市政道路給排水管道長距離頂管施工技術研究

陳彬皓

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司南京分院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著城市化進程的加速推進，當面對曲率半徑較小或多種曲線組合的復雜地形時，傳統頂管施工技術的施工難度會顯著增加。這可能導致施工進程受阻，甚至無法順利進行，從而影響整個工程的進度和效率。在軟土地層等地質條件較差的區域，傳統頂管施工容易發生偏差。一旦發生偏差，糾偏工作會變得相當困難，不僅增加了施工成本，還可能對管道造成不均勻沉降等損害，進而影響其使用壽命和安全性導致結果難以符合預期。在施工中，鄧婷等[1]通過非開挖或微開挖的方式，實現了對地下管道的精準安裝與調試，有效避免了大規模開挖對城市交通和居民生活的影響。夏洋洋等[2]采用皮帶輸送機進行土壤的輸送，頂管機的累積頂進長度已經超過 400m。朱衛杰等[3]引進頂管機，實現了曲線頂管的頂進施工，曲線的形狀向著復雜化的方向發展。王焱等[4]運用土壓平衡頂管機應用于給排水工程，在整個頂進過程中，各個監測點的沉降都在允許的范圍內。因此，長距離頂管施工技術的出現，克服了傳統施工方法的諸多弊端，更為城市給排水管道的建設提供了全新的解決方案。為此現階段，以市政道路給排水管道長距離頂管施工技術為研究目標，結合實際情況進行分析與檢測。

1 長距離頂管施工技術

1.1 選擇施工材料與設備

在市政道路給排水管道長距離頂管施工中，考慮到現場地質條件的復雜性，特別是遇到碎石層等硬層時，沖管機切割頭的調整必須進行調整。隨著時間的推移進行調整。根據地質特點，適配管材頂進機切割頭，提高頂進效率[5]。由于施工過程中可能會出現磨損，因此刀盤外圈必須添加優質合金鋼耐磨刀具，以保證工程順利進行。切割頭在土壤中旋轉，特別是在礫石層中，會不斷地與土壤中的硬質顆粒發生摩擦，從而導致刀具磨損更快。耐磨刀具與切削頭采用焊接連接，降低螺釘因沖擊而折斷的風險，提高刀具的穩定性和使用壽命。具體改造后如圖1 所示。

圖1 頂管機刀盤改造圖

增加耐磨刀具的數量可以進一步分散磨損，延長刀具壽命。同時，在頂進管材施工中，頂進管材所選用的材料必須具有較高的強度和耐久性。其次，管材頂進材料應具有良好的密封性能。選擇帶有橡膠密封件的材料，以確保管道系統良好的密封。管道頂進材料還應耐腐蝕[6]。給水和污水系統中可能存在各種腐蝕性介質，會引起管道材料的腐蝕，從而影響管道的使用壽命和穩定性。因此，選擇具有防腐涂層的管道，以抵抗腐蝕，保證管道長期穩定運行。在鋼材的選擇上，應考慮采用高強度鋼材，以滿足施工時的應力和荷載要求。對于鋼管的接頭，應注意密封設計，防止廢水泄漏。選擇混凝土材料時，應采用高強混凝土，使管道有足夠的強度承受地下水壓力和土壤荷載。通過優化外加劑的配比和使用，可以提高混凝土的耐腐蝕和耐磨性能。連接管道時，塑料管選用聚氯乙烯，既能滿足系統的壓力要求，又具有良好的連接密封性，避免泄漏問題。

1.2 管道頂進糾偏

在項目現場，準確標記出頂出井和儲存井的施工位置。開始局部土方開挖，并在開挖的坑內搭設模板，為后續混凝土澆筑做準備。井的結構是通過分幾個階段的澆鑄逐漸形成的[7]。使用葉片底部作為澆注起點，可確保井結構的穩定性和強度。待混凝土強度超過設計強度的80%后，繼續澆筑井壁上部混凝土結構，保證整個井道結構的強度和穩定性。混凝土澆筑完畢后，進行養護操作，確保混凝土達到預期強度。混凝土結構中的缺陷和損壞區域已得到修復。混凝土強度超過設計強度 85%后，安裝起重設備，開始頂進作業。為了確定管道沖孔斷面的單位長度，需要將給排水管道沖孔結構區域劃分為若干單元，以便分步完成管道沖孔作業。

首先將給水、排水管道順利鋪設在基坑導軌上，然后啟動沖孔設備，繼續挖掘隧道并吊裝管道。將第一段管子推至設計位置后，必須測量并調整管子的水平位置和高度，然后將提升裝置切換到回油模式。接下來，重復上述操作，繼續吊裝剩余的水管和排水管，直至整個吊裝作業完成。然后清理管道內的灰塵和污垢，并精確對準相鄰管段的噴嘴，使這些單元段可以連接成一個整體的管道結構[8]。

為了降低作業難度，保證一次完成頂管作業，必須采取設立中繼站和注水減少阻力兩項技術措施。但在給排水管道打孔施工過程中，由于管道打孔距離較長，有時會出現打孔方向偏移的情況。如果不能及時解決偏移問題，將會影響施工質量。因此，在制定施工方案時應采取頂進糾偏措施，同時對整個吊裝過程進行監控。一旦檢測到偏差，應根據偏差值采取適當的措施。具體來說，當沖管軸線偏差不超過40mm 時，通常采用開挖修正法，即對沖管一側土體進行過度開挖，而另一側則限制或不進行開挖作業。從而調整管道的軸線位置[9]。當立管偏差超過40mm 時，可對千斤頂的升程進行修正。千斤頂糾偏是在推管開挖側端壁安裝千斤頂，規格控制在5 ～10t 之間。在隨后的推送過程中，第一管段逐漸回到設計位置，并多次完成管偏的修正。通過這些措施，可以保證上水、下水管道的推進順利進行，滿足預期的質量和施工進度要求。

1.3 中繼間布置

在實際應用中，必須設置至少一個中繼間。應根據管道吊裝結構設計的總吊力、主吊的供電能力、管道的抗壓強度和后墻的承載能力進行評估，確定是否需要設置中繼間[10]。中繼間不僅要承擔頂進時的正面阻力，還要減少頂進管道的摩擦阻力。因此，根據中繼間的頂進能力和前管的摩擦阻力來確定布置位置。采用排土頂進式掘進機頂進，在頂進過程中，頂管推進的頂力計算公式為：

公式中：F為刀具正面阻力；D為頂管外徑；p為控制土壓力；f0 為摩擦力；L為管道長度。計算完成一次頂進過程所需的最大頂推力，當總頂推力大于管道允許頂力工作井的承受范圍時，設置中繼間來進行過渡，這樣能夠保證長距離頂管工程安全施工。在施工過程中，通過將頂進管線分段，并采用不間斷頂進的方式，來延長頂進距離。然后，根據現場情況判斷是否繼續布置中繼間。如果管道長度加上主千斤頂能夠頂進的最大距離在總頂進距離范圍內，則不需要繼續布置中繼間[11]。否則，就需要根據具體情況繼續進行。在實際施工過程中，還需要根據現場的具體情況對中繼間的位置進行調整。在頂進距離較長的情況下，可以在使用中繼間后備用一個，以防止中繼間損壞造成工程進度拖延。同時，根據管節的長度對中繼間的布置位置進行微調，以達到最佳的頂進效果。通過合理的中繼間布置，可以確保頂管施工的順利進行，提高施工效率和質量。

2 實例分析

2.1 工程概況

該工程位于某市污水管網工程某標段，標段的工程樁號范圍為3K+420 ～4K+152，全長1 023m。主要管道直徑有D1010、D1020 和D1050。在此區間設置了12 座沉井，其中包括8 座工作井，并使用鋼筋混凝土結構。關于頂進區間的詳細信息，具體如表1 所示：

表1 頂進區間分布情況

根據實際情況，工程中的頂進段屬于長距離頂管，能夠適應復雜的地層變化。結合施工現場的地質條件，選擇既滿足施工需求又不會影響周邊環境的機械頂管設備。同時，選擇具有較強抗腐蝕性能的頂管材料，根據設計要求做好直徑和管節的管理，確保管道的施工質量。門式起重機選用20t，為了保持土壓力的控制，需要將頂進速度調節在標準范圍內。初始頂進時，必須進行反復測試。根據地面沉降確定控制土壤排放量程度，并嚴格監控每段管道產生的實際土壤量。電機電流控制在50A 以內時頂管機能夠正常啟動。

為了驗證本文施工技術的適用性，對市政道路給排水管道的頂管工程進行合理監測。采用RGE124 智能測斜儀進行深層土體水平位移測定。在工作井前將測斜管埋入支護土體中，使得導向輪卡在測斜管內，連續測定測斜管的水平位移變化。校準測斜管方位時，應垂直基坑邊安裝。在監測過程中，自下而上間隔30cm進行拉線讀數，根據測斜儀與拉線之間的角度變化，獲得不同深度中的水平位移。當水平位移變化在14mm 之內時，能夠滿足具體的施工要求。

2.2 結果與分析

設置5 個測試小組，運用本文施工技術進行頂管工程施工，通過測斜儀測量不同深度部位的水平位移情況。在雙向觀測后，得到具體結果如圖2 所示。

圖2 水平位移監測結果

由圖中結果可知，5 個小組監測到的水平位移均在10 ～14mm 范圍內，結果符合預期設定。說明運用本文施工技術應用后能夠有效控制水平位移在預定范圍內，進一步體現了其在實際工程應用中的實用性。土體水平位移變化比較穩定，頂管施工后期，整個監測期間測量值在規定范圍之內，達到了良好的施工效果。

同時，為了驗證本文施工技術的可靠性，需要對支護結構側的土壓力進行監測。首先選定圍護樁，并在每隔3m 的間距處埋設土壓力計。埋設土壓力計需朝向基坑的外側，以確保準確監測準確。同時，測線需直接引出至地面，探井需進行分層夯實回填。在監測過程中，采用RT455 型頻率測定儀在基坑開挖后進行監測，圍護樁受到周圍土體的側向壓力。根據事先標定的測力計應力與頻率之間的關系，通過測得頻率計算具體的應力值。在測量土壓力時，根據率定曲線將土壓力計的頻率計算為壓力計所受到的力，從而得到準確的土壓力數據。根據支護樁結構側土壓力的變化情況，得到具體如表2 所示。

表2 支護結構側土壓力

由表中結果可知，經過10 次測試得到的土壓力結果均在25.4 ～25.9kPa 之間。這樣能夠滿足具體的土壓力范圍，使得施工結果達到預期。說明運用本文施工技術能夠使得支護結構側面的土壓力分布規律合理，控制土壓力大小滿足要求，減少異常情況的發生。通過不斷加強支護結構的監測，確保支護結構的安全穩定，加強現場排水措施，降低地下水位，使得土壓力對頂管工程支護結構的影響最小。這樣不僅能夠及時發現和處理安全隱患，還能夠提升頂管工程的施工質量。

綜上所述，市政道路給排水管道長距離頂管施工技術能夠更好達到要求的施工效果。在施工過程中，充分考慮地質條件以及管道使用要求，應用本文技術來確保管道的穩固性和耐久性。通過科學規劃，長距離頂管施工技術能夠高效地完成市政道路的給排水管道建設任務，為城市的排水系統和供水系統提供穩定可靠的基礎設施支持。

3 結論

本次研究從頂管施工出發，深入分析施工的有關問題，從而完成對于市政道路給排水管道長距離頂管的關鍵技術研究。針對市政管路施工，在保證工程質量的同時，不斷增加施工進度，實例證明：

（1）無論是泥質地層、硬土地層還是砂礫地層，它都能有效應對，使得施工范圍更加廣泛，確保了管道的穩定運行和長久使用；

（2）頂管施工技術對施工工程路況的要求較低，能夠在各種復雜路況中順利施工，表現出強大的適應性和靈活性；

（3）本文方法中還存在著不足，比如管道設計的精細度有待提升，頂進導軌的布設問題，水準儀校正等問題。今后應更加完善方法，使其更加具有廣泛的適用性和實用性。