试论市政排水工程施工技术要点

李辉

［摘 要］本文针对市政排水工程的施工技术进行研究。采用文献收集法、案例借鉴法，从市政排水工程的特点入手，介绍了非开挖施工技术的发展现状和相关技术方法，结合工程案例详细阐述了顶管法的施工技术要点。研究表明：采用顶管法对市政排水工程进行施工，不仅对现场环境的破坏性小，而且施工质量较高，可在类似工程项目中推广应用。

［关键词］市政排水；非开挖施工；顶管法；技术要点

［中图分类号］TU99文献标志码：A

市政排水工程是城市基础设施的重要组成部分，主要功能是雨水和污水的收集、输送、处理和排放。近年来，伴随着城市化进程加快，对排水工程的施工提出了新的要求，如何兼顾质量、经济和环保效益，成为相关企业的关注要点。非开挖施工是在不开挖地表的條件下，完成排水工程的铺设、修复与更换，最大的优势在于施工速度快、不影响交通、不污染环境。数据调查显示，在西方发达国家的地下管线工程中，非开挖管线工程的施工量占比达到10 %～40 %［1］。我国在这方面起步较晚，现有文献报道多集中在传统开挖作业法，关于非开挖施工技术的研究较少。鉴于此，本文结合实践探讨了非开挖施工技术在市政排水工程中的应用，以期为同业人员提供参考。

1 市政排水工程的特点

结合大量实践，市政排水工程的特点包括以下几个方面。

第一，施工条件复杂。市政排水工程和道路工程紧密结合，地上部分行人和车辆川流不息，地下部分各类管线较多，由于施工作业的场地狭窄，容易受到外部环境的干扰。另外，紧张的工期限制，进一步加大了现场施工难度。

第二，基坑开挖深度大。市政排水管线深埋在地下，因管道直径较大，基坑开挖深度大，需要做好支护、地下水抽排、沉降位移监测等工作。而且，基坑回填质量会影响路面施工质量，关系到交通安全和行车舒适度。

第三，施工质量要求高。主要体现在两个方面：一是施工技术的应用，必须结合现场环境、设计方案和规范要求，合理配置人、机、料等资源，打造优质工程。二是要落实文明环保施工方案，采取可靠措施减小对周边环境的干扰，把对居民生活的影响降至最低。

2 非开挖施工技术的发展现状

非开挖施工，是利用岩土钻掘设备和技术，通过导向或定向钻进的方式，仅在出入口部位小面积开挖，完成地下管线的辐射、修复与更换等作业。

2.1 非开挖施工技术的优点

与传统的开挖施工相比，非开挖施工技术的优点包括以下几个方面。

第一，适用范围广。在穿越河流、交通干线、建筑物等特殊场地，开挖法无法施工或不允许开挖作业，此时可采用非开挖施工技术。例如：遁地穿梭矛铺管技术可穿越流泥、流沙和卵石带；顶管铺管技术则适用于各种地质条件。

第二，经济效益好。开展非开挖施工时，因基坑支护、回填等辅助工程少，施工速度明显提高。而且，相同条件下非开挖施工的综合成本低于开挖施工，管径越大、埋深越大。

第三，社会效益高。非开挖施工过程中，一方面不会破坏路面环境和交通，另一方面也不会影响道路沿线的工作和生活秩序，有效避免了“拉链路”这一问题的发生，能够产生良好的社会效益［2］。

2.2 我国非开挖施工技术的发展历程

1978年，我国首次引进水平螺旋钻；1985年，引进了首台HDD钻机及气动矛、夯管锤；1990年以后，开始自主研发相关设备。总体来看，我国非开挖施工技术的发展分为三个阶段。

第一阶段：20世纪70年代至20世纪80年代中期。市政管线工程施工中，部分路段不允许开挖路面，促进了非开挖施工技术的发展。此时非开挖施工技术只是一种应急手段，不仅技术水平不高，而且设备不够先进，工程施工结束后没有继续研究，尚未形成完整的市场和产业。

第二阶段：20世纪80年代中期至20世纪90年代中期。改革开放后我国城市建设速度加快，尤其在基础设施建设上的力度加大。为满足非开挖施工要求，我国从国外引进先进的技术和设备，推动了非开挖施工技术的迅猛发展，相应的市场和产业开始形成。

第三阶段：20世纪90年代中期以来。在引进国外技术设备的同时，我国也在积极进行自主研发，并且取得了显著成绩，降低了对国外技术设备的依赖性。与此同时，以非开挖为核心的施工企业不断出现，相应的市场和产业进一步完善。

展望未来，在城镇化发展的过程中，首先要实现交通的立体化、各类管网的地下化，非开挖施工技术具有良好的发展前景。如今，随着机械设备的升级，应用范围不断扩大，定向和导向钻机向着自动化、智能化的方向发展，顶管掘进机向着小型化、高精度的方向发展，同时出现了一批新的施工材料和工艺，为非开挖施工技术的发展创造了有利条件。

3 市政排水工程中非开挖施工技术方法

3.1 顶管法

顶管法施工时，利用传力顶铁、导向轨道和液压千斤顶，将管道压入土层中，同时将管道正面的泥土挖除运走。第一节管道全部进入土层后，继续施工第二节管道，并且进行接口处理，直至所有管道铺设完成。顶管法适用于软土或含水量高的土层，通常管道的直径为1.5～2.0 m，尤其在穿越道路、河流、地面建筑物的工程中具有优势［3］。近年来出现的小口径顶管法，利用激光导向系统连续监测小口径顶管机的位置及前进方向，测量数据进行纠偏，可将垂直、水平方向上的偏差控制在±25 mm以内，不仅提高了施工精度，而且管道受力更为均匀。

3.2 导向钻进铺管法

导向钻进铺管法，是采用方向可控和以水射流破土为主的钻进技术，在地表放置钻机，按设计轨迹钻出导孔，然后在扩孔和回拉的同时铺设管线。该施工技术适用于小口径管道施工，管径为5～35 cm，施工长度为20～400 m，埋深在5 m以内。但不适宜在砂层、砾石层使用。

3.3 定向钻进铺管法

定向钻进铺管法与导向钻进铺管法类似，一般采用定向钻按设计轨迹钻出先导孔，然后经过一次、二次或多次回拉扩孔，最后拉管完成铺设。相比之下，定向钻进铺管法的不同之处在于：一是使用螺杆马达、弯接头进行定向钻进；二是使用测斜仪对钻头进行定位和导航；三是穿越大型障碍物时，需在导孔钻柱外增加套洗钻，来减小钻进阻力［4］。该施工方法适用于各种地层，管径为300～1 500 mm，施工长度为100～1 500 m，埋深最大可达60 m。

3.4 冲击矛铺管法

冲击矛铺管法是以气动冲击矛为动力，通过挤密土层的方式成孔。气动冲击锤是整个过程中的核心，可在孔中自行前进，连接的胶管用来输送压缩空气。该施工方法适用于可以挤密的地层，如黏土、粉质黏土等，管径为3～25 cm，施工长度为20～100 m，具有机具简单、施工方便、成本低、速度快的优点。

3.5 微型隧道铺管法

微型隧道铺管法是一种新技术，是可导向、可遥控的顶管施工方案。整个系统包括钻掘、激光导向、顶管、泥浆润滑、出渣、操作控制6个部分，主要用于铺设精度较高的非进人管道。该施工方法在软岩、硬岩中均可使用，可铺设混凝土、铸铁、钢、强化树脂、PVC等多种材质的管道，管径为20～300 cm，施工长度为90～200 m，由于精度控制高，因此施工成本也比较高。

4 顶管法施工技术要点实例分析

4.1 工程概况

某市政污水管网铺设工程，污水管道距离道路中心25～38 m，管径设计为50～80 cm，埋深在3.6～14.5 m之间，设计管道坡度为2 ‰～5 ‰，总长度为1 205 m。该污水管网位于城市主干道路旁，沿线是商业建筑和住宅区，为了最大程度上减小对交通和生活的干扰，决定采用泥水平衡顶管掘进施工方案。

4.2 顶管施工技术

4.2.1 测量放线

根据现场环境和勘察结果，将地面上的水准点引至井底稳定部位，用于标高测量控制。然后放出管道的中心桩位，施工过程中用来控制顶管的中心。

4.2.2 洞口施工

本工程中，后背墙的施工尺寸是4 045 mm×3 500 mm×1200 mm。在另一个方向顶进时，将洞口处的护壁、后靠背凿除。雨水管到位后，顶入千斤顶并在两者之间设置柔性垫片，防止管道顶裂。对洞门位置精准测量后进行预留，并采用防水止水措施，防止地下水影响施工作业，允许偏差见表1。另外，本工程中工具管外壁和洞门之间有缝隙，洞口处的水可能通过缝隙进入工作井。为解决这一问题，在工作井内的洞口处设置橡胶止水圈，在集水坑内设置排污泵。

4.2.3 千斤顶和顶铁安装

为满足顶管施工要求，本工程中配置200 t液压千斤顶2台，均设置在工作坑内。顶铁安装时，一是保持平顺状态，禁止扭曲、歪斜。二是顶进作业时，工作人员不能站在顶铁上方或侧面。三是退千斤顶时放置长度最大的顶铁，尽量减少顶铁的使用数量。

4.2.4 顶管机始发

4.2.5 顶管施工关键工序

第一，动态监测。顶管施工期间，在观测台上布置激光经纬仪，作为顶管导向的基准线。一旦顶管机头发生偏斜，此时激光点与靶位中心不重叠，通过调整千斤顶的伸缩量，即可达到纠偏效果。测量作业中的要点包括：一是布设四等水准路线，在井口处设置临时水准点；二是根据导线点和水准点，测量工作井的平面位置、深度等参数，指导开挖作业，确定始发井和接收井的管道中心点；三是在始发井边缘放出顶进方向的坐标，并且向井下投设方向线，保证临时水准点的可靠性。

第二，顶进纠偏。顶管机向前推进时，受到土层性质、作用力等因素的影响可能出现偏差，应多次、缓慢纠偏，不能采用强制性措施。其中，顶进初期偏差纠正最重要，以工具头顶进的5～10 cm为例，要求轴线偏差在50 mm以内，高程偏差在30 mm以内。允许偏差见表2。

第三，接口处理。相邻管道之间的缝隙，可能发生渗漏现象，应使用水泥砂浆进行填充。其中，水泥砂浆由膨胀水泥、砂、水组成，质量比为1：1：0.3，充分搅拌后保证砂浆的均匀性。水泥砂浆随拌随用，在拌制后30 min内用完；填充前先对接口洒水湿润，分层填充并抹平。

4.2.6 管道压浆

管道压浆环节，施工技术要点包括：一是通过试验确定浆液的配合比，保证各项技术参数符合设计要求。二是采用同步注浆法，注意检查各个推进段浆液的形成情况，确保管路严密，注浆设备稳定运行。三是管道顶进到位，检查井成型后，对污水管道压浆，产生固结作用，防止地面沉降。四是在各管节的横断面上，预留孔径为30 mm的灌浆孔并编号。五是灌浆压力控制在200 kPa，灌浆初期适当减小压力，然后逐渐增压至设计值。六是灌浆压力达到设计值，且吸浆量低于0.12 L/min时，维持30 min后停止灌浆。

5 结语

市政排水工程施工条件复杂，基坑开挖深度大，施工质量要求高，采用顶管法进行施工，在满足质量的前提下可减小对地面环境的干扰，提高经济效益和社会效益。未来，随着城市发展速度加快，排水工程施工中可大力推广顶管法，从而达到降本增效、节能环保的目标。

参考文献

［1］何朝贵. 市政排水工程管网设计与施工质量控制探讨［J］. 城市建设理论研究（电子版），202309）：146-148.

［2］祁晓彬. 市政排水管道安装施工技术要点探析［J］. 工程建设与设计，2023（3）：198-200.

［3］唐巍. 非开挖拖拉管技术在市政排水工程中的应用初探［J］. 江西建材，2022（12）：312-313，316.

［4］夏宇佳. 歷史地段道路的排水工程系统改造方法研究——评《水利工程管理与施工技术》［J］. 灌溉排水学报，2021，40（4）：155.