明挖施工和顶管施工在市政给排水管道施工中的运用研究

随着城市化进程的加速，市政基础设施建设的重要性愈发凸显，其中给排水管道系统作为城市的“静脉”和“动脉”，直接关系到居民的生活质量和城市的可持续发展。明挖施工与顶管施工是两种主流的管道铺设技术，各自拥有独特的优势和适用场景。近年来，随着工程技术的发展，这两种方法都得到了进一步的完善，为满足城市地下工程复杂多变的施工需要，探索了多种组合方式的可能性。随着城市人口的不断增加，生活水平的不断提高，对这两种施工技术的应用背景进行研究具有重要意义。

1 市政给排水管道建设的重要性

一个高效可靠的供水与排水系统，是保障城市正常运行的重要保障。完善的给水排水系统不仅可以防止传染病的蔓延，保障公众的身体健康，而且可以有效地应对洪灾等自然灾害，并通过合理地集雨与排水方式来缓解洪灾带来的危害。

随着环境保护意识的提升，给排水系统的建设还肩负着水资源循环利用的责任。先进的污水处理技术可将城市污水转化成再生水，用于农业灌溉和工业冷却，节约了宝贵的淡水资源。而且，在城市建设与发展进程中，城市给水、排水系统的合理布局，是实现城市可持续发展的重要保证。

从经济角度来看，完善的城市供水、排水系统是吸引外资，促进商业活动，促进社会发展的重要因素。它不仅可以提升城市的宜居性与吸引力，还可以为企业提供必要的经营条件，从而促进当地经济的发展。因此，重视和加强市政给水排水管网的建设，对建设现代化的城市格局，提高城市的综合竞争力，意义重大。

2 市政给排水管道施工中的明挖施工技术

2.1 土方开挖

土方开挖作为该过程的第一步，其目的是为后续的管道安装提供足够的空间，并确保整个施工过程的安全性和效率。根据具体地质情况及管线设计要求，施工单位可采用不同的机械、人工开挖方式。

对于较小直径且埋深不超过2 米的管道系统，如果场地较窄，且采用单根敷设，同时土层容易人工开挖，且地下水位在沟底以下时，可考虑人工开挖。因此，操作人员应特别注意保持土壤的自然湿度，避免过多的扰动。当遇到砂土或砂砾土地质时，直形槽的最大深度限制为1.0 米；而对于亚砂土和亚黏土，则允许达到1.25 米。当超出规定值时，应采取适当的边坡控制措施，以确保边坡的稳定；当沟槽深度大于2 m 时，为安全起见，建议分层开挖。

相比之下，机械开挖适用于更大规模和更深层的项目。 为避免对原开挖沟底地基产生破坏，在开挖至设计标高前应保留30 厘米左右未受扰动的土层，然后 设计标高。整个施工过程中，各测量组必须密切配合，避免出现超挖现象。考虑到地下 压线缆等潜在风险因素，在此之前，定要做好详细的调查工作，制定相应的 管沟边缘至少1 米远的位置，且堆高不宜超过2 米，以便于后续回填作业顺利进行。同时， 行合理地规划，对回填土的需求进行计算，并及时将多余的土方运出。

2.2 设置撑木板

当挖槽开挖深度达到一定程度时，尤其是软弱、不稳定的地质条件，需要采用支护结构增强槽壁的稳定与安全。常用的支承材料有木材、钢材两种，其中木梁上设置横板密撑是一种先撑起半槽的方法；而钢制支撑则涉及撑板、梁与撑杆的应用，它们之间应用“扒锯”钉牢固定，严禁使用短木接长作为撑杆。

根据实际需要确定支撑系统的布局形式，例如直线型、L 型或其他复杂形状。按照预定位置安装横向支撑件（即撑木板），并与沟槽两侧紧密接触。采用竖向撑杆将各层压板连接在一起，构成整体框架。对木支撑体系而言，在支撑板与支撑杆交界处设置托木，起到分散受力、提高结构强度的作用。最后检查各连接点是否牢固，无松动现象。安装时务必严格遵守安全规程，避免发生事故。

2.3 槽底夯实

槽底夯实的主要目的是去除任何可能影响管道铺设质量的因素，比如不均匀的地基沉降、软弱夹层或者水分过多导致的泥泞状态。为此，施工队伍会采用多种方法和技术手段来实现这一目标。

在进行夯实前，必须先将坑底表面的杂物清理干净，包括石头、树根和其他有机物等，否则将成为日后出现的隐患。如果在某些地方发现有明显的湿陷现象，就需要采取附加措施，如用杂砂或砾石等更稳定的材料，并保证填料能充分压实。对已浸水的那部分土壤应挖掉，然后用高质量的填料代替。当地下水位较高时，可以在槽底预留20厘米厚的土层，随着进一步挖掘逐步清除，以此减少水的影响。

在实际施工过程中，应根据现场具体情况选择合适的夯具。像蛙式打夯机这样的小型设备适用于窄沟，大型振动压路机适用于开阔地带。无论是哪种情况，都强调分层夯实的重要性——每次添加一定厚度的新土层后立即进行压实，直到满足设计要求为止。

2.4 管道安装

在管线安装阶段，必须对各管段的位置、走向及接头质量进行严格的控制，以保证管线的正常运行。根据应用场合的不同，所选择的管材也会有所不同，例如，给水管通常采用聚乙烯（PE）管，因为它具有耐腐蚀、韧性好；排水管道大多采用预制混凝土管，因其强度高、耐久性好，在城市排水管网中得到了广泛的应用。

在安装时，首先要做的就是保证管线准确地沿着既定的路径就位。这既包括水平方向的定位，也包括垂直方向的倾斜调整。为取得最好的施工效果，必须依靠预制的样桩作为基准，并借助先进的量测设备对其进行实时监测。一旦发现有偏差，应立即采取纠正行动，直到达到设计标准为止。特别要注意，当遇到既有结构物或其他意外状况时，应在适当位置增设连通井，以保证水流平稳过渡。

接下来是管道之间的连接工序。热熔焊和电熔焊是 PE 材料给水管道最常用的一种连接方法。两种方法均能保证接头的密封性，从而避免渗漏。但是，对于预制混凝土排水管的处理，更多地是采用承插式机械连接。无论采用何种连接工艺，其关键是要保证界面的清洁和干净，必要时还要对其进行凿毛等预处理以提高粘接强度。选择适当的填充材料，有利于填充界面间隙，进一步提高结构的稳定性。

2.5 管道接口

为了保证界面处的强度与密封性，施工队伍必须严格按照图纸上的要求，将每个细节都做得一丝不苟。从原材料的选择到成品的封口，每一个环节都不能忽视。

在选择接口填料时，应优先选择物理性能好的材料，如具有较高的抗压强度、良好的耐候性能和不易变形等。这种填料在起到支撑作用的同时，也能有效地将外界 染物阻挡在外。对于抹带施工，即在接口周围涂抹一层保护层的操作，在需要的情况下，必须保证接口接缝 留的杂质，表面可以做一些预处理，例如清洁或者轻微的打磨，以增加粘着力。抹带施工结束后要及时养护，以保证在最短的时间内达到预期的强度。

对于检查井与管线的连接部位，应特别注意以下几点。一方面，检查井砌筑砂浆要饱满，勾缝要完整无缺漏，抹面要干净湿润，抹面要及时压光收浆和养护。另外，遇有地下水时，应及时将抹面、勾缝等施工完毕，切勿等回填后再做。与检查井相连的管道外表面应先湿润，然后均匀地刷一层水泥原浆，座浆到位后，进行内外抹面处理，防止渗漏。

对于规划预留支管封口，砌堵前应将管口0.5 米左右范围内的管内壁清洗干净，涂刷水泥原浆，同时把所用砖块润湿备用。砌筑砂浆标号应不低于M7.5，且具良好的稠度；勾缝和抹面用的水泥砂浆标号不低于M15。对管径较大的管线，应采用内外两面勾缝或抹面，按五层防水施工方法进行施工；管径较小的管线只需做外侧的单面勾缝或抹面即可。

3 顶管施工在市政给排水管道施工中的运用

3.1 工作坑建设与顶进设备安装

工作坑是顶管施工的核心部位，其施工质量直接影响着整个施工的成败。根据设计图确定施工坑的位置，一般在检查井附近。根据勘察报告，选择适当的支护结构形式，如钢板桩、钢筋混凝土沉箱等，并保证其强度足以承受随后顶进时的巨大压力。

对于使用钢板桩的基坑，首先要在预先确定的边界处打入一系列密集的钢板桩，以形成封闭空间。然后，再向内开挖，直到达到设计要求的深度，并对周围的墙体进行加固，以防止塌方。如采用钢筋混凝土沉箱，则需先进行预制，再沉入就位。无论采用哪一种方法，为了保证后续管线的顺利通过，都必须预留精确尺寸的管孔。考虑到顶进过程中，前、后墙都要承受很大的推力，所以这两个部位的加固就显得尤为重要。

完成工作坑的准备工作后，紧接着就是顶进设备的安装，包括液压千斤顶、机头（导头）、后座等关键部件的布置。液压千斤顶是产生顶力的主要装置，它安装于工作坑中，并与控制中心相连，保证了操作者能准确地调整顶力大小和方向。机头则位于最前端，负责破土前行，它的结构复杂且功能多样，包括刀盘用于破碎围岩和土壤，推进盘用于保持前进姿态，密封装置用于防止泥浆和污水的入侵，以及液压系统的动力支持。而后座则是固定于工作坑后端的一个坚实平台，为千斤顶提供反作用力点，保证顶进时的力量传递稳定可靠。

3.2 管节顶进与接口处理

准备好顶进设备，进行管节的顶进。每一根管道接头都是预先制造好的，然后依次提升到工作坑中，一个接一个地推进。在顶进时，要密切注意各节的位置是否满足设计要求，并使用精密的测量仪器，随时对偏差进行修正，以保证各节准确到位。为达到此目的，通常在管节的前端安装导向器，以辅助导向器的导向；在这些管道节点上，安装摄像头等传感器，将实时的信息反馈给地面指挥部。

当一根管子完全插|入地面后，下一根管子就会吊入工作坑，为下一节管子的安装做好准备。因此，如何正确处理相邻两管接头的界面非常重要。保证两节管道的管口对齐，然后将浸有沥青的麻絮填满，作为初步的密封材料。采用金属内胀圈压紧管道，保证顶管施工时管道接口不会出现错位现象。当所有管接头完成后，拆去内胀环，涂上水泥砂浆，使之与管内壁光滑过渡，就完成了界面的最后密封。为增强防渗效果，有时需在其外侧加装套圈，再加橡胶环以提高其密封性。

3.3 钻孔与扩孔工艺

钻孔是顶管施工中不可缺少的一个环节，特别是长距离顶管施工，直接影响着后续顶进方向及施工精度。钻孔作业一般采用专用钻机，它能在地下形成一条笔直的通道，从而为管节的铺设创造条件。在钻进前，先由技术员对导孔轨迹进行详细地规划，再用精密的测量工具进行起点坐标值的确定。随着钻头一点点钻入地面，地面操作人员依靠先进的导航系统不断修正钻头的位置，以保证钻头始终按照预定的轨迹前进。

当导向孔顺利钻入预定的靶点后，便进入了扩孔阶段。这个过程是要把原来的孔径扩大到足够大，以适应将要进行顶钻的管节。在扩孔过程中，采用专门的钻扩孔工具沿原有的导向孔回扩，逐步扩大孔径。在这段时间里，一定要有足够的泥浆，既要润滑又要冷却，还要帮助把切割下来的土运到地面上。同样地，扩孔速度也要严格控制，太快会引起孔壁不稳，太慢又会影响到整个施工过程。因此，操作人员需要根据现场条件对参数进行灵活调整，以保证扩孔工作顺利、高效。

4 施工方法的优化与结合

明挖法和顶管法各有其优点和不足之处，合理地进行优化组合，能充分发挥二者的优势，克服各自的不足。对于地质条件较好，地表活动不频繁的地区，应优先采用明挖法快速推进；对于交通流量大、地下障碍物较多的地段，顶管施工对环境影响较小。

通过详细的前期调查，对场地地质情况和周边设 确地评价，从而确定最佳的施工技术路线。同时，利用 BIM 等信息技术对建筑结 题 制定相应的对策。针对顶管施工中普遍存在的偏差控制问题，采用 工进度。合理布置工作坑位置及其间距，不仅可以保证顶管连续、 用场地。采用预制构件代替现浇，既可加快施工进度，又可减少对环境的污染。加强施 的质量标准、及时处理突发事件也是保证工程成功的一个重要环节。

5 结语

通过优化明挖与顶管施工方法的结合，并引入先进的技术支持和科学管理手段，市政给排水管道建设能够在保证工程质量的同时，显著提升施工效率并降低对环境的影响。随着我国城市化进程的加快，城市基础设施建设面临着越来越大的挑战。一方面，科技创新会持续推动产业发展，如自动化控制、 BIM 等技术的深入应用，提高项目的精确性与可靠性；另一方面，随着绿色施工的理念越来越深入人心，建设单位越来越重视环保和资源节约，探索更加环保、高效的建设模式。面对复杂多变的地下空间利用需求，行业内需要不断积累经验，加强专业人才培养和技术交流，以适应新时代发展的要求，确保我国市政工程水平持续领先国际同行。

参考文献：

[1] 王相乐. 湍西干渠隧洞工程喷锚支护暗挖与顶管方案比选[J]. 河南水利与南水北调， 2022， 51 （08）： 65-67.

[2] 胡丹萍，陈叙笛. 岩层环境下市政管网顶管与明挖施工造价对比研究[J]. 中国设备工程， 2022， （06）：223-224.

[3] 邱俊新. 非开挖管道拉顶铺设技术在城镇环保设施改造中的应用[J]. 施工技术（中英文）， 2021， 50 （21）：11-13.

[4] 卞荣，崔远东，王淑红，等. 电缆隧道施工工法综合经济性分析[J]. 工程经济， 2021， 31 （06）： 76-80.

[5] 郭建，朱婷. 复杂地质段管道施工明挖顶管施工应用[J]. 科技资讯， 2020， 18 （30）： 55-57.