市政道路给排水管道长距离顶管施工技术研究

陈彬皓

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司南京分院，江苏 南京 210000）

0 引言

随着城市化进程的加速推进，当面对曲率半径较小或多种曲线组合的复杂地形时，传统顶管施工技术的施工难度会显著增加。这可能导致施工进程受阻，甚至无法顺利进行，从而影响整个工程的进度和效率。在软土地层等地质条件较差的区域，传统顶管施工容易发生偏差。一旦发生偏差，纠偏工作会变得相当困难，不仅增加了施工成本，还可能对管道造成不均匀沉降等损害，进而影响其使用寿命和安全性导致结果难以符合预期。在施工中，邓婷等[1]通过非开挖或微开挖的方式，实现了对地下管道的精准安装与调试，有效避免了大规模开挖对城市交通和居民生活的影响。夏洋洋等[2]采用皮带输送机进行土壤的输送，顶管机的累积顶进长度已经超过 400m。朱卫杰等[3]引进顶管机，实现了曲线顶管的顶进施工，曲线的形状向着复杂化的方向发展。王焱等[4]运用土压平衡顶管机应用于给排水工程，在整个顶进过程中，各个监测点的沉降都在允许的范围内。因此，长距离顶管施工技术的出现，克服了传统施工方法的诸多弊端，更为城市给排水管道的建设提供了全新的解决方案。为此现阶段，以市政道路给排水管道长距离顶管施工技术为研究目标，结合实际情况进行分析与检测。

1 长距离顶管施工技术

1.1 选择施工材料与设备

在市政道路给排水管道长距离顶管施工中，考虑到现场地质条件的复杂性，特别是遇到碎石层等硬层时，冲管机切割头的调整必须进行调整。随着时间的推移进行调整。根据地质特点，适配管材顶进机切割头，提高顶进效率[5]。由于施工过程中可能会出现磨损，因此刀盘外圈必须添加优质合金钢耐磨刀具，以保证工程顺利进行。切割头在土壤中旋转，特别是在砾石层中，会不断地与土壤中的硬质颗粒发生摩擦，从而导致刀具磨损更快。耐磨刀具与切削头采用焊接连接，降低螺钉因冲击而折断的风险，提高刀具的稳定性和使用寿命。具体改造后如图1 所示。

图1 顶管机刀盘改造图

增加耐磨刀具的数量可以进一步分散磨损，延长刀具寿命。同时，在顶进管材施工中，顶进管材所选用的材料必须具有较高的强度和耐久性。其次，管材顶进材料应具有良好的密封性能。选择带有橡胶密封件的材料，以确保管道系统良好的密封。管道顶进材料还应耐腐蚀[6]。给水和污水系统中可能存在各种腐蚀性介质，会引起管道材料的腐蚀，从而影响管道的使用寿命和稳定性。因此，选择具有防腐涂层的管道，以抵抗腐蚀，保证管道长期稳定运行。在钢材的选择上，应考虑采用高强度钢材，以满足施工时的应力和荷载要求。对于钢管的接头，应注意密封设计，防止废水泄漏。选择混凝土材料时，应采用高强混凝土，使管道有足够的强度承受地下水压力和土壤荷载。通过优化外加剂的配比和使用，可以提高混凝土的耐腐蚀和耐磨性能。连接管道时，塑料管选用聚氯乙烯，既能满足系统的压力要求，又具有良好的连接密封性，避免泄漏问题。

1.2 管道顶进纠偏

在项目现场，准确标记出顶出井和储存井的施工位置。开始局部土方开挖，并在开挖的坑内搭设模板，为后续混凝土浇筑做准备。井的结构是通过分几个阶段的浇铸逐渐形成的[7]。使用叶片底部作为浇注起点，可确保井结构的稳定性和强度。待混凝土强度超过设计强度的80%后，继续浇筑井壁上部混凝土结构，保证整个井道结构的强度和稳定性。混凝土浇筑完毕后，进行养护操作，确保混凝土达到预期强度。混凝土结构中的缺陷和损坏区域已得到修复。混凝土强度超过设计强度 85%后，安装起重设备，开始顶进作业。为了确定管道冲孔断面的单位长度，需要将给排水管道冲孔结构区域划分为若干单元，以便分步完成管道冲孔作业。

首先将给水、排水管道顺利铺设在基坑导轨上，然后启动冲孔设备，继续挖掘隧道并吊装管道。将第一段管子推至设计位置后，必须测量并调整管子的水平位置和高度，然后将提升装置切换到回油模式。接下来，重复上述操作，继续吊装剩余的水管和排水管，直至整个吊装作业完成。然后清理管道内的灰尘和污垢，并精确对准相邻管段的喷嘴，使这些单元段可以连接成一个整体的管道结构[8]。

为了降低作业难度，保证一次完成顶管作业，必须采取设立中继站和注水减少阻力两项技术措施。但在给排水管道打孔施工过程中，由于管道打孔距离较长，有时会出现打孔方向偏移的情况。如果不能及时解决偏移问题，将会影响施工质量。因此，在制定施工方案时应采取顶进纠偏措施，同时对整个吊装过程进行监控。一旦检测到偏差，应根据偏差值采取适当的措施。具体来说，当冲管轴线偏差不超过40mm 时，通常采用开挖修正法，即对冲管一侧土体进行过度开挖，而另一侧则限制或不进行开挖作业。从而调整管道的轴线位置[9]。当立管偏差超过40mm 时，可对千斤顶的升程进行修正。千斤顶纠偏是在推管开挖侧端壁安装千斤顶，规格控制在5 ～10t 之间。在随后的推送过程中，第一管段逐渐回到设计位置，并多次完成管偏的修正。通过这些措施，可以保证上水、下水管道的推进顺利进行，满足预期的质量和施工进度要求。

1.3 中继间布置

在实际应用中，必须设置至少一个中继间。应根据管道吊装结构设计的总吊力、主吊的供电能力、管道的抗压强度和后墙的承载能力进行评估，确定是否需要设置中继间[10]。中继间不仅要承担顶进时的正面阻力，还要减少顶进管道的摩擦阻力。因此，根据中继间的顶进能力和前管的摩擦阻力来确定布置位置。采用排土顶进式掘进机顶进，在顶进过程中，顶管推进的顶力计算公式为：

公式中：F为刀具正面阻力；D为顶管外径；p为控制土压力；f0 为摩擦力；L为管道长度。计算完成一次顶进过程所需的最大顶推力，当总顶推力大于管道允许顶力工作井的承受范围时，设置中继间来进行过渡，这样能够保证长距离顶管工程安全施工。在施工过程中，通过将顶进管线分段，并采用不间断顶进的方式，来延长顶进距离。然后，根据现场情况判断是否继续布置中继间。如果管道长度加上主千斤顶能够顶进的最大距离在总顶进距离范围内，则不需要继续布置中继间[11]。否则，就需要根据具体情况继续进行。在实际施工过程中，还需要根据现场的具体情况对中继间的位置进行调整。在顶进距离较长的情况下，可以在使用中继间后备用一个，以防止中继间损坏造成工程进度拖延。同时，根据管节的长度对中继间的布置位置进行微调，以达到最佳的顶进效果。通过合理的中继间布置，可以确保顶管施工的顺利进行，提高施工效率和质量。

2 实例分析

2.1 工程概况

该工程位于某市污水管网工程某标段，标段的工程桩号范围为3K+420 ～4K+152，全长1 023m。主要管道直径有D1010、D1020 和D1050。在此区间设置了12 座沉井，其中包括8 座工作井，并使用钢筋混凝土结构。关于顶进区间的详细信息，具体如表1 所示：

表1 顶进区间分布情况

根据实际情况，工程中的顶进段属于长距离顶管，能够适应复杂的地层变化。结合施工现场的地质条件，选择既满足施工需求又不会影响周边环境的机械顶管设备。同时，选择具有较强抗腐蚀性能的顶管材料，根据设计要求做好直径和管节的管理，确保管道的施工质量。门式起重机选用20t，为了保持土压力的控制，需要将顶进速度调节在标准范围内。初始顶进时，必须进行反复测试。根据地面沉降确定控制土壤排放量程度，并严格监控每段管道产生的实际土壤量。电机电流控制在50A 以内时顶管机能够正常启动。

为了验证本文施工技术的适用性，对市政道路给排水管道的顶管工程进行合理监测。采用RGE124 智能测斜仪进行深层土体水平位移测定。在工作井前将测斜管埋入支护土体中，使得导向轮卡在测斜管内，连续测定测斜管的水平位移变化。校准测斜管方位时，应垂直基坑边安装。在监测过程中，自下而上间隔30cm进行拉线读数，根据测斜仪与拉线之间的角度变化，获得不同深度中的水平位移。当水平位移变化在14mm 之内时，能够满足具体的施工要求。

2.2 结果与分析

设置5 个测试小组，运用本文施工技术进行顶管工程施工，通过测斜仪测量不同深度部位的水平位移情况。在双向观测后，得到具体结果如图2 所示。

图2 水平位移监测结果

由图中结果可知，5 个小组监测到的水平位移均在10 ～14mm 范围内，结果符合预期设定。说明运用本文施工技术应用后能够有效控制水平位移在预定范围内，进一步体现了其在实际工程应用中的实用性。土体水平位移变化比较稳定，顶管施工后期，整个监测期间测量值在规定范围之内，达到了良好的施工效果。

同时，为了验证本文施工技术的可靠性，需要对支护结构侧的土压力进行监测。首先选定围护桩，并在每隔3m 的间距处埋设土压力计。埋设土压力计需朝向基坑的外侧，以确保准确监测准确。同时，测线需直接引出至地面，探井需进行分层夯实回填。在监测过程中，采用RT455 型频率测定仪在基坑开挖后进行监测，围护桩受到周围土体的侧向压力。根据事先标定的测力计应力与频率之间的关系，通过测得频率计算具体的应力值。在测量土压力时，根据率定曲线将土压力计的频率计算为压力计所受到的力，从而得到准确的土压力数据。根据支护桩结构侧土压力的变化情况，得到具体如表2 所示。

表2 支护结构侧土压力

由表中结果可知，经过10 次测试得到的土压力结果均在25.4 ～25.9kPa 之间。这样能够满足具体的土压力范围，使得施工结果达到预期。说明运用本文施工技术能够使得支护结构侧面的土压力分布规律合理，控制土压力大小满足要求，减少异常情况的发生。通过不断加强支护结构的监测，确保支护结构的安全稳定，加强现场排水措施，降低地下水位，使得土压力对顶管工程支护结构的影响最小。这样不仅能够及时发现和处理安全隐患，还能够提升顶管工程的施工质量。

综上所述，市政道路给排水管道长距离顶管施工技术能够更好达到要求的施工效果。在施工过程中，充分考虑地质条件以及管道使用要求，应用本文技术来确保管道的稳固性和耐久性。通过科学规划，长距离顶管施工技术能够高效地完成市政道路的给排水管道建设任务，为城市的排水系统和供水系统提供稳定可靠的基础设施支持。

3 结论

本次研究从顶管施工出发，深入分析施工的有关问题，从而完成对于市政道路给排水管道长距离顶管的关键技术研究。针对市政管路施工，在保证工程质量的同时，不断增加施工进度，实例证明：

（1）无论是泥质地层、硬土地层还是砂砾地层，它都能有效应对，使得施工范围更加广泛，确保了管道的稳定运行和长久使用；

（2）顶管施工技术对施工工程路况的要求较低，能够在各种复杂路况中顺利施工，表现出强大的适应性和灵活性；

（3）本文方法中还存在着不足，比如管道设计的精细度有待提升，顶进导轨的布设问题，水准仪校正等问题。今后应更加完善方法，使其更加具有广泛的适用性和实用性。