市政給排水施工中的長距離頂管施工技術分析研究

朱乃榕

摘要：市政工程中的給排水設備作為為城市提供生活用水并處理生活廢水的基礎設施，在城市建設中有著不可或缺的重要地位。給排水的主要施工場所位于地下，傳統的給排水工程需要通過挖掘施工技術將管道深埋至地下，會對地表造成較大的影響。妨礙居民的日常生活與城市生產建設進程，而采用長距離頂管施工技術可以使用頂進裝置直接將管道頂入地下，施工量小，對地表影響小，污染程度低，是目前廣泛使用的一類給排水施工技術。本文從長距離頂管施工技術的概念與應用優勢出發，介紹了長距離頂管施工的施工流程，并對其中涉及到的技術要點進行了分析探討。

關鍵詞：市政工程;給排水施工;長距離頂管施工技術;研究

引言：

國民經濟與社會生產力的發展進一步推動了城市化進程的加快，市政工程作為城市建設中與居民的生活以及生產建設息息相關的基礎設施，其建設規模也呈現出持續擴張的態勢。其中，市政給排水設施為城市用水與排水提供了重要的物質保障，在市政工程建設中需要加強重視程度，而傳統的挖槽埋管施工技術對地質環境要求較高，不僅對地下環境影響較大，還會占據較多城市地表空間，不利于城市生產生活的順利進行。長距離頂管施工技術作為一種無需對地面進行開挖的施工技術，能夠有效解決以上問題，被越來越廣泛地應用于市政給排水施工中，下面將對長距離頂管施工技術展開分析研究。

一、長距離頂管施工技術的概念

長距離頂管施工技術與傳統的挖槽埋管施工技術相比，無需進行開挖施工作業，可以直接利用基于液壓技術的頂進設備將鋪設管道直接頂入地下目標位置中，不會對地表建筑、地表交通以及地下軌道交通等其他市政工程設施造成影響。這一方面極大地節約了市政給排水施工的時間、人力、物力、財力成本，縮減了工程量，提升了施工進度;另一方面也減少了對施工場所周邊環境的破壞程度，保障了城市生產活動與居民日常生活的順利運行。

長距離頂管施工的技術流程如下：一是在施工作業之前對各項設備與技術流程進行調試，為后續施工作業的順利開展提供保障;二是對地下管線進行檢測，確定管線位置;三是開展工作井與接收井的開挖作業，為后續頂管施工提供場所;四是對相關施工作業設備進行安裝與調試，確保液壓千斤頂、頂管機以及其他輔助設備能夠正常運行;五是開展頂進施工作業，并在頂進過程中采用相關技術手段降低阻力，糾正頂進偏差，確保管道能夠順利頂進至對應位置;六是對通過頂管施工技術安裝的管道進行閉水試驗，確保管道安裝的質量安全符合技術標準，能夠順利運行。最后，對施工現場進行竣工驗收清理即可[1]。

二、長距離頂管施工技術的優勢

（一）對施工場所干擾較低

長距離頂管施工技術采用直接將管道設備頂入地下的作業方法，無需如傳統挖槽埋管施工一般對地面進行開挖作業即可對管道進行鋪設，所占用的施工場所范圍較小，管道在鋪設過程中可以采用曲線路徑頂進作業，繞開地下各類設施障礙，不會對地表及地下環境造成大規模破壞，因此，長距離頂管施工技術對地表建筑物以及公路、鐵路等道路設施的影響較小，也不會對地下軌道交通的正常運行造成妨礙，能夠保障城市生產活動與居民日常生活行動的順利開展。

（二）對施工成本控制較好

長距離頂管施工技術與其他較為傳統的市政給排水施工技術相比，無需對地表進行開挖作業，極大地縮減了工程量，節省了施工人力成本。另一方面，長距離頂管施工技術的施工場所主要位于地下工作井中，與位于地表施工場所的施工技術不同，較少受到風霜雨雪等惡劣天氣狀況的影響，能夠縮短市政給排水施工的工期，節省了施工時間成本，降低了市政給排水施工的工程造價。

（三）對生態環境破壞較小

長距離頂管施工技術采取點狀施工模式，不會對地表進行大規模開挖作業，能夠較好地保護地表綠色植被，在竣工之后也能保證施工場所周邊環境較快恢復至原有狀態，無需對場地進行二次綠化，在節省建設成本的同時維護了生態環境綠色健康。此外，長距離頂管施工技術的主要施工場所位于地下，在施工過程中為避免施工作業引發的揚塵大規模散播到空氣中，會持續灌注清水與黏土漿，減少了市政給排水施工造成的大氣污染。再者，長距離頂管施工技術產生的噪音較小，降低了對周邊環境的噪音污染，推動了城市生態文明建設[2]。

三、長距離頂管施工的技術流程

（一）前期施工準備

在市政給排水工程中運用長距離頂管施工技術時，首先需要做好前期施工準備工作，以便為后續的施工作業奠定堅實的基礎。首先，需要對施工場所進行實地勘測，充分考慮施工場所的地質特征、氣候狀況以及周邊環境影響，在對施工場所信息進行充分收集的基礎上，制訂出科學完善的施工作業方案，對施工過程中的各項技術要求做出明確規定，合理統籌安排各類資源配置，為后續長距離頂管施工的順利開展與施工質量安全奠定了基礎。其次，需要根據長距離頂管施工技術的作業方式與安全標準并結合實際施工需求嚴格甄選出材質與性能優良的施工材料，如管材、鋼筋、混凝土等，并將施工成本一并納入考慮，對施工材料的使用方式進行合理推算，減少二次加工，提高市政給排水施工的質量安全。此外，還需要根據市政給排水工程的施工設計方案與施工成本采購性價比較高的施工設備，如頂管機、液壓千斤頂、起重機、攪拌機以及注漿機等，提升施工作業的效率，保證市政給排水工程的質量安全。

（二）工作井開挖

在市政給排水工程中運用長距離頂管施工技術時，需要在施工目標場地選擇合適的地點開挖打造工作井，為頂管施工作業提供場地條件。在建設工作井時，需要對沉井施工現場進行清理，通過實地勘測確定工作井開挖位點，對基坑開展挖掘作業，鋪設砂墊層與素混凝土墊層，在此基礎上進行沉井制作以及下沉作業，在下沉施工期間始終與地面保持垂直，當地質環境良好、滲水狀況不明顯時，可以繼續進行沉井下沉作業，而當滲水狀況嚴重，局部水位過高時，需要及時進行井點降水操作，也可采用鉆吸排土法繼續進行下沉作業。當達到施工目標深度之后，需要對工作井進行封底處理，使用混凝土對底板進行澆筑，保證工作井場地內頂管施工工程的順利安全開展。

（三）后靠墻施工

市政給排水工程中長距離頂管施工的后靠墻建設對施工作業的順利開展奠定了重要基礎。一方面，隨著工作井基坑面積的加大與深度的加大，外側墻體會產生更高的荷載力，容易導致井內發生墻體坍塌，造成嚴重的安全后果，而后靠墻能夠承載抵抗外側墻體的負載，保護工作井內部施工設備與施工人員的安全。另一方面，后靠墻能夠為液壓千斤頂的頂進作業提供均勻的受力支撐，通過頂力的傳遞讓頂管在頂級設備的推動下前進至指定位置。在后靠墻施工作業中，首先需要將墻體表面松動的浮土、土塊、碎石等物質進行清掃，再對墻體噴射水泥砂漿并進行整平，待墻體表面的水泥砂漿凝固后，將鋼筋錨固搭建為整體框架，并利用混凝土澆筑加固，使后背墻的強度達到規定強度的3/4，保證后背墻能夠為頂進設備提供充足的頂力，并維護工作井內設備與人員的安全[3]。

（四）施工設備安裝與調試

在進行頂管設備安裝與調整時，需要嚴格根據設備清單中注明的設備元件數量、種類以及技術安全標準對設備元件進行逐一檢查，排查設備元件可能存在的質量問題，在進行調整更換后，將設備元件按照要求進行安裝并試運行，檢驗施工設備的功能是否完整，確保在后續施工過程中能夠正常運行。例如，在進行工作井導軌設備安裝時，為保證導軌安裝位置的精確度與安裝穩定性，需要對管節中心的高程以及鋪設坡度進行調整，在專業測量儀器的輔助下將導軌軸線位置誤差調整在規定標準之內。在進行頂進設備調式時，需要對壓力繼電器與電接點壓力表機進行調整，使之處于正確的保安值，再緩慢逐步增加油壓力，對液壓千斤頂的啟動推力進行預測試，及時觀測后靠墻的狀態變化，以此檢驗頂進設備正常運作的可行性。此外，還需要對長距離頂管施工技術的其余輔助設備進行配置，在管身預埋件的對應部位安裝鋼刃腳以形成船頭坡，能夠為后續預埋件的鋪設提供便利，還需要通過人工挖土平臺的建立將管身頂進過程中推出的土體進行及時搬運，保證頂管施工作業的順利進行。

（五）機頭穿墻出洞

頂管穿墻出洞技術中掘進機的行進方向會對管道頂進方向的準確度以及井內管節的安裝造成重要影響，是長距離頂管施工流程中關鍵步驟。在進行機頭穿墻出洞之前，為了預防井外滲透的地下水涌入工作井內，威脅到施工設備與施工人員的安全，就需要在結合頂管位置，在洞口處的垂直墻體上澆筑混凝土止水墻，并在墻體上開設的十個預留孔內安裝橡膠止水圈，嚴密阻擋滲漏的地下水涌入。此外，為了防止頂管穿墻出洞洞口周圍相對松散的泥沙涌入工作井內引起塌方事故，需要在機頭出洞時加大掘進機的鉆頭轉速與頂力，通過提升出洞速度有效降低洞口周邊的土體損傷，從而防止土質松散的泥沙涌入工作井，造成嚴重安全事故。再者，需要保證機頭穿墻出洞時頂進方向的準確度，防止后續管道鋪設時軸線偏離誤差過大，影響市政給排水設備的施工質量。

（六）頂進施工

頂進施工是長距離頂管施工技術的主要環節。在頂進施工作業中，首先需要利用掘進機的推進力對洞口處的磚封門進行破壞，在掘進機完全進入洞口之后再拆除封口，為頂管推進作業降低阻力。在頂管頂進過程中，為保證頂管鋪設位置與設計方案之間的誤差在規定范圍之內，需要對頂管的偏移量進行嚴格測定，并根據頂管實際位置與目標位置對頂進設備的各項參數進行調整，直至頂管頂進方向還原至目標方向。當第一節管道頂進之后，再開始對第二節管道進行頂進施工，直至將所有管節全部頂入預設位置中。其中，管道的連接方式需要采用焊接技術進行固定，并在焊接過程中對焊接工藝嚴格把控，保證給排水管道的密封性，提高給排水設備的安全質量。

在長距離頂管施工過程中，頂進管道的長度會逐漸增加，產生的摩擦力也持續變大，會對頂進設備的頂力造成嚴重損耗。因此，需要綜合考慮施工環境的土壤地質特征、減阻技術類型以及頂管設備的頂力大小等因素，選取合適的位點設置中繼站，利用繼電器輔助頂管設備提高儲備頂力值來進行頂進作業。在中繼站位點的鋪設上，需要盡可能減少中繼站數量，降低市政給排水設備的工程造價，控制好施工成本[4]。

四、長距離頂管施工的技術要點

（一）水平螺旋鉆進技術

在長距離頂管施工作業中，由于螺旋鉆桿的直徑較小，且擁有導向儀作為輔助，能夠對管道軸線位置進行精準定位，因此，可采取水平螺旋鉆進技術確定管道中軸線的位置走向，按照設計方案規定的管徑使用螺旋擴孔鉆頭從管道軸線開始對孔洞進行擴張，并將管節拉入至空洞內。水平螺旋鉆進技術具有精確度高、對地表影響小的優點，在長距離頂管施工作業中可進行廣泛應用。

（二）測量糾偏技術

在長距離頂管施工作業中，管身在定金過程中所處的受力狀態較為復雜，很容易受到微小因素的干擾而造成軸線偏移，使得管道實際位置與預設位置不相符合。為保證管道鋪設路線與設計路線的錯位部分處于合格誤差范圍內，需要對管道中軸線與高程進行測量，檢驗中心線高度與設計高度是否一致，并在管道的逐節頂進中多次反復測量，隨時追蹤管節軸線的偏移情況，以便及時進行動態糾偏調整。在對管道進行糾偏的過程中，需要通過對管道周邊的土體進行少量挖掘填充來調整管身所受摩擦力的分布情況，也可以通過頂進設備在頂力與頂進方向參數的調節將管身頂進到規定位置。在糾偏過程中，需要對偏移量進行緩慢地矯正，以防改變原有參數引起管身破損或管道軸線大幅度偏移，為后續市政給排水的施工作業帶來較大困難，難以保證市政給排水設施的質量安全。

（三）管節止轉技術

在長距離頂管施工過程中，由于土體內部的管道與施工設備受力環境復雜，頂管機頭很容易受刀盤與出土機的影響而發生轉動現象，為施工作業的順利開展造成阻礙。因此，需要在機頭兩側陳放加壓重塊的安置架，對重塊進行均衡排放，當機頭發生轉動時，及時調整加壓重塊的分布狀況，利用重力作用將機頭扭轉至合適位置，避免管節由于發生轉動而產生不穩定的現象[5]。

（四）洞口土體加固技術

在長距離頂管施工過程中，為避免施工作業時工作井外的土體在受到強烈壓力干擾下發生松動移位，從而導致洞口坍塌，引發重大安全隱患，需要對洞口處的土體進行嚴格加固。現階段常用的洞口加固作業技術包含了混凝土澆筑技術、深層攪拌樁技術、凍結技術以及高壓旋噴技術等，需要根據洞口土體的摩擦角、土質硬度、滲水系數、標準貫入度等物理特性選取合適的加固方法與加固位置進行施工作業。當土質硬度較低時，需要擴大加固范圍，將整個斷面進行加固;當土質硬度適中，可以在管道頂部與兩側選取一定面積的范圍進行加固;當土質硬度較大時，可以根據實際施工狀況選擇不加固土體。

（五）頂進減阻技術

在長距離頂管施工技術中，為降低頂進設備的頂力損耗，并提升管道頂進速率，需要采取合適的技術手段減小頂進作業中產生的阻力。一方面，可以采取鋼板脫殼法來進行減阻，通過在管道頂部鋪設鋼板，將管身與頂部土體隔離開來，降低二者之間產生的摩擦力，方便頂進設備的快速作業，當鋼板與頂部土體摩擦力加大時，由于鋼板與管身處于無連接狀態，管身可以迅速脫離鋼板進行運動，降低了頂進設備的頂力損耗。另一方面，可以采用注漿減阻技術來降低頂進摩擦力，通過在管道與周邊土體之間灌注潤滑漿液，以環狀泥漿保護套的形式減小頂進阻力。在注漿減阻施工過程中，多以400m為間隔設置壓漿泵，提高管道注漿壓力，使得注漿壓力在長距離的頂管線路中保持穩定，還需通過漿液黏度與使用量的選擇，對管道周身的漿液進行均勻分布，根據頂進施工現場的具體情況隨時進行注漿補漿，確保有效降低頂進阻力。

（六）通風技術

在長距離頂管施工過程中，為保證施工人員的身體健康安全，需要對空氣質量較差的地下施工場所進行通風處理，建設完備的通風系統，利用鼓風機與抽風機對地下施工場所通風供氧，改善空氣質量，維護施工人員的身體健康安全，確保市政給排水施工的順利進行[6]。

五、結束語

市政給排水設施作為城市生存與發展不可或缺的基礎設施，需要將長距離頂管施工技術引入至施工作業中，以減少施工過程對地表環境的影響，維護施工場所的生態環境安全，并降低工程造價。為此，需要對長距離頂管施工技術的作業流程與技術要點展開充分的研究探討，以便對施工技術進行反思改進，提高市政給排水設備的施工質量。

參考文獻：

[1]張玉芹，張正平，李海果，等.市政給排水施工中長距離頂管施工技術研究[J].工程技術（全文版），2020.

[2]史明迪.市政給排水施工中長距離頂管施工技術研究[J].裝備維修技術，2021（30）：1.

[3]孟芃.長距離頂管施工技術在市政給排水施工中的應用[J].市場周刊·理論版，2020（73）：1.

[4]雷志強.市政給排水施工中長距離頂管施工技術分析[J].科技創新與應用，2020（18）：2.

[5]舒龍.市政給排水施工中的長距離頂管施工技術探究[J].裝飾裝修天地，2019，000（012）：163.

[6]靳芳，焦義坤.市政給排水施工中的長距離頂管施工技術分析[J].鋒繪，2021（5）：1.

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