市政施工中地下管线长距离顶管施工技术研究

翁程亮

（山东省路桥集团有限公司，山东青岛 260000）

1 引言

市政工程建设涉及的工程项目较多，施工过程相对复杂，导致对管道的埋深要求越来越高，顶管施工的难度也逐步增加。因此，为了保证该技术能够满足高质量的施工要求，切实提高工程建设质量，必须提高设计方案的合理性，适当调整技术流程，改善技术应用中的不足之处。为了确保相关应对措施更具有针对性，需要对长距离顶管施工技术的具体内容进行深入分析。

2 市政施工中地下管线长距离顶管施工技术分析

2.1 应用特点

顶管施工技术的优势包括：（1）不会破坏施工现场，由于其本身不需要进行地面挖掘便可以完成管线的铺设，能够有效解决传统施工技术造成的交通堵塞、建筑物破坏等弊端，并且减少了大范围的开凿动土，也能降低施工噪声，不会对周边人们的生活造成不良影响；（2）施工速度快，顶管施工大部分工作面都在井下区域，无须工作人员在路面铺设路障围栏，也无须进行拆迁工作，可以切实降低工程量，节约管线铺设时长，并且当前顶管施工所应用的机械设备性能较高，可以大幅度降低人工费用支出，进一步提升顶管施工的经济性，目前工作效率最高的顶管机如图1 所示；（3）环保效果好，顶管施工采用的是点状形式完成小范围施工，不会对附近的基础设施、绿色植被产生破坏，并且在井内施工时，需要不断灌注黏土浆与清水，可以抑制尘土扬到空气中，以此避免城市空气污染。

图1 顶管机

2.2 技术类型

2.2.1 穿墙技术

穿墙技术主要是为了将防水套管与墙体预埋管进行连接，在实际应用时，要切实保证构成材料具有良好的抗震性与防水性，能够在高压环境下保持良好的应用强度与较高的荷载力。同时，施工人员要确保管道安装的精确性，全面考虑可能影响施工有序进行的外部因素，并制订有效的解决方案，及时清理可能会堵塞管道的污染物，保证管道良好的运输功能。

2.2.2 螺旋钻井技术

螺旋钻井技术即是利用螺旋钻机的推力将钢管放至指定位置，并通过采取一系列的管道施工方法，保证周边的土层能够维持基本形态，不会形成地质塌方、地表开裂等不良现象，以此避免降雨量较高时出现水土流失。通常螺旋钻井法适用于孔径较小的应用管道，在施工过程中难免会产生一定的误差，需要工作人员根据实际要求尽快调整，实现高质量的精度控制。

2.2.3 减阻技术

灌浆减阻的目的在于改善土壤物理性质，适当减少机械装置在进管过程中遇到的阻力，并确保管道放置时土层能够保持较高的稳定性。通常施工人员会采用在土层与管道间灌注泥浆的方式，使间隙处形成保护膜，用以提升土壤的支撑力，并起到防止地面沉降的作用。同时，工作人员要及时检查泥浆量的剩余情况，确保灌注过程的连续性。

3 施工流程

3.1 施工准备

施工准备工作包括：（1）要制订完整的设计方案，明确各项施工要求，保证水电资源配置合理、科学，确保工程计划符合相关安全标准。比如，变压器功率应设置为200 kW；水资源的采集应遵循就近原则等。（2）结合实际应用需求，选择性能、质地优良的顶管材料，保证施工过程有序进行，表1 为钢管材料特点分析。在施工时，要注意建材在投入使用前要经过精确计算，减少材料二次加工，使其能够准确安装在所需位置。此外，施工单位要在工程现场布置视频采集点，完成整个建设流程的监控与审查，提高市政工程的安全性，排除安全隐患。（3）要购入性价比高、运行状态良好的机械装置，比如，当前应用效率最高的XDN500 顶管机头，如图2 所示。

表1 顶管材料特点分析

图2 顶管机头

3.2 井下布置

井下布置主要是将钢梯、导轨等装置下放到井内，并将Q253B 钢材作为顶管基座制作原材料，由施工人员完成管线长度测量后，再进行基座的安装固定，以此降低误差值，提升施工的稳定性[1]。

3.3 管线运输

管线运输需要优先得到相关部门的开工批准，之后才可将建筑材料运输到施工现场并开展组装、拼接工作，在将成品钢管投入使用前，还要对其应用质量进行检测，包括顶管耐久性、抗腐蚀性、是否存在结构破损等，避免后续二次维护需要重新开凿破土，加大工作量造成不必要的经济支出[2]。

3.4 注意事项

1）为了保证管道推力大小适中，能够完全抵御土壤与管道外壁产生的摩擦力，需要合理设计管道长度与径口大小，同时，设计人员还要充分收集工程现场的勘察数据并进行相关闭水实验，从而将管道压力控制在安全标准范围内，并将土拱效应、管端阻力等影响因素考虑到位，保证计算结果的合理性与适用性，其顶力计算公式为：

式中，F 为总推力；F1为迎面阻力；F2为顶进阻力；Pe为土压力，N；Bc为管外径，m；L 为顶进长度，m；Pa为土层主动压力，通常为200 kPa；Pw为土层地下水压力；P 为土仓预加压力，通常为20 kPa；Fk为管壁与土体的摩阻力，kN/m2。

2）明确管道位移偏差，长距离的顶管施工不可避免地会在安装过程中出现距离误差，为了解决此类问题，施工人员要进一步提升自身技术水平，减少设备振动情况，依照相应规范的要求，使油缸推力处在均衡状态，以此降低推力变化，控制管道位移，确保顶管误差值控制在允许范围内，其具体数值见表2。

表2 顶管允许偏差

3）开展加固措施，工作人员可采用水泥灌注的方式修复破损区域，保证路面平整，还要使用高压注浆的方式完成钢管顶穿处的封堵，并控制好相应凝固时间，保证加固位置符合安全标准要求的强度[3]。

4 长距离顶管施工技术应用过程中存在的安全隐患与解决措施

4.1 安全隐患

4.1.1 土体形变

由于长距离顶管施工的工作原理是借助机械设备的推力将运输管道移动至指定区域，因此，不可避免地会对土体本身造成一定的挤压效果，若土层质地相对稀疏，便会使土体受高压作用影响，难以承受大重量的负荷而产生土体形变、土地失衡等现象，不仅会严重阻碍施工建设的有序开展，降低施工效率与施工质量，还会因地势结构的改变对施工人员的生命安全造成威胁。因此，需要相关人员重视土体变形控制，切实消除此类安全事故产生的可能性。

4.1.2 环境破坏

长距离顶管施工造成的环境破坏体现在以下方面：一方面，因人员操作不规范或受自然因素影响，使管道安装出现大范围的位移偏差，导致顶进时周边土地在较大推力作用下发生位置改变，造成坍塌现象的产生；另一方面，污染物对生态环境造成了破坏。虽然顶管施工技术本身的污染物产量相对较低，但产生一定的生活污水、光污染等，如果不能及时开展相关治理工作，会使有害物污染周边环境，影响居民的正常生活。

4.2 控制措施

4.2.1 控制管线与地面形变

首先，技术人员要对土体形变的产生原因进行全面分析，当前，导致土体形变最主要的原因是端头地层承受的压力比其他区域的压力值大，因此，出现结构损失的可能性也最大，并且管道与土壤间的摩擦效果也是引发地层变动的重要因素；其次，在明确事故形成原因后，需要对勘测数据进行二次研究并重新在工程现场完成数据测量，探究土质的真实情况进而确定准确的挖掘深度与管线长度；最后，施工企业要在施工过程中加强坡度的偏差控制，使其维持在平缓状态，尽可能减小管道下放时与土层间产生的摩擦阻力，以此达到改善地面形变现象的目的。

4.2.2 接收顶管井

一方面，要减小施工建设对生态环境造成的影响，通过开展砌筑工作与开凿作业的方式加强井壁的保护效果，提升周边土地的稳固度，使其能够承受较高的推力作用，防止地面坍塌现象的产生。另一方面，施工人员需重视污染物的管理与清理，比如，将生活污水进行统一收集并进行污染检测，若污染量超标，则需进行降解工作，之后将检测合格的水资源用以地面冲刷或设备清洗，以此达到资源二次利用的目的。对于金属材料受阳光照射产生的光污染，需在材料存放时铺设遮光板或挡光布，避免反光造成的光污染。

5 结语

综上所述，通过对市政施工中地下管线长距离顶管施工技术的应用特点、技术类型、施工流程进行分析讨论，阐述其在应用过程中存在的安全隐患，并提出具有针对性的解决措施，从而确保市政施工效果符合预期目标，帮助建设单位进一步提高施工效率，降低对生态环境的破坏与污染程度，实现绿色化发展，推动城市经济化建设，为相关施工企业提供切实可行的参考。