市政給排水施工中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

文／張黎明、鄒文暉 華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 310000

引言：

市政給排水工程在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色，而長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)作為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，一直受到廣泛關(guān)注。本文旨在深入研究長(zhǎng)距離頂管施工中的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用，以滿足市政給排水系統(tǒng)的不斷需求。在文中，我們?cè)敿?xì)探討了水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)和注漿減摩控制技術(shù)，分析了它們的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，我們強(qiáng)調(diào)了深基坑的監(jiān)測(cè)和接口處理技術(shù)的重要性，以確保工程的安全和可靠性。通過這些技術(shù)的綜合運(yùn)用，我們可以提高施工效率，減小對(duì)環(huán)境的影響，為城市的可持續(xù)發(fā)展和市政給排水系統(tǒng)的升級(jí)提供了有力支持[1]。

1.中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 施工效率高，綜合造價(jià)低

施工效率高是中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的重要優(yōu)勢(shì)之一。傳統(tǒng)的地下管道敷設(shè)通常需要大規(guī)模的挖掘工作，涉及到土方開挖、清理、回填等多個(gè)步驟，而頂管施工技術(shù)通過利用推力將管道推進(jìn)到地下，避免了大規(guī)模的挖掘，因此大大提高了施工速度。這種高效率的施工方式對(duì)于減少工程周期至關(guān)重要，特別是在城市中的道路、交通和排水系統(tǒng)等項(xiàng)目中，可以降低對(duì)市民生活和交通的不便。此外，高施工效率還直接導(dǎo)致綜合造價(jià)的降低。在施工過程中，較短的工程周期意味著減少了勞動(dòng)力和設(shè)備的租賃成本，同時(shí)減少了施工期間的監(jiān)理和管理費(fèi)用。綜合考慮，中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)不僅提高了工程進(jìn)度，還在經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于有限的預(yù)算資源來說，是一種經(jīng)濟(jì)高效的選擇。

1.2 保護(hù)地表植被與綠地衛(wèi)生設(shè)施

中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是其能夠有效保護(hù)地表植被和綠地衛(wèi)生設(shè)施。在城市規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)方面，保留現(xiàn)有的植被和綠地非常重要。傳統(tǒng)的挖掘敷設(shè)管道方法常常需要清除大面積的植被，這會(huì)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境造成不可逆的損害。然而，通過頂管施工技術(shù)，只需要準(zhǔn)備進(jìn)出口的工作井，而不需要大規(guī)模的挖掘和清理工作。這意味著城市的樹木、草坪、花園等綠地可以得以保留，不僅維護(hù)了城市的生態(tài)平衡，還提升了城市居民的生活質(zhì)量。此外，保留綠地衛(wèi)生設(shè)施，如雨水花園和污水處理設(shè)施，有助于維護(hù)城市的環(huán)境衛(wèi)生，減少了污染和水質(zhì)問題。

1.3 路面挖掘工作減少

減少路面挖掘工作是中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的又一顯著優(yōu)勢(shì)。在城市中，道路和交通系統(tǒng)是不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，因此減少對(duì)路面的破壞至關(guān)重要。傳統(tǒng)的管道施工方法通常需要在道路上進(jìn)行大面積的挖掘和開挖，這不僅對(duì)交通流暢性造成了嚴(yán)重影響，還增加了道路維護(hù)和修復(fù)的成本。相反，頂管施工技術(shù)只需要幾個(gè)工作井作為進(jìn)出口，而不需要大規(guī)模的挖掘，從而最大程度地減少了對(duì)路面的干擾。這保證了城市交通的正常運(yùn)行，減少了交通擁堵和事故風(fēng)險(xiǎn)。此外，省去了挖掘和恢復(fù)路面的費(fèi)用，節(jié)約了維護(hù)預(yù)算。

1.4 不會(huì)造成建筑破壞

中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的最后一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是不會(huì)對(duì)周圍建筑物造成破壞。在城市環(huán)境中，建筑物通常密集分布，傳統(tǒng)挖掘可能導(dǎo)致鄰近建筑物的地基沉降或損壞，帶來嚴(yán)重的安全隱患和法律糾紛。頂管施工技術(shù)通過將管道安全地推進(jìn)到地下，避免了直接對(duì)建筑物的干擾。這意味著無論是住宅、商業(yè)建筑還是公共設(shè)施，都不會(huì)受到施工過程的影響。這一優(yōu)勢(shì)不僅提高了工程的安全性，還降低了建筑維修和維護(hù)的成本，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了更好的條件。

2.影響長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用的主要因素

2.1 地質(zhì)調(diào)查與勘探

地質(zhì)條件是長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。在進(jìn)行頂管施工前，必須進(jìn)行詳盡的地質(zhì)調(diào)查與勘探工作。這項(xiàng)工作的目的是了解地下土壤、巖石和地下水位的情況，以確定施工過程中可能遇到的地質(zhì)障礙和地下條件。地質(zhì)調(diào)查的深度和準(zhǔn)確度對(duì)工程的成功至關(guān)重要。通過詳細(xì)的地質(zhì)勘探，可以確定地下障礙物的位置和性質(zhì)，如地下巖石、地下水體、管道穿越點(diǎn)等。這些信息對(duì)于制定合適的施工計(jì)劃和避免地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)非常關(guān)鍵。此外，地質(zhì)調(diào)查還可以確定頂管施工所需的推力大小，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件下的管道推進(jìn)。

2.2 管體材質(zhì)與選型

管體的材質(zhì)選擇與選型是影響長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用的另一個(gè)重要因素。管體材質(zhì)必須根據(jù)施工條件和管道用途進(jìn)行仔細(xì)考慮，以確保其在地下環(huán)境中具有足夠的耐久性和可靠性。通常使用的管體材質(zhì)包括鋼材、混凝土、聚乙烯和玻璃纖維等。每種材質(zhì)都具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。例如，鋼材管體具有高強(qiáng)度和耐腐蝕性，適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工，但需要防腐保護(hù)。混凝土管體具有耐久性和質(zhì)量穩(wěn)定性，適用于長(zhǎng)期使用，但較重且需要大型設(shè)備進(jìn)行施工。聚乙烯和玻璃纖維管體輕便且易于安裝，適用于某些特定應(yīng)用。管道的選型也必須考慮管道的直徑、壁厚和外部環(huán)境因素。在選擇管體材質(zhì)時(shí)，必須充分考慮地下環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)和濕度，以確保管道的壽命和性能。

2.3 頂管推力

頂管推力是決定施工進(jìn)程的關(guān)鍵因素之一。推力的大小必須根據(jù)管道長(zhǎng)度、直徑、地質(zhì)條件和摩擦等因素進(jìn)行精確計(jì)算和控制。如果推力不足，可能導(dǎo)致管道卡住或無法前進(jìn)，從而影響工程進(jìn)展。如果推力過大，可能會(huì)導(dǎo)致管道偏移或損壞。推力的控制涉及到施工過程的監(jiān)測(cè)和調(diào)整。通常使用液壓系統(tǒng)來提供推力，監(jiān)測(cè)推力的大小并確保其在安全范圍內(nèi)。此外，必須根據(jù)地下條件的變化來調(diào)整推力，以應(yīng)對(duì)不同的地質(zhì)情況。推力的精確控制對(duì)于頂管施工的成功至關(guān)重要，需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師和操作人員來執(zhí)行。

2.4 管道的偏移

管道的偏移是另一個(gè)影響長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用的重要因素。管道偏移可能發(fā)生在施工過程中，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下或由于推力控制不當(dāng)引起。管道偏移可能會(huì)導(dǎo)致管道損壞、安全風(fēng)險(xiǎn)和工程延誤。為了防止管道偏移，必須采取一系列措施，如使用導(dǎo)向設(shè)備、精確控制推力、定期監(jiān)測(cè)管道位置等。此外，需要培訓(xùn)操作人員，使他們具備應(yīng)對(duì)偏移問題的能力，并采用適當(dāng)?shù)男迯?fù)方法。

2.5 工作井作業(yè)

工作井的設(shè)計(jì)和施工是影響頂管施工的關(guān)鍵因素之一。工作井必須具備足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以支撐頂管的推進(jìn)和安全作業(yè)。此外，工作井的位置和布局必須考慮施工進(jìn)程和地下條件。工作井的選擇和設(shè)計(jì)需要充分考慮地下障礙物、管道的走向和深度、施工設(shè)備的需求等因素。工作井的位置必須合理，以確保管道的順利推進(jìn)和安全施工。工程師必須根據(jù)具體情況制定工作井的施工計(jì)劃，并確保其滿足安全和施工要求。

3.長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用研究

3.1 頂進(jìn)施工土壓平衡控制

頂進(jìn)施工土壓平衡控制是長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的重要應(yīng)用之一。在施工過程中，管道被推進(jìn)到地下，這涉及到土壤與管道之間的相互作用。土壓平衡控制旨在確保在頂進(jìn)過程中，管道周圍的土壤受到適當(dāng)?shù)闹危员苊獾叵绿屯寥莱两担瑥亩S護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定性和安全性。為了實(shí)現(xiàn)土壓平衡控制，工程師必須根據(jù)地質(zhì)條件和管道直徑等因素來計(jì)算適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)力。推進(jìn)力不僅要足夠大以推動(dòng)管道前進(jìn)，還要在保持土壓平衡的前提下控制在合理范圍內(nèi)。這通常涉及到監(jiān)測(cè)土壤的應(yīng)力狀態(tài)，以及根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。此外，可以使用土壓平衡掘進(jìn)機(jī)械，通過精確控制土壤的排出和回填，以維持土壓平衡。土壓平衡控制對(duì)于長(zhǎng)距離頂管施工的成功非常關(guān)鍵，因?yàn)樗苯由婕暗绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的安全性和施工速度。通過合理的土壓平衡控制，可以最大程度地降低地下工程風(fēng)險(xiǎn)，確保市政給排水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[2]。

3.2 頂管工程注漿減摩控制

頂管工程注漿減摩控制是在長(zhǎng)距離頂管施工中常用的技術(shù)，用于減小管道與周圍土壤之間的摩擦力，提高施工效率和管道推進(jìn)的順暢度。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于通過注漿材料的引入來減少管道與地下環(huán)境之間的摩擦，從而降低所需的推進(jìn)力和能量消耗。

圖1 注漿減摩設(shè)備原理

首先，注漿減摩技術(shù)的操作原理是通過在管道外壁和周圍土壤之間注入特定的漿料或液體材料，以填充并降低這一空間中的摩擦。這有助于減小管道推進(jìn)時(shí)所需的推力，使其更容易前進(jìn)。注漿材料通常是液態(tài)泥漿或聚合物混合物，具有較低的黏度和潤(rùn)滑性，以降低管道與土壤之間的摩擦系數(shù)。漿減摩控制需要精確的計(jì)算和監(jiān)測(cè)。施工過程中，必須根據(jù)地質(zhì)條件、管道直徑和推進(jìn)速度等因素來確定合適的注漿量和注漿壓力。注漿量不足可能導(dǎo)致管道卡住，而注漿過多可能導(dǎo)致管道的不穩(wěn)定。因此，施工中需要不斷監(jiān)測(cè)注漿效果，確保管道的推進(jìn)穩(wěn)定和安全。總之，頂管工程注漿減摩控制是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)，可以顯著提高長(zhǎng)距離頂管施工的效率和成功率。通過減小管道與土壤之間的摩擦，這一技術(shù)降低了所需的推進(jìn)力，減少了能源消耗，同時(shí)也有助于減少管道的偏移和損壞風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，必須根據(jù)具體的地質(zhì)條件和工程要求來合理選擇和控制注漿減摩技術(shù)，以確保施工的安全和順利進(jìn)行。

3.3 頂管工程測(cè)量控制管理

測(cè)量控制管理在長(zhǎng)距離頂管施工中扮演著至關(guān)重要的角色。準(zhǔn)確的測(cè)量可以確保管道的位置、傾斜度和深度在施工過程中得到精確控制，從而保證工程的質(zhì)量和安全。在頂管工程中，測(cè)量控制包括以下方面：首先，位置測(cè)量是關(guān)鍵，以確保管道按照預(yù)定的軌跡推進(jìn)。通過使用高精度的測(cè)量設(shè)備，如全站儀和激光測(cè)距儀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道的位置，并及時(shí)糾正任何偏移。其次，傾斜度測(cè)量是為了防止管道偏離垂直軌跡。管道的傾斜度必須受到控制，以確保水平度和平穩(wěn)性。傾斜度測(cè)量通常使用傾角儀等設(shè)備進(jìn)行。最后，深度測(cè)量是為了確保管道達(dá)到預(yù)定的深度。深度測(cè)量通常使用深度傳感器或測(cè)深儀來實(shí)現(xiàn)。測(cè)量控制管理需要由專業(yè)的測(cè)量團(tuán)隊(duì)來執(zhí)行，并與施工過程相互協(xié)調(diào)。這有助于確保管道在地下的精確位置和深度，提高了工程的安全性和可靠性。此外，準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)也對(duì)后續(xù)的維護(hù)和維修工作至關(guān)重要。

3.4 接口處理技術(shù)

在長(zhǎng)距離頂管施工中，接口處理技術(shù)是一個(gè)至關(guān)重要的方面，特別是在管道連接點(diǎn)和其他管道或設(shè)備的接口處。這些接口必須被精確地處理，以確保管道的密封性和連續(xù)性，避免漏水和其他問題。接口處理技術(shù)包括以下方面：首先，管道連接點(diǎn)的處理是關(guān)鍵。通常，管道會(huì)分段鋪設(shè)，需要在連接點(diǎn)處進(jìn)行密封處理，以確保不會(huì)發(fā)生漏水或滲漏。這通常涉及到使用密封材料，如橡膠密封圈或密封膠水，以確保連接點(diǎn)的密封性。其次，管道與其他市政設(shè)施的接口處理也非常重要。例如，當(dāng)管道穿越橋梁、隧道、下水道或其他管道時(shí)，必須采取措施來確保接口的穩(wěn)定性和密封性。這可能需要使用特殊的接口設(shè)備或密封技術(shù)，以適應(yīng)不同的接口條件。接口處理技術(shù)還包括對(duì)管道的檢查和測(cè)試，以確保接口的質(zhì)量。這通常包括進(jìn)行水壓測(cè)試或其他檢測(cè)，以驗(yàn)證管道的密封性和性能。總之，接口處理技術(shù)在長(zhǎng)距離頂管施工中是不可或缺的，它直接影響到管道的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。必須確保接口處的處理和連接是準(zhǔn)確和可靠的，以保障市政給排水系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.5 水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)

水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)在長(zhǎng)距離頂管施工中扮演著關(guān)鍵的角色，它代表了一種高效、精確且適用于復(fù)雜地質(zhì)條件的施工方法。該技術(shù)通過使用螺旋鉆進(jìn)機(jī)械，在地下開展定向鉆孔，為管道的推進(jìn)提供通道。下面將深入探討水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用。首先，水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一在于其適用于多種地質(zhì)條件。無論是面對(duì)堅(jiān)硬的巖石、松軟的泥土還是含有雜質(zhì)的地層，該技術(shù)都能夠勝任。螺旋鉆進(jìn)機(jī)械具有強(qiáng)大的推進(jìn)力和扭矩，能夠在不同地質(zhì)條件下穩(wěn)定地進(jìn)行施工。這種靈活性使其成為應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)的理想選擇。其次，水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)為管道施工提供了高度精確的定位和導(dǎo)向能力。工程師可以通過控制螺旋鉆進(jìn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)速度和方向來精確控制管道的位置和深度。這使得施工能夠遵循預(yù)定的軌跡，確保管道按照所需路徑前進(jìn)。這對(duì)于穿越復(fù)雜地下障礙物、避免地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)以及減少管道偏移具有重要意義。此外，水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)有助于減少地面干擾和施工噪音。相對(duì)于傳統(tǒng)的開挖方法，該技術(shù)不需要大面積的土方工程和路面挖掘，因此對(duì)城市環(huán)境的干擾較小。這有助于維護(hù)周圍建筑物的穩(wěn)定性、減少交通阻塞，以及降低施工對(duì)環(huán)境的影響。總之，水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)代表了一種高度靈活、精確且適用于多種地質(zhì)條件的長(zhǎng)距離頂管施工方法。它通過控制管道的位置和深度，提高了施工的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，同時(shí)減少了對(duì)地面和周圍環(huán)境的干擾。這一技術(shù)在市政給排水工程中的應(yīng)用有望繼續(xù)發(fā)展，并為長(zhǎng)距離管道施工帶來更高效和可持續(xù)的解決方案[3]。

3.6 頂管深基坑的監(jiān)測(cè)

在長(zhǎng)距離頂管施工中，頂管深基坑的監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，旨在確保基坑的穩(wěn)定性和安全性。深基坑是用于支撐頂管施工所需的井和設(shè)備，因此其穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)施工過程的安全和順利進(jìn)行。首先，深基坑的變形監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。深基坑的變形可能會(huì)受到地下土層的影響，包括沉降和收縮。通過使用傾角儀、位移計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)深基坑的傾斜度和位移情況。如果發(fā)現(xiàn)任何異常，可以及時(shí)采取措施，如重新加固基坑或調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)，以確保基坑的穩(wěn)定性。其次，深基坑的排水監(jiān)測(cè)也是至關(guān)重要的。深基坑內(nèi)可能會(huì)積水，這會(huì)影響施工的進(jìn)行和基坑的穩(wěn)定。通過使用水位監(jiān)測(cè)儀器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)深基坑內(nèi)的水位變化。如果水位超過了安全范圍，需要采取排水措施，以防止基坑內(nèi)積水引發(fā)安全問題。

綜合而言，頂管深基坑的監(jiān)測(cè)是確保長(zhǎng)距離頂管施工安全和成功的重要環(huán)節(jié)。通過及時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制，可以降低基坑的風(fēng)險(xiǎn)，確保施工井和設(shè)備的穩(wěn)定性，從而維護(hù)工程的安全性和質(zhì)量。這需要專業(yè)的監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)和設(shè)備來執(zhí)行，并與施工過程相互協(xié)調(diào)，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

表1 頂進(jìn)施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表

結(jié)語：

長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用為市政給排水工程提供了創(chuàng)新和高效的解決方案。水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)以其多功能性和精確性在復(fù)雜地質(zhì)條件下表現(xiàn)出色，有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用。注漿減摩控制技術(shù)通過減小管道與土壤之間的摩擦力，提高了施工效率和資源利用率。此外，深基坑的監(jiān)測(cè)和接口處理技術(shù)也是確保工程順利進(jìn)行和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。總的來說，長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用將為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和環(huán)境保護(hù)帶來更多機(jī)會(huì)，為市政給排水系統(tǒng)的發(fā)展提供更可持續(xù)的解決方案。