頂管施工技術在城市更新改造中的應用與分析

王邦勛

宜昌市夷陵區城建項目管理服務中心 湖北 宜昌 443100

引言

隨著城市的高速發展，現狀市政公共基礎設施的使用功能已不能滿足現實需求，在市政工程中給排水、電力、通信、燃氣、交通等領域顯現尤為突出。頂管施工技術作為一種新型管道改造技術，具有高效、環保、經濟、安全、適用等優點，在城市更新改造中得到了廣泛應用[1]。本文將對城市更新改造中頂管施工技術（泥水平衡式）的應用進行探討，并分析其可行性和存在的問題。

1 城市更新改造中頂管施工技術應用

1.1 管網改造

是指對城市中老化、損壞、不符合要求的管道進行修復、更換或新建的一系列工作。城市管道是城市基礎設施的重要組成部分，涵蓋自來水、天然氣、污水、雨水、通信等多個領域，而隨著城市的發展，管網的老化、損壞和失效問題越來越突出，不僅會影響城市的正常運行，還會帶來一系列環境和安全問題[2]。

1.2 新建管道

新建管道是指在城市中新建管道，以滿足城市基礎設施建設和功能拓展的需求。

頂管施工技術可以快速地進行新管道的鋪設，因為其具有無須開挖地面、降低施工難度、減少對交通的影響等優點，能夠大幅度提高施工效率，縮短工期，降低施工成本，促進城市基礎設施建設的快速、高效、可持續發展。

1.3 地下管廊

地下管廊是一種將城市地下各種管線進行集中鋪設、集中維護的地下設施，包括自來水管道、天然氣管道、污水管道、電纜、通信管道等。地下管廊的建設旨在優化城市地下空間的利用，避免地面多管道交錯、擁擠的情況，提高城市基礎設施的管理和維護效率。

1.4 智慧城市建設

智慧城市是指利用現代信息技術和物聯網技術，將城市的各種基礎設施進行智能化、信息化、互聯化，實現城市各種服務的高效運營和優化管理，提升城市治理能力和居民生活品質。

智慧城市建設需要大量的智能設施，包括智能交通、智能能源、智能建筑、智能安防、智能環保、智能醫療等。這些設施需要進行集中的鋪設和維護，頂管施工技術可以快速、高效地進行智能設施的鋪設和維修[3]。

頂管施工技術可以將不同種類的管線（如電力、通訊、水管等）集中在同一地下管道內。此外，頂管施工技術可以高效地進行管道的鋪設和維修，減少施工噪音和對城市交通的影響，提高施工效率和質量，為智慧城市的建設提供有力支持。

2 泥水平衡式機械頂管施工技術

圖1 頂管施工工藝流程

2.1 頂管機械安裝

進出洞口標高控制直接影響頂管施工成敗；進洞時，根據設計要求，嚴格控制其水平偏差不大于5mm，出洞口時防止管道出坑后的“磕頭”而引起的偏差；進洞口采用鋼板樁止水環，并安裝橡膠止水圈，在機械頂管頂進過程中，由于橡膠圈磨損嚴重，防止頂進漏水現象采用內外兩道止水圈，起到止水效果。

2.2 頂進方向控制

管道軸線、中線定位的走向首先用經緯儀校核，按照管道的坡向，高差在頂管機上配備激光導向系統指導頂管機頂進，方向控制由油缸來進行糾偏，若管道頂進的方向和設計軸線方向產生偏差，應該用工作管內的調節千斤頂進行糾正，糾偏后達到施工設計要求。

2.3 管道頂進技術要求

2.3.1 頂進前應對成品管道、鋼板止水環、橡膠密封圈及襯墊材料作檢測和驗收。頂進前全部設備應經過檢查并經過試運轉合格。

2.3.2 鋼筋混凝土管道傳力面上設置環形木墊圈，采用膠粘劑粘在傳力面上，保證均勻傳力，混凝土面不被破壞。

2.3.3 初始頂進速度宜控制在10～20mm/min。

2.3.4 正常頂進時，頂進速度宜控制在20～30mm/min，注意理論出土量控制在98%～100%。發現出土量有較大誤差時應查明原因。

2.3.5 工作面壓力值應根據頂管機機型確定。

3 頂管施工技術的優點和缺陷：

3.1 頂管技術的優點

3.1.1 施工精度高，配備激光導向系統指導頂管機頂進。

3.1.2 綜合成本低：只需要排除地下土層中的管道范圍內的土體，使工期縮短、工程量減少。

3.1.3 對環境的破壞小：能使周圍構筑外設施保持其原有功能，不被破壞，后期恢復面積小；可以減少土地開挖和大量運輸的情況，節約能源和資源。

3.1.4 能穿越各種不同的地層地質等。

3.1.5 安全風險低：不存在基槽開挖，土石方坍塌發生安全事故的風險。

3.1.6 頂管長度可控：單段頂管根據地質情況可達900m。

3.1.7 施工效率高：頂管施工技術可以在較短時間內完成大量的管道鋪設和修復工作。

3.1.8 維護成本低：頂管施工技術可以提高管道的質量和可靠性，減少維護和修復的成本。

3.2 頂管技術的缺陷

機械頂管對設備的安全隱患大，在頂管施工中由于不同特殊地質情況，頂管頂進無法預判特殊地質，頂管無法頂進施工，造成機頭埋設地下，則會帶來巨大的經濟損失。

4 頂管施工技術在城市更新改造中的可行性分析

4.1 從可行性的角度來看，頂管施工技術在城市改造中具有以下優點

4.1.1 技術可行性高。技術成熟的頂管施工技術已經經過長期的實踐驗證，在技術方面已經相對成熟，可以保證施工質量和安全性。

4.1.2 施工效率高。頂管施工技術可以同時進行挖掘和管道鋪設，施工效率高，可以大大縮短施工周期。

4.1.3 環境可行性高。對城市環境影響小。頂管施工技術只需要在地表挖掘一個小型豎井即可，對城市環境的影響小，可以減少對市民生活的影響。

4.1.4 經濟可行性高，節約成本。頂管施工技術相比傳統的開挖法施工成本相對較低，可以節約施工成本。

4.1.5 可靠性高。頂管施工技術的施工質量受到機械設備和控制系統的嚴格控制，可以保證施工質量的可靠性。

4.2 從經濟性的角度來看，采用頂管施工技術進行城市改造具有以下優點

①提高城市空間利用率。②縮短工期。③降低施工成本。④減少拆遷。

4.3 在城市改造中，采用頂管施工技術需要考慮以下因素

4.3.1 工程地質條件。工程地質條件對于頂管施工技術的應用具有重要影響，需要對施工現場的地質條件進行詳細的調查和分析。

4.3.2 環境影響評價。采用頂管施工技術需要進行環境影響評價，評估其對周圍環境的影響。

4.3.3 施工安全管理。頂管施工技術需要嚴格的施工安全管理，保證施工過程中的安全性和可靠性。

4.3.4 與現有管道接口。在城市改造中，需要考慮與現有管道的接口問題，確保新建管道與現有管道的無縫連接。

4.3.5 施工費用控制。采用頂管施工技術需要控制施工費用，確保項目的經濟效益。

5 城市復雜環境下頂管工程常見的問題及處理措施

5.1 城市復雜環境下的頂管工程常見問題主要包括以下幾個方面

5.1.1 地下障礙物的干擾：城市地下充斥著各種地下管線、設施和構筑物，這些地下障礙物會對頂管施工造成干擾，甚至會導致工程暫停。

5.1.2 地層條件的復雜性：城市地層多種多樣，包括土壤、石灰巖、軟土、雜填土等，地質條件的復雜性會對頂管施工造成影響，甚至可能導致地面塌陷、建（構）筑物破壞等安全事故的發生。

5.1.3 管道的承載能力：頂管施工完成后，管道需要承受地下土壓力和交通載荷等作用，因此管道的承載能力至關重要，一旦出現問題會對頂管工程的安全性造成威脅。

5.2 針對這些問題，處理措施如下

5.2.1 地下障礙物的處理：在進行頂管施工前，需要進行地下障礙物的勘測和定位，以避免施工中遇到地下管線等障礙物。如果遇到無法避免的地下障礙物，可以采用管道穿越、繞行等方式進行處理。

5.2.2 地層條件的處理：在進行頂管施工前，需要進行地層條件的勘測和分析，采取適當的支護措施和施工方法，以確保施工的安全性和質量。

5.2.3 管道的承載能力：在頂管施工中，需要注意管道的材料、壁厚、設計強度等參數的選擇和計算，以確保管道的承載能力符合要求。同時，在施工完成后，需要對管道進行質量檢測和監測，確保管道的安全性和可靠性。

綜上所述，針對城市復雜環境下頂管工程常見的問題，需要采取科學合理的處理措施，以確保工程的安全性和質量[4]。

6 結束語

城市更新改造是現代城市建設的必然趨勢，也是城市發展的重要方向。通過采用頂管施工技術，可以減少對地面的破壞和土壤的擾動，提高施工效率和質量，從而促進城市更新改造的快速、高效、可持續發展。在未來的城市更新改造中，頂管施工技術有望成為主流技術，為城市建設和發展提供更加可靠、高效、環保的支持。