北斗导航、物联网等技术，实现顶管机的精准定位和远程监控；研发高性能泥浆材料和智能注浆设备，提高注浆减阻效果和施工效率；探索与盾构法、定向钻等技术的融合应用，适应复杂地质条件下的管道施工需求。同时，加强施工标准和规范建设，完善质量安全管理体系，推动长距离顶管施工技术的标准化、规范化发展。

六、结论

长距离顶管施工技术作为市政给排水工程的关键技术，具有显著的技术优势和广泛的应用前景。本文从技术原理、施工要点、质量控制等方面进行了系统研究，明确了各环节的核心技术和操作规范。在工程实践中，需结合具体地质条件和施工环境，科学选择施工方案，严格把控各工序质量，确保长距离顶管施工的安全性、高效性和经济性。随着技术的不断创新和完善，长距离顶管施工技术将为城市基础设施建设做出更大贡献。

参考文献

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