市政污水管網(wǎng)工程頂管施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

中圖分類號：TU992.05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)13-0193-04

Abstract:With theaccelerationof urbanization，theconstructionof municipal sewagepipenetwork is facing problemssuch aslimitedconstructionspaceandstrictenvironmentalprotectionrequirements.Thetraditionalexcavationconstructionhastherisk oflongconstructionperiod，highcostandenvironmentalpolution.Asthecoremeansoftrenchlessconstruction，pipejacking technolgyiswidelyusedinmunicipalsewagepipenetworkengineringbecauseofitshigheficiencyenvironmentalprotection andsafety.Basedontheactual project，thispaperfocusesontheapplication methodofopencaissnpipe jackingconstruction technology，andsystematicallanalyzesthekeytechnicallinkssuchasthecostructionpointsoftheoriginatingwellandthe receivingwelljackingmeasurementcontrol，setlementcontrol，mudtreamentandudreplacementAftertheapplicatiofts technology，the construction period is shortened by 2 2 % ，the comprehensive cost is reduced by 18 % ，and there is no significant impacton thesurrounding water body and traffic，which can providean effctivereferencefor similar projects.

Keywords:municipal sewagepipenetwork；pipejacking construction;trenchlesstechnology；dynamiccontrol；key technologies

目前，針對市政污水管網(wǎng)工程中頂管施工的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究，取得了許多有價值的成果。朱堯堯系統(tǒng)闡釋了項(xiàng)目實(shí)施方案中的關(guān)鍵技術(shù)鏈條，包括基于地質(zhì)水文條件的頂管機(jī)選型模型、三維施工平面動態(tài)優(yōu)化方法及頂管參數(shù)敏感性分析體系，特別提出了“分段式頂管接力\"工藝在狹小作業(yè)空間的應(yīng)用范式；梁浩宇聚焦城市排水系統(tǒng)升級工程，構(gòu)建了包含工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、設(shè)備集群協(xié)同布置算法、管節(jié)裝配誤差補(bǔ)償機(jī)制的數(shù)字化施工平臺，其提出的“全過程質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)\"實(shí)現(xiàn)了施工缺陷率降低 4 2 % ：高曉明的創(chuàng)新性研究體現(xiàn)在沉井頂管復(fù)合工藝領(lǐng)域，通過建立混凝土早期強(qiáng)度-沉井穩(wěn)定性耦合模型，提出了分級注漿與可拆卸式腳手架的快速施工體系，該成果在軟土地基處理中使沉井下沉速度提升2.8倍。

1 工程概況

某污水處理廠及配套管網(wǎng)工程分為排水工程和尾水工程2部分。

1.1 排水工程

排水工程污水管道為進(jìn)水管道，全部為新建管線，起點(diǎn)位于廣州路上海路路口，沿上海路北側(cè)綠化帶敷設(shè)至香港路，該段長度 7 6 6 m ，管徑為 D N1 2 0 0 m m ：沿香港路向南至澤河北岸并在該路口向北側(cè)預(yù)留DN 支管長度 2 9 m 、該段長度 1 3 2 2 m 管徑為DN 1 3 5 0 m m ;沿澤河北岸大堤向東至橋梁西側(cè)，該段長度 5 9 0 m 管徑為 ，并在該處向北側(cè)預(yù)留DN / 1 2 0 0 m m 支管長度 7 m ；向南穿過澤河接入處理廠，該段長度 2 5 5 m 管徑為 ，全線采取頂管穿越施工，共設(shè)始發(fā)井及接收井21座。

1.2 尾水管線

尾水管線為出水管道，全部為新建管線，主要敷設(shè)在澤河南側(cè)，總長度約 3 . 8 1 k m 。尾水管材主要焊接鋼管，其中涉及頂管一段，長度為 6 7 . 5 m 。頂管段采用DN 1 5 0 0 m m 國標(biāo)三級鋼筋混凝土管做套管，共設(shè)始發(fā)井及接收井各1座。

1.3 工程量統(tǒng)計(jì)

本工程頂管管材采用 D N1 0 0 0 m m. D N1 2 0 0 m m DN 和1 國標(biāo)三級鋼筋混凝土管，單節(jié)長度 2 . 5 m ，采用泥水平衡平板頂管機(jī)進(jìn)行施工，頂進(jìn)地層為粉質(zhì)黏土，其中上海路及香港路覆土深度約為 5 . 5 m 、澤河北側(cè)大堤覆土深度約為 9 . 0 m O工程量統(tǒng)計(jì)見表1。

2施工工藝技術(shù)及方案

2.1始發(fā)井及接收井施工

始發(fā)井、接收井W2一W6采用沉井，其余均采用 鋼板樁支護(hù)形式。沉井始發(fā)井內(nèi)徑 6 . 5 m× 4 . 5 m 、沉井 接收井內(nèi)徑 3 . 0 m× 5 . 0 m ；鋼板樁始發(fā)井內(nèi)徑 6 . 4 m× 7 . 2 m， 7 . 2 m×7 . 2 m， 5 . 6 m×8 . 8 m ；鋼板樁接收井內(nèi)徑 4 m×6 m， 1 1 . 2 m×1 1 . 2 m， 5 . 6 m×6 . 4 m 。始發(fā)井兼接收 井支撐平面布置圖與支護(hù)剖面圖如圖1所示。

2.1.1 高壓旋噴樁

1)高壓旋噴管直徑 0 . 8 m ，間距 ，搭接 ，使用的水泥標(biāo)號不少于P.042.5級，水泥摻量不少于 2 5 % ，水灰比宜為1.0\\~2.0；水泥攪拌樁 2 8 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不超過 0 . 8 M P a ，滲透性為

2)采用XPB-90C旋噴機(jī)進(jìn)行高壓旋噴，其施工工藝為勘測定位、鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)成孔、下管噴射、注漿、旋擺起升、成樁、移機(jī)到下一根樁。

3)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.1.2 鋼板樁

板、樁的平面布局要確保其軸線的直線和平滑，盡量避免出現(xiàn)不規(guī)則的轉(zhuǎn)角。當(dāng)需要交叉閉合的情況下，每一側(cè)的尺寸都要按照樁身的模數(shù)來確定，盡量不要采用異型截面的柱子。鋼板樁采用IV拉森鋼板樁，大梁與每個鋼板樁間的間隙用木楔固定，也可用商用混凝土澆注，轉(zhuǎn)角應(yīng)設(shè)專門的桿件。

1)工藝流程：鋼板樁準(zhǔn)備 鋼板樁打設(shè) 偏差糾正 拔樁。

2)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：屏風(fēng)式打入法按順序依次為前進(jìn)、后退、往復(fù)、中分、組合。不同的沉樁次序?qū)Π鍢兜拇怪倍?、位移、軸向膨脹、板樁墻的凸凹度及沉樁效率等都有直接影響。鋼板樁安裝誤差標(biāo)準(zhǔn)見表3。

2.1.3 鋼圍標(biāo)及鋼支撐

下部托架采用 L 1 0 0 m m×1 0 m m 焊接的三腳架，三腳架間距 4 m 采用雙面焊接，焊縫長度為 焊接在鋼板樁上，圍標(biāo)采用 4 0 0 m m×4 0 0 m m×1 3 m m× 型鋼。焊接全部為連續(xù)滿焊。在制作和安裝過程中，要保證鋼架的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、變形，避免撞擊，并用C30細(xì)石混凝土填充鋼架與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的縫隙，以確保緊密結(jié)合。

2.2 頂管技術(shù)參數(shù)及施工

2.2.1 頂管工藝流程

測量放線，安裝井下導(dǎo)軌架、液壓系統(tǒng)、止水圈等設(shè)備，安裝地面附屬設(shè)施，吊裝就位頂管掘進(jìn)機(jī)，安裝激光經(jīng)緯儀，掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，正常頂進(jìn)，頂管機(jī)進(jìn)入接收坑。如圖2所示。

2.2.2 頂管機(jī)操作要點(diǎn)

1頂管機(jī)刀盤可正反向旋轉(zhuǎn)，用以切削土體和調(diào)整機(jī)頭旋轉(zhuǎn)。利用刀盤的左、右2個方向，實(shí)現(xiàn)了對上管機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向的良好調(diào)整，保證了上管機(jī)構(gòu)的平衡與穩(wěn)定性。將水或膨潤土泥漿注入刀盤輪輻條上的注射孔，再由刀盤后面的攪拌棒進(jìn)行攪拌，可使刀盤下方的土壤狀況得到改善，提高了其流動性，方便了泥漿泵送。

2)泥漿泵利用高壓渦輪葉片，將泥漿、泥沙經(jīng)管路輸送；如果排泥泵不出水，要停車，并進(jìn)行管線檢查，以避免管線阻塞導(dǎo)致泥漿泵的損壞。

3)為了取得較好的頂進(jìn)效果和質(zhì)量，泥槳均衡頂進(jìn)要認(rèn)真觀測并調(diào)節(jié)刀盤切割土層的能力和泥漿泵的起泥能力；在頂進(jìn)過程中，要密切關(guān)注槽體的壓力，使槽內(nèi)槳壓均衡，確保頂管機(jī)前端壓力不因設(shè)計(jì)偏差而造成地表抬升、下沉。

頂管機(jī)掘進(jìn)施工示意圖如圖3所示。

2.2.3開挖面穩(wěn)定的判斷方法

在泥水平衡頂管施工過程中，掌子面的穩(wěn)定性是一個非常重要的管理內(nèi)容，其好壞直接關(guān)系到頂管工程的施工質(zhì)量。為了保證掘進(jìn)面的穩(wěn)定性，必須對各節(jié)掘進(jìn)進(jìn)尺進(jìn)行控制。

掘削量的控制，根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行理論掘削量計(jì)算如下

式中： w 為理論掘削量； V 為砂性土在頂管機(jī)斷面內(nèi)所占的體積； n 為砂性土的孔隙度； r 為砂性土的密度

實(shí)際掘削量直接真實(shí)地反映實(shí)際掘削過程中的掘削量。偏差流量 Δ q 瞬時計(jì)算如下

，式中： A 為刀盤面積； V S 為頂進(jìn)速度。

3施工質(zhì)量控制

3.1 頂進(jìn)測量控制

3.1.1 頂管施工控制測量

1)頂管施工測量應(yīng)確定頂管方位與高程，并應(yīng)正確標(biāo)定中心線。

2)建設(shè)地面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)，使地面坐標(biāo)、方位、高程等信息能精確地傳送到地面。

3)頂進(jìn)施工中應(yīng)根據(jù)管道不斷運(yùn)動的特點(diǎn)，合理進(jìn)行誤差分配。

4頂進(jìn)過程中測量頻率應(yīng)滿足施工需求，填寫頂進(jìn)記錄，記錄原始數(shù)據(jù)。在第一次頂進(jìn)時，應(yīng)以 為間

隔檢查，確保一節(jié)頂管機(jī)中心線的誤差在 5 m m 以內(nèi)。

3.1.2 頂進(jìn)糾偏控制

2套糾偏千斤頂，2套一套，安裝在頂管機(jī)前、后段與“十\"字軸線之間的圓周上，設(shè)置成 角；糾偏千斤頂?shù)淖畲笮谐淌?1 0 0 m m ，單次校正以 5 m m 為限，在 5 0～1 0 0 c m 的位置進(jìn)行二次糾偏;采用“勤糾偏、小糾偏\"的方法，對管線的頂管進(jìn)行軸向控制。

3.1.3 注漿減阻

在頂管施工中，為了降低頂進(jìn)阻力，加快頂進(jìn)速率，需要同時灌注減阻泥漿，降低頂進(jìn)阻力，提高頂進(jìn)速度。膨潤土的膠體價格通常在80元以上。膨潤土進(jìn)場后，首先測試其膠體的價格，然后再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行配比。膨潤土泥槳的配比見表4。

3.2 沉降控制

3.2.1 影響地面沉降的因素分析

1)挖掘工具管造成的地層損耗。在基坑頂進(jìn)施工中，由于前方土體受到擾動，使其向開挖面上運(yùn)動，造成底面的損失，從而導(dǎo)致了地表下沉。在泥水平衡設(shè)備中，由于前土受到的壓力超過了原有的側(cè)向壓力，使前土發(fā)生了位移，從而產(chǎn)生了負(fù)值的地層損失，從而產(chǎn)生了地面上拾。對泥漿平衡和泥漿平衡型工具管，在正常作業(yè)條件下，地層損失可以降低到 ± ( 1 % ～ 2 % ）。

2)下井儀下套管與后井段外徑差異對地層損失的影響。為了更好地形成套管，降低頂力，在生產(chǎn)過程中，頭部的外徑通常要大于管節(jié)外徑 1 0～2 0 m m ，這樣，后續(xù)管線周圍就會留出 1 0～2 0 m m 的施工空間，如果后續(xù)管節(jié)的壓漿量不夠，其壓力不足以支撐土壓力，就會造成地層損失。

3)鄰近管線接頭不平度過大造成的地層損失。由于管節(jié)的制作精度、管節(jié)的組裝問題等原因，都會造成鄰近管節(jié)的不齊，如果壓漿量不夠，造成的壓力不足以支撐土壓力，也會造成地層漏失。

4)鉆桿偏斜造成地層損失。由于校直后所產(chǎn)生的截面不是圓的，而是橢圓區(qū)域與設(shè)計(jì)曲線之間的差異，就是校直過程中產(chǎn)生的地層損耗。在含濕軟土層中，由于外周邊土的自吸力很弱，隨著機(jī)頭頂進(jìn)，周邊間隙會被馬上變形的土壤填滿，因此，這一部位的土很難用壓漿法進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2.2 沉降控制措施

通過過往實(shí)踐，并結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，提出了以 ± ( 1 0～3 0 ) m m 為目標(biāo)的地基變形控制目標(biāo)。根據(jù)頂管施工過程中的實(shí)際情況，確定頂管施工過程中的泥漿壓力，保證頂管施工過程中地表變形不超過 ? + ( 3 - 5 ) m m 從而避免了地表變形觀測資料不變和地層出現(xiàn)滯后的現(xiàn)象。

4泥漿處理與泥漿置換

4.1 泥漿處理

對于泥槳的處置，嚴(yán)格遵守地方環(huán)境保護(hù)規(guī)定，嚴(yán)格禁止亂排。施工時，將返流的泥漿從泥槽中回收，然后由泥漿泵送到泥漿罐中進(jìn)行處理，回收使用。施工完畢后，用專用槽車將剩下的泥漿運(yùn)送至當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)主管部門規(guī)定的地點(diǎn)。頂管施工時，泥漿和泥漿分開后，不能隨意傾倒，必須用汽車將其運(yùn)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定的地方，在運(yùn)輸過程中，要對車輛進(jìn)行密封和遮蓋，不能將其隨意丟棄。

4.2 泥漿置換

為了避免管線在頂進(jìn)后產(chǎn)生的滯后沉降，在頂進(jìn)時要對觸變性泥漿進(jìn)行置換。置換后的泥漿由純水泥漿替代。用壓注觸變液體代替系統(tǒng)及管道。注射順序：從第一根導(dǎo)管開始，然后向后。在壓注上一節(jié)管道的水泥漿時，要開啟下一節(jié)的壓漿孔，在水泥漿的作用下，原有管道內(nèi)的觸變性泥漿通過下一節(jié)的壓漿孔排出，直到下一節(jié)的水泥漿流出，且到達(dá)某一壓注壓力后，才能停正前一段管內(nèi)的水泥漿的壓注，以保證所有已觸及的泥漿都被置換干凈。

5 結(jié)束語

隨著城市化進(jìn)程的加速，市政污水管網(wǎng)建設(shè)面臨復(fù)雜地質(zhì)條件、高精度施工要求及環(huán)境保護(hù)等多重挑戰(zhàn)。頂管施工技術(shù)憑借其非開挖、低擾動、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，已成為城市地下管線施工的重要手段。然而，當(dāng)前技術(shù)仍存在設(shè)備成本高、特殊地質(zhì)適應(yīng)性不足等問題。未來需進(jìn)一步結(jié)合新材料研發(fā)與自動化技術(shù)升級，推動頂管施工向智能化、綠色化方向發(fā)展，以更高標(biāo)準(zhǔn)滿足新型城鎮(zhèn)化建設(shè)需求，助力市政基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱堯堯.基于頂管施工技術(shù)的城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)方案[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2025(7)：189-192.

[2]梁浩宇.頂管施工技術(shù)在市政給排水工程中的應(yīng)用探究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2025，52(3)：81-83.

[3]高曉明.城市污水管網(wǎng)沉井頂管施工技術(shù)的應(yīng)用[J].江蘇建材，2025(1):93-95.