市政给排水长距离顶管施工技术研究

市政给排水长距离顶管施工技术研究

王得江

北京城建道桥建设集团有限公司 北京市 100022

摘要：随着科学技术的不断进步以及社会经济的快速发展，城市化进程不断加快，反过来促进城市社会经济的发展和科技的进步。为满足城市化的要求需要大力进行城市建设，其中城市给排水管道施工时市政项目的重要内容之一，市政给排水管道系统设计施工的质量将直接关系到城市防涝、抗旱和蓄水、污水治理等的效果，为此必须提高对市政给排水管道施工的重视程度。在给排水施工中，为了降低施工成本、减少对周围环境的破坏、提高文明施工水平就必须对施工技术进行改进和优化，现代化市政给排水施工引入了各种先进的设备与技术，在很大程度上推动了给排水项目的发展，为社会的稳定和人们生活水平的提升做出了贡献。其中长距离顶管施工技术因为具有安全文明性程度高、经济性良好、适应性好、操作方便等的优势而得到了广泛的应用。本文将主要针对当前市政给排水工程施工的发展现状，对长距离顶管施工技术应用的优势和影响因素、具体应用等进行分析，并提出相应的质量控制措施。

关键词：市政给排水工程；长距离顶管施工；技术应用

1 顶管施工技术概述

1.1 长距离顶管施工的含义

长距离顶管施工指的是在不开挖地面的基础上，采用液压顶进工作站和顶进机械，先采用独立的千斤顶掘进施工并控制掘进的方向，然后将需要铺设的管道顶入到工作坑中，使管道可以直接铺设而不需要进行大量的地表开挖工作。该技术在我国的发展已有很多年，一开始是采用人工掘进的方式，工作效率较低、应用范围不广。而随着科学技术的进步、机械化程度的提高，出现了机械式的顶管机械设备。此外由于城市化进程的加快，在城市各项建设工程中对于顶管施工技术应用的需求越来越高，长距离顶管施工技术得以在地下管线工程中得到应用，并发挥着降低工作量与劳动强度、提高工作效率、促进地下管线工程朝着规模化和规范化方向发展的作用。

1.2 长距离顶管施工技术的应用原理

长距离顶管施工无需大量土体开挖就可以穿越河道、公路等工程，利用的是顶进设备主顶油缸与管道间的推动力，可使管道与掘进设备从工作井中穿越土层然后进入到接收井完成吊顶施工作业。

1.3 长距离顶管施工技术的优缺点

首先，长距离顶管施工技术应用以后可减少开挖量、减少工作量、降低工作强度，只需要开挖工作坑和接收坑即可。其次可以减少对周围建筑物、地面环境、交通等的影响，且长距离顶管的施工比较不容易受到气候条件、环境因素等的影响，能起到保护周边种植物、周围环境的作用，符合文明安全施工的要求，不仅有效缩短了工程工期，而且提升了文明施工的程度，比传统施工技术更加经济且科学。在城市给排水工程施工方面，为提升系统施工的质量、尽量缩短工期和减少成本，应采用长距离顶管施工技术，既满足了施工的要求又符合现代化城市发展需要。利用了长距离顶管施工不用进行大量开挖作业，只要在微开挖的情况下就能直接铺设管线，安全文明性高、经济性好，且操作简便、适应环境的能力强，减少大面积的土方开挖能大大地降低对城市环境的破坏，取得良好的施工效果。

但是，长距离顶管施工时如果在顶进的过程中遇到障碍物时就会增加顶进作业的难度，在管道铺设于曲率半径较小或曲线组合位置时也会增加施工的难度。此外，如果地下土质水文条件比较复杂，比如软弱地层较多或砂质土层中时，管道铺设也更容易出现严重的不均匀沉降问题，无法起到保护工程管道安全的作用。

2 加强市政给排水工程施工的意义

市政给排水工程是城市建设项目中的重要一环，稳定可靠的给排水工程不仅可以有效处理城市污水、工业废水，收集和集中化处理雨水，而且有利于促进城市的健康稳定发展，避免出现污水排放不良、蓄水失灵或引发严重的城市内涝问题。但是目前在一些城市给排水工程设计中还存在技术不够先进、施工环境复杂、系统灵活性和稳定性不强等问题。为充分发挥城市给排水工程蓄水、防涝、抗旱等作用，一方面可以快速集中化运输和处理城市污水与雨水，另一方面可以加强对生态环境的保护、促进生态环境稳定发展、提高水资源的利用率，就必须提高对城市给排水工程施工的重视程度。现阶段，城市基础设施建设方面还存在一些不完善之处，为尽快实现节能环保等的目标，促进城市经济社会到稳定发展，就需要从源头上解决水污染或水渗漏的问题，加强市政给排水工程的施工控制，采用更为先进的施工技术。

水污染和水资源浪费的问题是当前制约城市发展的最关键因素，所以加强污水治理、提高对城市生活废水和雨水的利用率也是目前市政工程项目实施中必须要考虑和借金额䦺问题。市政给排水工程施工单位应提高对给排水项目的重视程度，从加强防洪蓄水、污水治理、提高水资源利用率、改善城市水环境的角度，加强对市政给排水施工的重视。考虑到市政给排水的管道埋设在地下，地下水文地质、管线等环境非常复杂，在给排水施工时既要考虑地面环境，避免对交通和周围建筑物、植被等产生破坏，又要避免对地下已有管线工程的破坏，否则不但会影响施工进程，还可能会诱发安全事故。为此，市政给排水工程必须加强其综合管理，提高管理控制的水平，并从源头开始加强对施工质量的监控，使给排水工程得到有序开展。

3 在市政给排水施工中制约长距离顶管施工技术应用的因素分析

长距离顶管施工在每一段连续施工时顶进距离都在100m以上，因为每一段连续顶进施工的距离都很长所以也存在不少制约该技术应用的因素。制约长距离顶管施工的主要因素包括顶进时的推力作用、管道管材的质量、工作坑、后座能承受的作用力大小等。

首先管道顶进施工时由于管道推进的距离边长只需要增加主顶油缸的推力即可，但事实上在实际施工中推力作用增强以后管道和后座是否可以承受这个作用力还有待研究。常见的混凝土管道抗压强度是13MPa左右，玻璃纤加强的混凝土管抗压强度是90MPa上下，钢管的抗压强度则是210MPa。其次，给排水管道的材料常见的是钢筋混凝土材料或塑料管材，在应用时应根据管道的材料性质，如管道材质强度等选择合理的施工方案，使管道铺设在合适的位置。如果采用的是钢筋混凝土管材，应选择承受能力和强度都较强的钢筋混凝土管道，选择专门的顶管管道材料并确保直径在50cm以上才能符合施工要求。当然考虑到钢管的周重量、断面和土间的摩擦系数比混凝土管道小，顶进时推力作用下降，因此长距离顶管施工时应优先选择钢管材料。此外，在长距离顶管施工时，油泵、千斤顶等顶进设备和管道材料的性质、直径等也会影响顶进时的顶力，所以在施工设计时要适当保留一定空间以便施工时对顶管方向进行纠正。同时为确保后座可以承受顶进推力，使油缸推力反力均匀作用在工作坑的后方土体上，应浇筑一堵后做强使其能完全承受油缸的总推力反作用力。关于长距离顶管施工时存在的工作井和接收井两种工作坑，比较普遍采用的是现浇式钢筋混凝土结构工作坑，为增强后背墙的定力一般会设置水泥搅拌桩或其他支撑物。在工作坑内部则应设置钢墙来提高工作坑的施工强度。

4 长距离顶管施工技术在市政给排水工程施工中的应用

4.1 主顶施工

在市政给排水工程施工中常见的施工设备是千斤顶，千斤顶作为顶进施工时的主要设备，其工作时油泵为其提供动力，后端则采用分压环使推力可以均匀作用在工作坑上，同时可以将顶力运送到管节上。在主顶施工时应适当控制分压环刚度与强度，并确保与管端面接触平整。

4.2 中继间施工

中继间是指在长距离顶管施工中设置在管道中间的封闭性小室，该构件的作用是进行分段式分环顶进，控制连续性顶进施工的长度，每隔一段距离设置一个中继间。在中继间施工的同时应进行千斤顶的安装，避使中继间壳体外直径与管道的外直径相一致，可有效降低对土体的破坏，减少地面不均匀沉降问题的出现。

4.3 接口施工

在长距离顶管施工中接口施工包括外套环、止水环、衬垫等的施工，为确保施工接口的完整性，减少变形、偏移等问题的出现，首先应该做好防腐蚀防变形工作，确保接口的严密性和整洁性。为降低接口间的摩擦力，应将止水带粘接在管道凹槽处并涂抹无腐蚀形的润滑油。在软木垫施工时优先选择多层胶合板，可减少对接口的破坏，并在施工结束后做好内接口的处理，使得内接口与外接口的胶合板深度一致，最后进行水泥砂浆抹平施工操作。

4.4 注浆施工

长距离顶管施工时注浆施工时最主要的技术工艺，也是影响施工质量的最为重要的关键一环。为此，应尽量减少管壁与土体间的摩擦力，使用合适的符合质量要求的填充材料填充以免出现土体不均匀沉降和变形的问题。关于泥浆制备，在进行触变泥浆配置时优先选择高质量的湿润突然后急性多次试验确定合适的配置比，以确保泥浆具有较强的支撑作用和减少摩擦的作用。其他材料还包括膨润土与水，在混合搅拌均匀后才能用注浆设备将材料运输到管道注浆孔完成施工操作。在注浆时尤其要控制好压力，保证注浆压力不能小于管体上部水头压力与静止土压力，在顶进时严格按照地下水位和变形的情况调整压浆的量与压力，同时在出口的位置设置单向阀门避免出现回浆的情况，在实际施工中还要根据实际情况设置合适的中继压浆泵来控制注浆的压力。

5 市政给排水工程施工中长距离顶管施工质量控制措施

5.1 长距离顶管施工中工作井的质量控制

工作井的施工深度应控制在5m以上，由于工作井需要连续性施工因此其施工质量将直接关系着施工进度、环境和工作人员的安全。因此，必须确保工作井的砌体圆曲度均匀统一，使砌筑体可以一直环向受压，发挥砌筑体的抗压能力。其次，构建好沉井后在其内部进行顶管施工，发挥沉井占地少、隔水性好的优势，可为长距离顶管施工提供支撑作用，提供安全的顶管施工和焊接的空间。因此，采用沉井法施工不但可以减少挖土工作量、缩短工作时间，而且还能降低对周围建筑物和地下管线的影响，使各项操作可在工作井中顺利完成。

5.2 后背墙的质量控制

后背墙枕木和土壁直接接触，因此必须保证接触面的平整和严密，使管道在后背墙顶进时可以均匀受力。若土体不平整则需先进行平整施工，避免因为局部土体受力的问题而影响施工质量。如果后背墙外侧土体的含水量较高则可能会出现撤力时土体回弹、土体液化等问题，从而影响后背墙土体的承载作用，使顶管施工无法继续。为此，在具体后背墙施工时应根据土体的类型采用合适的降水量措施，当后背墙外侧土体出现塌陷等问题则应先对土体进行处理后再开展顶进施工。

5.3 轴线和标高的控制与纠偏

作为长距离顶管施工中最为重要的指标，轴线和标高是否准确将直接影响管道的施工质量。为此，必须将严格按照设计图纸的要求标注轴线和控制标高，使水准线引测到工作坑下部井壁，使管道的轴线方向引测到工作井下部井壁。同时根据基准点标准控制标高和顶管顶进的方向，只有标高和设计要求相符后才能安装导轨。测量轴线与标高的仪器优先选择激光经纬仪与水准仪，测量频率保持在顶进一次就测一次。在土方开挖时在一侧适当欠挖另一侧可不挖，可对偏差在10-30mm范围内的轴线偏差进修纠正。顶木一端顶在管道内关壁，另一端则顶在管前土体，这样可使顶木斜支产生的分力作用下回到设计要求为止，可用来纠偏误差大于30mm的轴线。另外，在超挖一侧设置千斤顶，使第一节管道在顶进时可以回到设计要求的位置，同循序渐进的方式与挖土纠偏结合使用也可对轴线误差进行纠偏。

5.4 减阻泥浆的注入

在管道四周设置泥浆套的主要作用是减少泥浆的进入，降低管道和土层之间的摩擦系数，使顶进施工更加方便。为此，要求使用的泥浆套质量满足减少阻力的要求，可减少土方局部塌陷问题和地层流失问题的发生，避免出现严重的不均匀沉降现象。

6 结语

综上所述，长距离顶管施工技术具有适应性强、实用性和应用性广泛、操作简便、经济性和环保性较好的优势，但是在实际施工中也对该技术的应用提出了更高的要求。为充分发挥顶管施工的作用，保证市政给排水管道施工的质量与效率，就需要结合实际工程需要和技术应用特征对技术措施进行改进优化，减少各种可能会影响顶管施工应用效果的因素出现，安排专业人员对该技术做更深层次的研究，使该技术的应用范围进一步拓宽。本文还从质量角度分析了制约影响顶管施工的因素，并从技术优化和质量控制的角度提出了相应的技术措施，希望可以充分发挥该技术的作用确保顶管施工的质量和效率，提高市政给排水项目的文明施工水平，促进现代化城市的建设与稳定发展。

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