市政給排水施工中長距離頂管施工技術的應用探究

文／張 皓 青島膠州自來水有限公司 山東膠州 266300

張會君 膠州市水利局 山東膠州 266300

引言：

隨著城市化的不斷推進和人口的迅速增長，市政給排水工程作為支撐城市正常運行和生活品質的關鍵基礎設施之一，承擔著巨大的責任。在這一龐大而復雜的體系中，長距離頂管施工技術作為解決城市地下管道布局難題的關鍵環節，引起了廣泛的關注與研究。

1.市政給排水施工中長距離頂管施工技術的原理

1.1 長距離頂管施工技術的原理

長距離頂管施工技術的核心原理在于采用無開挖的方法完成管道的布設，以減少對城市地面的破壞。這一技術基于先進的推進系統，通過地下隧道方式完成管道的鋪設。首先，施工人員進行地質調查和管道規劃，確保了解地下環境，然后利用推進頭或鉆進機械在地下前進。與傳統的挖掘方式不同，這種方法無需在地面形成明顯的挖掘區域，從而降低了對周圍交通和市容的干擾[1]。通過精確控制推進系統，管道逐段完成鋪設，保證了施工的高效性和準確性。

1.2 管道材料和推進系統的原理

長距離頂管施工技術采用耐腐蝕和高強度的管道材料，如高密度聚乙烯（HDPE）、鋼材或玻璃纖維增強塑料，以確保管道在地下環境中的穩定性和耐久性。推進系統是實現施工的關鍵部分，包括推進頭、控制裝置和管道鋪設機械。推進頭負責在地下推進，并通過控制裝置監測施工參數，以適應地質條件的變化。管道鋪設機械協同作用，將管道逐段鋪設在推進頭的后方，確保整個施工過程的順利進行。這一系統的協調運作不僅提高了施工效率，同時降低了對城市生活和環境的不利影響，使得長距離頂管施工技術成為一種可持續和環保的市政工程實踐。

2.市政給排水施工中長距離頂管施工技術的影響因素

2.1 地質條件對長距離頂管施工的影響

2.1.1 地質構造及地層特征

地質構造的復雜性直接影響著頂管施工的難度。不同的地質構造可能涉及到不同的巖石類型、斷層帶或褶皺，這些都是需要在施工中克服的難題。例如，在巖石地區，可能需要更強大的鉆進設備來穿越堅硬的地質層。

地層特征的變化也是一個重要考慮因素。軟土地區和沙質地層可能在推進過程中發生塌方，而堅硬的地層可能需要更強大的推進系統來保證順利前進。因此，在施工前期，對地層的詳細勘測和分析是至關重要的。

2.1.2 地下水位和土壤穩定性

地下水位的高低對長距離頂管施工具有顯著的影響。高地下水位可能導致工地涌水，增加施工的困難和危險性。在設計和施工中，需要采取相應的防水措施，確保施工過程中地下水不會對工程產生不利影響[2]。土壤的穩定性也是一個關鍵問題。松散或不穩定的土壤可能導致隧道坍塌，增加施工風險。在這種情況下，可能需要采取加固措施，如注漿或使用支護結構，以保持土壤的穩定性。

2.2 技術因素對長距離頂管施工的影響

市政給排水施工的成功與否深受技術因素的制約。首先，施工設備和工藝的選擇直接塑造了施工過程的效率和成果。現代先進的推進設備、定向鉆井機以及自動化工具，為施工提供了更高的精度和更快的工作速度。工藝的巧妙設計可以優化施工步驟，確保施工過程的協調和流暢，同時最小化潛在的錯誤和延誤。其次，施工人員的技術水平和培訓程度是另一個至關重要的方面。高技能的施工人員具備豐富的經驗，能夠靈活應對施工中的復雜問題。他們對設備的熟練操作和對施工規范的深刻理解有助于提高整體的施工質量。持續的培訓計劃不僅確保了施工人員對新技術的適應性，也有助于維護施工隊伍的專業水平，降低潛在的操作風險。最后，前沿技術的應用對市政給排水施工產生了深遠的影響。信息技術的廣泛應用，例如無人機監測、傳感器網絡和智能監控系統，使得施工過程變得更加透明、實時可控。此外，新型材料的采用，如具有優越耐腐蝕性和高強度的材料，進一步提高了管道的可靠性和壽命。

2.3 管道材料及設計對施工的影響

2.3.1 管道材料的選擇

管道材料的選擇在市政給排水系統的長距離頂管施工中扮演著至關重要的角色。首先，耐腐蝕性和耐久性是關鍵考慮因素。使用具有強大耐腐蝕特性的材料，如HDPE、玻璃纖維增強塑料或鋼材的特殊涂層，有助于降低因腐蝕而引起的維護和更換成本，從而提高整體系統的可靠性和壽命。抗壓能力也是管道材料選擇的一個關鍵方面，尤其在高壓力區域，確保管道能夠承受外部壓力，防止破裂和變形。

2.3.2 管道設計與施工的協調性

管道設計與施工的協調性直接影響到整個施工過程的順利進行。管道設計必須充分考慮地質條件和實際施工情況，以確保設計的可行性和可維護性。合理的布局和深度設計可以減少施工的復雜性，提高管道的安全性。設計要素，如管道的彎曲半徑、連接方式和支護結構等，需要在施工前得到仔細的協調和驗證，以確保施工的高效性和安全性。

2.3.3 管道材料與環境的適應性

管道材料與環境的適應性是保障市政給排水系統長期運行的關鍵因素。首先，環境友好性成為越來越重要的考慮因素，選擇可回收的、環保的管道材料符合可持續發展的要求，降低對環境的不良影響[3]。其次，管道材料必須具備足夠的溫度和化學穩定性，以適應地下環境的溫度波動和可能存在的化學物質，從而保證管道的長期穩定運行。

3.市政給排水施工中長距離頂管施工技術的價值

3.1 最小化城市環境干擾

采用長距離頂管施工技術，其最大的優勢之一就是在施工過程中極大程度上減小了對城市環境的干擾。相對于傳統的挖掘方式，這種技術減少了對城市地面的破壞和開挖，有效地減輕了對周邊社區、道路交通以及城市景觀的影響。這不僅提升了施工過程的社會可接受性，還大大減緩了施工對城市正常運行的不利影響。

3.2 提高施工效率

長距離頂管施工技術引入了現代化的推進系統和先進的管道鋪設機械，從而在施工效率方面取得了顯著的提升。無需進行大規模的挖掘和地面恢復，極大地縮短了施工周期，有效地控制了工程的總體成本。這樣的高效施工方式為城市基礎設施建設注入了新的活力，使其更為迅速、高效地推進。

3.3 適應多樣地質條件

頂管施工技術的靈活性使其能夠適應各種復雜的地質條件，包括穿越巖石、軟土和其他地層。通過科學的規劃和技術手段，長距離頂管施工可以在不同地質環境下成功實施，從而提高了工程的適應性和靈活性。這意味著無論地下條件多么多變，都能夠有效地應對，為城市基礎設施建設提供了更大的施工空間。

3.4 提升施工安全性

相對于傳統的挖掘方式，長距離頂管施工技術在施工安全性方面有著顯著的優勢。減少了工地上的挖掘深度和土方運輸，有效地降低了坍塌和地陷的風險。這一優勢有助于提高整體施工的安全性水平，為工人和周邊居民減少了潛在的安全風險，使得施工過程更為可控和安全。

3.5 延長管道使用壽命

合理選擇管道材料，并通過無開挖的施工方式進行頂管布設，有效地避免了管道的二次損傷，減少了管道的老化和腐蝕風險。這不僅延長了市政給排水系統的使用壽命，還降低了后期的運維成本。通過這種方式，頂管施工技術為城市基礎設施的可持續發展提供了可行的路徑。

3.6 注重環保可持續發展

采用無開挖技術的長距離頂管施工減少了大規模土方的開挖和運輸，有力地保護了地表植被、水源和生態系統。與此同時，施工過程中產生的噪音、振動和塵埃排放也顯著減少，符合現代城市對環保和可持續性的高標準要求。這種環保意識的融入使得施工既滿足了城市的發展需求，又最大程度地減少了對環境的不利影響。

4.市政給排水施工中長距離頂管施工技術的應用要點

4.1 做好施工準備

在進行市政給排水施工中長距離頂管項目之前，充分而全面的施工前準備是確保項目成功的至關重要的階段。首先，地質勘察是不可或缺的一環。通過詳盡的地質勘察和分析，能夠深入了解地下情況，包括土壤類型、地下水位、地質層次以及可能存在的地下障礙物。同時，對施工路線的精細規劃是確保項目成功的關鍵步驟，考慮到市區內的交通、建筑物和其他基礎設施，規劃需要兼顧工程的順利進行和對周邊環境的最小干擾。在施工前，與相關政府部門進行充分的協商和溝通，獲取必要的許可和批準，以確保施工符合法規和城市規劃。另外，長距離頂管施工需要先進的推進系統、水平螺旋鉆機等設備的充分準備，確保這些設備的正常運行和充分保養，以防止在施工過程中出現不必要的故障和延誤。施工前的準備還包括安全措施的制定，制定詳細的安全計劃，培訓工作人員關于安全操作的知識，確保在施工過程中能夠迅速應對突發狀況，最大限度地減小事故的發生概率。通風系統的設計和安排也是其中的一個關鍵環節，以保障施工人員在地下作業時的健康與安全。

4.2 頂管施工技術的應用

頂管施工技術在市政給排水工程中的應用包括一系列具體操作步驟，以確保工程的成功進行：（1）推進系統的設置：施工開始前，需要設置先進的推進系統。這包括安裝推進設備，如液壓推進機或履帶式推進機械，并確保其正常運行。這些設備負責推動頂管的推進頭，開辟地下通道。（2）地下通道的開挖：推進系統將推進頭部置于地下，開始開挖地下通道。這一過程涉及到鉆進地下，創造足夠的空間以容納管道的安裝。（3）水平螺旋鉆機的操作：水平螺旋鉆機被用來創造水平通道，為管道的布設提供通路。操作員通過控制螺旋鉆機的旋轉和推進，適應不同地質條件，確保通道的準確創建。（4）通風系統的建立：長距離的地下作業需要確保工人的安全。因此，在施工現場建立通風系統，以保證工作區域的新鮮空氣流通。這可以通過風管、風機和空氣監測系統來實現。（5）管道材料的選擇和布設：根據工程要求和地下條件，選擇合適的管道材料，如HDPE 管或涂層鋼材。然后，將管道逐段鋪設到開挖的通道中，確保管道的連接牢固。（6）施工現場的監控：施工過程中需要進行持續的監控，包括對推進系統、水平螺旋鉆機、通風系統和管道布設的實時監測。這有助于及時發現問題并采取糾正措施。

4.3 水平螺旋鉆機技術的應用

首先，確定起始孔位置，并將水平螺旋鉆機準確定位于該位置，這一步驟至關重要，涉及到施工的準確性和通道的方向。典型參數包括水平螺旋鉆機的旋轉速度和推進力，這些參數根據地質條件進行調整。接下來，啟動水平螺旋鉆機，其旋轉和推進機制開始創造水平通道。通道的直徑和長度是關鍵設計參數，通常在直徑30 至120 厘米之間，而每小時的推進速度可達數米，具體數值取決于地質特征。這一創造通道的過程需要實時監測，以確保通道的精準性和符合設計規范。隨后，根據具體工程需求，可以調整水平螺旋鉆機的參數，包括通道直徑和長度。這一靈活性使得水平螺旋鉆機技術適應不同的管道布設要求，提高了施工的適應性。通道的創造過程同時注重對地下障礙物的規避，確保施工的安全性。最終，通過通道引入管道材料，并沿著創造的水平通道進行布設。這一步驟不僅高效完成，同時減少了地表破壞的影響。整個過程中，實時監測和調整是關鍵步驟，以確保施工的精準性和高效性。水平螺旋鉆機技術的應用流程通過數據的支持，為市政給排水工程提供了一套可靠而先進的解決方案。

4.4 通風技術的應用

通風技術的應用在市政給排水工程中的應用是確保工作環境安全和工作人員健康的關鍵環節。通風系統的設計至關重要，首先需要進行詳盡的空間分析和體積計算，以確定通風系統的最佳配置。通風設備的選擇和設置涉及到關鍵參數的精準調配，如通風機的功率和位置，風道的布局，以及排風口的合理分布。舉例而言，通風系統在設計中通常要考慮每小時的空氣交換次數，這個值通常在6 到12 次之間，具體取決于工作區域的性質。

調整通風系統的風速和風量是確保系統高效運行的重要步驟。風速的調整需要平衡充分的通風效果和能耗的經濟性。為了提高系統的智能化和響應速度，一些先進的通風系統可以根據工作區域的氣體濃度實時調整工作參數。例如，當有害氣體濃度超過安全標準時，通風系統能夠自動啟動，并通過控制風速和風量，將有害氣體有效排除。在實際操作中，通風系統需要實施氣體濃度監測。這可以通過在工作區域安裝氣體傳感器來實現，監測可燃氣體、有毒氣體等。數據的準確采集有助于系統的智能調整，以適應實際的工作場景。通風系統的緊急通風措施也至關重要，尤其當監測到可燃氣體濃度危險上升時，通風系統應能夠立即啟動，迅速排除有害氣體。

從另外一個角度分析，定期的維護和檢查是通風系統保持高效運行的保證，這包括清理風道、更換濾網、檢修通風機等操作。通風系統的維護頻率可以根據具體使用情況進行調整，但通常建議每季度進行一次全面的檢查。通過這一全面的操作流程，通風技術在市政給排水工程中的應用不僅確保了工程施工環境的安全，同時提高了施工效率，降低了事故風險，實現了人機協同的施工環境。

5.市政給排水施工中長距離頂管施工技術的應用策略

5.1 合理劃分長距離頂管的施工段落

在市政給排水工程中，合理劃分長距離頂管的施工段落是確保高效實施工程的核心策略。這涉及將整個工程劃分為若干個施工段落，以更有效地管理和推進施工進程。劃分的過程中，充分考慮地質條件和管線布局的多樣性，確保每個施工段落具備靈活性，以適應不同的地質特征，并采用最適宜的施工技術。同時，管線布局的科學規劃旨在最大化優化施工路徑，簡化工程復雜度，避免與已有基礎設施和管線的交叉，降低施工風險。此外，施工段落的劃分注重連貫性，確保相鄰段落在地質條件和管線布局上相對銜接，以保障整個工程的順利推進，減少不必要的調整和干擾。在劃分的同時，設置合適的連接點，通過詳盡研究地下環境，確定連接點的最佳位置，以確保后續管道的鋪設和連接更加順暢進行。

5.2 數字化技術的引入

數字化技術的引入為市政給排水工程中長距離頂管施工帶來了顯著的創新和效益。通過采用先進的數字化技術，尤其是建筑信息模型（BIM），工程團隊能夠在施工前進行全面的數字建模，包括地下的地質結構、管線布局以及其他關鍵信息。這一全景模型為工程提供了深入了解工程空間結構、預測地下障礙位置以及提前識別潛在問題的能力。

數字化技術還具備實時監測和管理的優勢。通過使用傳感器和監測設備實時采集地下環境的數據，包括地質參數、溫度、濕度等，工程團隊能夠及時發現問題并調整施工方案，確保施工的高效性和質量。在協同工作方面，數字化技術通過云端平臺提供了實時共享的平臺，使得團隊成員能夠即時共享工程模型、監測數據和施工計劃，從而促進信息共享和協同工作，提高團隊的整體協同效率，這對于長距離頂管施工中復雜的工程協調和管理至關重要。

5.3 強化技術管理

強化技術管理在市政給排水工程中長距離頂管施工中具有至關重要的作用。這方面的管理涵蓋了多個方面，旨在提高工程的效率、質量和可控性。首先，技術管理需要建立合適的技術標準和規范。這包括確立施工過程中所需的具體技術要求，以及施工設備和工藝的規范使用方法。標準化的技術規范有助于確保施工在統一的技術框架下進行，降低技術風險，提高施工的一致性和質量。其次，技術管理還包括施工人員的培訓和技能提升。工程團隊需要具備先進的工程知識和技術，以應對復雜的施工挑戰。定期的培訓和技能提升計劃有助于確保施工人員掌握最新的技術和最佳實踐，提高他們的專業水平。另外，技術管理涉及到先進設備和工具的采用。市政給排水工程中長距離頂管施工通常需要特殊的工程設備，如水平螺旋鉆機、盾構機等。技術管理需要確保這些設備處于良好的工作狀態，定期維護和檢修，以減少設備故障對施工進程的干擾。

結語：

綜合以上論述，在市政給排水工程中長距離頂管施工具有至關重要的作用，本文提出了強化該項技術的策略，不僅可以提高工程的效率、質量和可控性，還為工程的順利推進創造了有利條件。特別在新時期，數字化技術的應用為市政給排水工程注入新的動力和創新，為未來的發展提供了廣闊前景。