市政給排水施工中的長距離頂管施工技術(shù)分析研究

朱乃榕

摘要：市政工程中的給排水設(shè)備作為為城市提供生活用水并處理生活廢水的基礎(chǔ)設(shè)施，在城市建設(shè)中有著不可或缺的重要地位。給排水的主要施工場所位于地下，傳統(tǒng)的給排水工程需要通過挖掘施工技術(shù)將管道深埋至地下，會(huì)對地表造成較大的影響。妨礙居民的日常生活與城市生產(chǎn)建設(shè)進(jìn)程，而采用長距離頂管施工技術(shù)可以使用頂進(jìn)裝置直接將管道頂入地下，施工量小，對地表影響小，污染程度低，是目前廣泛使用的一類給排水施工技術(shù)。本文從長距離頂管施工技術(shù)的概念與應(yīng)用優(yōu)勢出發(fā)，介紹了長距離頂管施工的施工流程，并對其中涉及到的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：市政工程;給排水施工;長距離頂管施工技術(shù);研究

引言：

國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了城市化進(jìn)程的加快，市政工程作為城市建設(shè)中與居民的生活以及生產(chǎn)建設(shè)息息相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模也呈現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)張的態(tài)勢。其中，市政給排水設(shè)施為城市用水與排水提供了重要的物質(zhì)保障，在市政工程建設(shè)中需要加強(qiáng)重視程度，而傳統(tǒng)的挖槽埋管施工技術(shù)對地質(zhì)環(huán)境要求較高，不僅對地下環(huán)境影響較大，還會(huì)占據(jù)較多城市地表空間，不利于城市生產(chǎn)生活的順利進(jìn)行。長距離頂管施工技術(shù)作為一種無需對地面進(jìn)行開挖的施工技術(shù)，能夠有效解決以上問題，被越來越廣泛地應(yīng)用于市政給排水施工中，下面將對長距離頂管施工技術(shù)展開分析研究。

一、長距離頂管施工技術(shù)的概念

長距離頂管施工技術(shù)與傳統(tǒng)的挖槽埋管施工技術(shù)相比，無需進(jìn)行開挖施工作業(yè)，可以直接利用基于液壓技術(shù)的頂進(jìn)設(shè)備將鋪設(shè)管道直接頂入地下目標(biāo)位置中，不會(huì)對地表建筑、地表交通以及地下軌道交通等其他市政工程設(shè)施造成影響。這一方面極大地節(jié)約了市政給排水施工的時(shí)間、人力、物力、財(cái)力成本，縮減了工程量，提升了施工進(jìn)度;另一方面也減少了對施工場所周邊環(huán)境的破壞程度，保障了城市生產(chǎn)活動(dòng)與居民日常生活的順利運(yùn)行。

長距離頂管施工的技術(shù)流程如下：一是在施工作業(yè)之前對各項(xiàng)設(shè)備與技術(shù)流程進(jìn)行調(diào)試，為后續(xù)施工作業(yè)的順利開展提供保障;二是對地下管線進(jìn)行檢測，確定管線位置;三是開展工作井與接收井的開挖作業(yè)，為后續(xù)頂管施工提供場所;四是對相關(guān)施工作業(yè)設(shè)備進(jìn)行安裝與調(diào)試，確保液壓千斤頂、頂管機(jī)以及其他輔助設(shè)備能夠正常運(yùn)行;五是開展頂進(jìn)施工作業(yè)，并在頂進(jìn)過程中采用相關(guān)技術(shù)手段降低阻力，糾正頂進(jìn)偏差，確保管道能夠順利頂進(jìn)至對應(yīng)位置;六是對通過頂管施工技術(shù)安裝的管道進(jìn)行閉水試驗(yàn)，確保管道安裝的質(zhì)量安全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠順利運(yùn)行。最后，對施工現(xiàn)場進(jìn)行竣工驗(yàn)收清理即可[1]。

二、長距離頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢

（一）對施工場所干擾較低

長距離頂管施工技術(shù)采用直接將管道設(shè)備頂入地下的作業(yè)方法，無需如傳統(tǒng)挖槽埋管施工一般對地面進(jìn)行開挖作業(yè)即可對管道進(jìn)行鋪設(shè)，所占用的施工場所范圍較小，管道在鋪設(shè)過程中可以采用曲線路徑頂進(jìn)作業(yè)，繞開地下各類設(shè)施障礙，不會(huì)對地表及地下環(huán)境造成大規(guī)模破壞，因此，長距離頂管施工技術(shù)對地表建筑物以及公路、鐵路等道路設(shè)施的影響較小，也不會(huì)對地下軌道交通的正常運(yùn)行造成妨礙，能夠保障城市生產(chǎn)活動(dòng)與居民日常生活行動(dòng)的順利開展。

（二）對施工成本控制較好

長距離頂管施工技術(shù)與其他較為傳統(tǒng)的市政給排水施工技術(shù)相比，無需對地表進(jìn)行開挖作業(yè)，極大地縮減了工程量，節(jié)省了施工人力成本。另一方面，長距離頂管施工技術(shù)的施工場所主要位于地下工作井中，與位于地表施工場所的施工技術(shù)不同，較少受到風(fēng)霜雨雪等惡劣天氣狀況的影響，能夠縮短市政給排水施工的工期，節(jié)省了施工時(shí)間成本，降低了市政給排水施工的工程造價(jià)。

（三）對生態(tài)環(huán)境破壞較小

長距離頂管施工技術(shù)采取點(diǎn)狀施工模式，不會(huì)對地表進(jìn)行大規(guī)模開挖作業(yè)，能夠較好地保護(hù)地表綠色植被，在竣工之后也能保證施工場所周邊環(huán)境較快恢復(fù)至原有狀態(tài)，無需對場地進(jìn)行二次綠化，在節(jié)省建設(shè)成本的同時(shí)維護(hù)了生態(tài)環(huán)境綠色健康。此外，長距離頂管施工技術(shù)的主要施工場所位于地下，在施工過程中為避免施工作業(yè)引發(fā)的揚(yáng)塵大規(guī)模散播到空氣中，會(huì)持續(xù)灌注清水與黏土漿，減少了市政給排水施工造成的大氣污染。再者，長距離頂管施工技術(shù)產(chǎn)生的噪音較小，降低了對周邊環(huán)境的噪音污染，推動(dòng)了城市生態(tài)文明建設(shè)[2]。

三、長距離頂管施工的技術(shù)流程

（一）前期施工準(zhǔn)備

在市政給排水工程中運(yùn)用長距離頂管施工技術(shù)時(shí)，首先需要做好前期施工準(zhǔn)備工作，以便為后續(xù)的施工作業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。首先，需要對施工場所進(jìn)行實(shí)地勘測，充分考慮施工場所的地質(zhì)特征、氣候狀況以及周邊環(huán)境影響，在對施工場所信息進(jìn)行充分收集的基礎(chǔ)上，制訂出科學(xué)完善的施工作業(yè)方案，對施工過程中的各項(xiàng)技術(shù)要求做出明確規(guī)定，合理統(tǒng)籌安排各類資源配置，為后續(xù)長距離頂管施工的順利開展與施工質(zhì)量安全奠定了基礎(chǔ)。其次，需要根據(jù)長距離頂管施工技術(shù)的作業(yè)方式與安全標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際施工需求嚴(yán)格甄選出材質(zhì)與性能優(yōu)良的施工材料，如管材、鋼筋、混凝土等，并將施工成本一并納入考慮，對施工材料的使用方式進(jìn)行合理推算，減少二次加工，提高市政給排水施工的質(zhì)量安全。此外，還需要根據(jù)市政給排水工程的施工設(shè)計(jì)方案與施工成本采購性價(jià)比較高的施工設(shè)備，如頂管機(jī)、液壓千斤頂、起重機(jī)、攪拌機(jī)以及注漿機(jī)等，提升施工作業(yè)的效率，保證市政給排水工程的質(zhì)量安全。

（二）工作井開挖

在市政給排水工程中運(yùn)用長距離頂管施工技術(shù)時(shí)，需要在施工目標(biāo)場地選擇合適的地點(diǎn)開挖打造工作井，為頂管施工作業(yè)提供場地條件。在建設(shè)工作井時(shí)，需要對沉井施工現(xiàn)場進(jìn)行清理，通過實(shí)地勘測確定工作井開挖位點(diǎn)，對基坑開展挖掘作業(yè)，鋪設(shè)砂墊層與素混凝土墊層，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行沉井制作以及下沉作業(yè)，在下沉施工期間始終與地面保持垂直，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境良好、滲水狀況不明顯時(shí)，可以繼續(xù)進(jìn)行沉井下沉作業(yè)，而當(dāng)滲水狀況嚴(yán)重，局部水位過高時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行井點(diǎn)降水操作，也可采用鉆吸排土法繼續(xù)進(jìn)行下沉作業(yè)。當(dāng)達(dá)到施工目標(biāo)深度之后，需要對工作井進(jìn)行封底處理，使用混凝土對底板進(jìn)行澆筑，保證工作井場地內(nèi)頂管施工工程的順利安全開展。

（三）后靠墻施工

市政給排水工程中長距離頂管施工的后靠墻建設(shè)對施工作業(yè)的順利開展奠定了重要基礎(chǔ)。一方面，隨著工作井基坑面積的加大與深度的加大，外側(cè)墻體會(huì)產(chǎn)生更高的荷載力，容易導(dǎo)致井內(nèi)發(fā)生墻體坍塌，造成嚴(yán)重的安全后果，而后靠墻能夠承載抵抗外側(cè)墻體的負(fù)載，保護(hù)工作井內(nèi)部施工設(shè)備與施工人員的安全。另一方面，后靠墻能夠?yàn)橐簤呵Ы镯數(shù)捻斶M(jìn)作業(yè)提供均勻的受力支撐，通過頂力的傳遞讓頂管在頂級設(shè)備的推動(dòng)下前進(jìn)至指定位置。在后靠墻施工作業(yè)中，首先需要將墻體表面松動(dòng)的浮土、土塊、碎石等物質(zhì)進(jìn)行清掃，再對墻體噴射水泥砂漿并進(jìn)行整平，待墻體表面的水泥砂漿凝固后，將鋼筋錨固搭建為整體框架，并利用混凝土澆筑加固，使后背墻的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度的3/4，保證后背墻能夠?yàn)轫斶M(jìn)設(shè)備提供充足的頂力，并維護(hù)工作井內(nèi)設(shè)備與人員的安全[3]。

（四）施工設(shè)備安裝與調(diào)試

在進(jìn)行頂管設(shè)備安裝與調(diào)整時(shí)，需要嚴(yán)格根據(jù)設(shè)備清單中注明的設(shè)備元件數(shù)量、種類以及技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備元件進(jìn)行逐一檢查，排查設(shè)備元件可能存在的質(zhì)量問題，在進(jìn)行調(diào)整更換后，將設(shè)備元件按照要求進(jìn)行安裝并試運(yùn)行，檢驗(yàn)施工設(shè)備的功能是否完整，確保在后續(xù)施工過程中能夠正常運(yùn)行。例如，在進(jìn)行工作井導(dǎo)軌設(shè)備安裝時(shí)，為保證導(dǎo)軌安裝位置的精確度與安裝穩(wěn)定性，需要對管節(jié)中心的高程以及鋪設(shè)坡度進(jìn)行調(diào)整，在專業(yè)測量儀器的輔助下將導(dǎo)軌軸線位置誤差調(diào)整在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。在進(jìn)行頂進(jìn)設(shè)備調(diào)式時(shí)，需要對壓力繼電器與電接點(diǎn)壓力表機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使之處于正確的保安值，再緩慢逐步增加油壓力，對液壓千斤頂?shù)膯?dòng)推力進(jìn)行預(yù)測試，及時(shí)觀測后靠墻的狀態(tài)變化，以此檢驗(yàn)頂進(jìn)設(shè)備正常運(yùn)作的可行性。此外，還需要對長距離頂管施工技術(shù)的其余輔助設(shè)備進(jìn)行配置，在管身預(yù)埋件的對應(yīng)部位安裝鋼刃腳以形成船頭坡，能夠?yàn)楹罄m(xù)預(yù)埋件的鋪設(shè)提供便利，還需要通過人工挖土平臺(tái)的建立將管身頂進(jìn)過程中推出的土體進(jìn)行及時(shí)搬運(yùn)，保證頂管施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

（五）機(jī)頭穿墻出洞

頂管穿墻出洞技術(shù)中掘進(jìn)機(jī)的行進(jìn)方向會(huì)對管道頂進(jìn)方向的準(zhǔn)確度以及井內(nèi)管節(jié)的安裝造成重要影響，是長距離頂管施工流程中關(guān)鍵步驟。在進(jìn)行機(jī)頭穿墻出洞之前，為了預(yù)防井外滲透的地下水涌入工作井內(nèi)，威脅到施工設(shè)備與施工人員的安全，就需要在結(jié)合頂管位置，在洞口處的垂直墻體上澆筑混凝土止水墻，并在墻體上開設(shè)的十個(gè)預(yù)留孔內(nèi)安裝橡膠止水圈，嚴(yán)密阻擋滲漏的地下水涌入。此外，為了防止頂管穿墻出洞洞口周圍相對松散的泥沙涌入工作井內(nèi)引起塌方事故，需要在機(jī)頭出洞時(shí)加大掘進(jìn)機(jī)的鉆頭轉(zhuǎn)速與頂力，通過提升出洞速度有效降低洞口周邊的土體損傷，從而防止土質(zhì)松散的泥沙涌入工作井，造成嚴(yán)重安全事故。再者，需要保證機(jī)頭穿墻出洞時(shí)頂進(jìn)方向的準(zhǔn)確度，防止后續(xù)管道鋪設(shè)時(shí)軸線偏離誤差過大，影響市政給排水設(shè)備的施工質(zhì)量。

（六）頂進(jìn)施工

頂進(jìn)施工是長距離頂管施工技術(shù)的主要環(huán)節(jié)。在頂進(jìn)施工作業(yè)中，首先需要利用掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)力對洞口處的磚封門進(jìn)行破壞，在掘進(jìn)機(jī)完全進(jìn)入洞口之后再拆除封口，為頂管推進(jìn)作業(yè)降低阻力。在頂管頂進(jìn)過程中，為保證頂管鋪設(shè)位置與設(shè)計(jì)方案之間的誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)，需要對頂管的偏移量進(jìn)行嚴(yán)格測定，并根據(jù)頂管實(shí)際位置與目標(biāo)位置對頂進(jìn)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至頂管頂進(jìn)方向還原至目標(biāo)方向。當(dāng)?shù)谝还?jié)管道頂進(jìn)之后，再開始對第二節(jié)管道進(jìn)行頂進(jìn)施工，直至將所有管節(jié)全部頂入預(yù)設(shè)位置中。其中，管道的連接方式需要采用焊接技術(shù)進(jìn)行固定，并在焊接過程中對焊接工藝嚴(yán)格把控，保證給排水管道的密封性，提高給排水設(shè)備的安全質(zhì)量。

在長距離頂管施工過程中，頂進(jìn)管道的長度會(huì)逐漸增加，產(chǎn)生的摩擦力也持續(xù)變大，會(huì)對頂進(jìn)設(shè)備的頂力造成嚴(yán)重?fù)p耗。因此，需要綜合考慮施工環(huán)境的土壤地質(zhì)特征、減阻技術(shù)類型以及頂管設(shè)備的頂力大小等因素，選取合適的位點(diǎn)設(shè)置中繼站，利用繼電器輔助頂管設(shè)備提高儲(chǔ)備頂力值來進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。在中繼站位點(diǎn)的鋪設(shè)上，需要盡可能減少中繼站數(shù)量，降低市政給排水設(shè)備的工程造價(jià)，控制好施工成本[4]。

四、長距離頂管施工的技術(shù)要點(diǎn)

（一）水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)

在長距離頂管施工作業(yè)中，由于螺旋鉆桿的直徑較小，且擁有導(dǎo)向儀作為輔助，能夠?qū)艿垒S線位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，因此，可采取水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)確定管道中軸線的位置走向，按照設(shè)計(jì)方案規(guī)定的管徑使用螺旋擴(kuò)孔鉆頭從管道軸線開始對孔洞進(jìn)行擴(kuò)張，并將管節(jié)拉入至空洞內(nèi)。水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)具有精確度高、對地表影響小的優(yōu)點(diǎn)，在長距離頂管施工作業(yè)中可進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

（二）測量糾偏技術(shù)

在長距離頂管施工作業(yè)中，管身在定金過程中所處的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，很容易受到微小因素的干擾而造成軸線偏移，使得管道實(shí)際位置與預(yù)設(shè)位置不相符合。為保證管道鋪設(shè)路線與設(shè)計(jì)路線的錯(cuò)位部分處于合格誤差范圍內(nèi)，需要對管道中軸線與高程進(jìn)行測量，檢驗(yàn)中心線高度與設(shè)計(jì)高度是否一致，并在管道的逐節(jié)頂進(jìn)中多次反復(fù)測量，隨時(shí)追蹤管節(jié)軸線的偏移情況，以便及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)糾偏調(diào)整。在對管道進(jìn)行糾偏的過程中，需要通過對管道周邊的土體進(jìn)行少量挖掘填充來調(diào)整管身所受摩擦力的分布情況，也可以通過頂進(jìn)設(shè)備在頂力與頂進(jìn)方向參數(shù)的調(diào)節(jié)將管身頂進(jìn)到規(guī)定位置。在糾偏過程中，需要對偏移量進(jìn)行緩慢地矯正，以防改變原有參數(shù)引起管身破損或管道軸線大幅度偏移，為后續(xù)市政給排水的施工作業(yè)帶來較大困難，難以保證市政給排水設(shè)施的質(zhì)量安全。

（三）管節(jié)止轉(zhuǎn)技術(shù)

在長距離頂管施工過程中，由于土體內(nèi)部的管道與施工設(shè)備受力環(huán)境復(fù)雜，頂管機(jī)頭很容易受刀盤與出土機(jī)的影響而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，為施工作業(yè)的順利開展造成阻礙。因此，需要在機(jī)頭兩側(cè)陳放加壓重塊的安置架，對重塊進(jìn)行均衡排放，當(dāng)機(jī)頭發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)整加壓重塊的分布狀況，利用重力作用將機(jī)頭扭轉(zhuǎn)至合適位置，避免管節(jié)由于發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象[5]。

（四）洞口土體加固技術(shù)

在長距離頂管施工過程中，為避免施工作業(yè)時(shí)工作井外的土體在受到強(qiáng)烈壓力干擾下發(fā)生松動(dòng)移位，從而導(dǎo)致洞口坍塌，引發(fā)重大安全隱患，需要對洞口處的土體進(jìn)行嚴(yán)格加固?，F(xiàn)階段常用的洞口加固作業(yè)技術(shù)包含了混凝土澆筑技術(shù)、深層攪拌樁技術(shù)、凍結(jié)技術(shù)以及高壓旋噴技術(shù)等，需要根據(jù)洞口土體的摩擦角、土質(zhì)硬度、滲水系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)貫入度等物理特性選取合適的加固方法與加固位置進(jìn)行施工作業(yè)。當(dāng)土質(zhì)硬度較低時(shí)，需要擴(kuò)大加固范圍，將整個(gè)斷面進(jìn)行加固;當(dāng)土質(zhì)硬度適中，可以在管道頂部與兩側(cè)選取一定面積的范圍進(jìn)行加固;當(dāng)土質(zhì)硬度較大時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際施工狀況選擇不加固土體。

（五）頂進(jìn)減阻技術(shù)

在長距離頂管施工技術(shù)中，為降低頂進(jìn)設(shè)備的頂力損耗，并提升管道頂進(jìn)速率，需要采取合適的技術(shù)手段減小頂進(jìn)作業(yè)中產(chǎn)生的阻力。一方面，可以采取鋼板脫殼法來進(jìn)行減阻，通過在管道頂部鋪設(shè)鋼板，將管身與頂部土體隔離開來，降低二者之間產(chǎn)生的摩擦力，方便頂進(jìn)設(shè)備的快速作業(yè)，當(dāng)鋼板與頂部土體摩擦力加大時(shí)，由于鋼板與管身處于無連接狀態(tài)，管身可以迅速脫離鋼板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，降低了頂進(jìn)設(shè)備的頂力損耗。另一方面，可以采用注漿減阻技術(shù)來降低頂進(jìn)摩擦力，通過在管道與周邊土體之間灌注潤滑漿液，以環(huán)狀泥漿保護(hù)套的形式減小頂進(jìn)阻力。在注漿減阻施工過程中，多以400m為間隔設(shè)置壓漿泵，提高管道注漿壓力，使得注漿壓力在長距離的頂管線路中保持穩(wěn)定，還需通過漿液黏度與使用量的選擇，對管道周身的漿液進(jìn)行均勻分布，根據(jù)頂進(jìn)施工現(xiàn)場的具體情況隨時(shí)進(jìn)行注漿補(bǔ)漿，確保有效降低頂進(jìn)阻力。

（六）通風(fēng)技術(shù)

在長距離頂管施工過程中，為保證施工人員的身體健康安全，需要對空氣質(zhì)量較差的地下施工場所進(jìn)行通風(fēng)處理，建設(shè)完備的通風(fēng)系統(tǒng)，利用鼓風(fēng)機(jī)與抽風(fēng)機(jī)對地下施工場所通風(fēng)供氧，改善空氣質(zhì)量，維護(hù)施工人員的身體健康安全，確保市政給排水施工的順利進(jìn)行[6]。

五、結(jié)束語

市政給排水設(shè)施作為城市生存與發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，需要將長距離頂管施工技術(shù)引入至施工作業(yè)中，以減少施工過程對地表環(huán)境的影響，維護(hù)施工場所的生態(tài)環(huán)境安全，并降低工程造價(jià)。為此，需要對長距離頂管施工技術(shù)的作業(yè)流程與技術(shù)要點(diǎn)展開充分的研究探討，以便對施工技術(shù)進(jìn)行反思改進(jìn)，提高市政給排水設(shè)備的施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉芹，張正平，李海果，等.市政給排水施工中長距離頂管施工技術(shù)研究[J].工程技術(shù)（全文版），2020.

[2]史明迪.市政給排水施工中長距離頂管施工技術(shù)研究[J].裝備維修技術(shù)，2021（30）：1.

[3]孟芃.長距離頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用[J].市場周刊·理論版，2020（73）：1.

[4]雷志強(qiáng).市政給排水施工中長距離頂管施工技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（18）：2.

[5]舒龍.市政給排水施工中的長距離頂管施工技術(shù)探究[J].裝飾裝修天地，2019，000（012）：163.

[6]靳芳，焦義坤.市政給排水施工中的長距離頂管施工技術(shù)分析[J].鋒繪，2021（5）：1.

1793500520370