顶管技术在市政给排水施工中的运用

摘要：对于顶管技术来说，凭借其非开挖施工特点，在市政给排水工程施工中应用广泛。本文就以顶管施工技术为探究重点，系统分析顶管技术的施工原理，并结合工程案例，进一步探讨顶管施工技术在复杂地质环境下的适应性，并根据施工中的技术难点提出具体的优化措施。通过研究，在市政给排水工程施工中，把顶管技术应用其中，不仅可以提高施工效率，也能降低对生态环境的影响，保证工程施工质量，为市政工程更好发展提供技术支持。

关键词：顶管技术；市政工程；给排水施工

近几年，城市化发展水平提高，传统的开挖施工方式受空间、施工周期、施工环节等因素影响，频繁出现各种问题，非开挖施工技术随之出现。作为非开挖施工技术中比较重要的组成部分，顶管技术凭借其对地表产生影响小、施工精度高、适合应用在各种复杂地质环境中的施工优势，深受市政工程的喜爱与认可。顶管施工技术在市政给排水工程施工中应用，有效处理以往施工中管道铺设施工的技术难题，在提高施工效率的同时，也能节省资源，降低环境影响，有利于市政工程高质量发展。

一、顶管技术的基本原理概述

顶管技术也就是通过液压顶推装置把管道沿着提前设计好的轨迹向前推进施工的一种非开挖施工工艺，其施工原理也就是在顶力作用下，让管道更好地应对土体阻力带来的影响，将其推进到提前设定好的位置，并依赖于切屑装置以及泥水循环泵等将前方土体进行清理。顶管技术在施工中可以对管道精确导向进行管控，保证施工轨迹的合理性，防止造成地表沉降或者变形，给周围环境产生不良影响。通常情况下，顶管技术适合应用在地质条件比较复杂，空间受限的工程中，在市政给排水工程中顶管技术适合应用在大口径管道铺设、深埋管道等非开挖施工中，能够穿越铁路、河流等。如果是地质条件比较复杂的地区，如粘土层、岩石层等，顶管技术凭借不同的挖掘工具和施工方式，展现出较强的适应性[1]。

在顶管施工中，工艺流有施工前期准备、始发段施工、管道推进以及接受段施工等。在施工前期准备中，应对施工现场充分勘察，对地质条件有所了解，并明确地下水位、土地性质、地质分层等信息，合理设计施工方案，选择适合的施工设备，对顶管机、液压推进系统、泥水循环系统等全面检查，做好设备调试工作。在始发段施工中，工作重点在于始发井设计与施工，始发井应展现出较强的结构强度以及抗渗性，同时始发段导向轨道应合理安装，保证管道推进施工的稳定性，顶管机在始发环节中逐渐破土推进，利用激光导向系统对推进轨迹进行实时监测。

在管道施工中，施工重点是顶力控制、管道拼接密封性以及掘进轨迹校正处理，顶力控制则要结合土体阻力、推进速度、泥水压力等科学调整，防止由于顶力比较大而造成管道损伤或者由于顶力不足而给施工效果产生影响；管道拼接则要选择高强度密封材料，保证对接工艺的科学性，提高管道整体密封性与抗渗性；掘进轨迹校正则要在激光导向系统及实时监控设备的作用下完成矫正处理，防止出现轨道偏差，给后续施工带来影响；接收段施工的重点是接收井设计和管道精准接收，接收井应结合工程现场地质条件、管道尺寸等优化设计，保证施工的稳定性与安全性。在管道接收中，利用激光定位和实时监测设备，对管道末端情况精准管控，避免发生位置偏移或者连接不良的状况，影响施工效果。

二、顶管技术在市政给排水施工中的运用要点

（一）地质勘察

为了保证市政给排水工程管道铺设施工质量，提高顶管施工技术使用的适宜性，施工人员应结合工程现场情况，做好施工现场勘察工作，提前了解工程整体状况，设计合理的施工方案，为后续施工工作顺利进行提供保障。在地质勘察过程中，要求相关人员根据工程现场情况，查明施工现场地形结构、土层性质以及空间分布等，尤其是暗河、暗塘等不良地质，为施工方案设计与优化提供依据[2]。同时，相关人员还要预测施工过程中可能遇到的各种问题，如管涌、地面沉降等，提出具体的防治措施，如在流沙层、软土地基区域应选择触变泥浆护壁等处理方法。相关人员结合地层性质对管道顶进可行性进行评估，提供设计所需的物理学参数，如承载力、压缩模量等。为了保证施工效果，还要明确地下管线、障碍物分布情况，评估其对施工造成的影响，提出整改意见。例如，在遇到电缆等，应及时调整施工方案，或者做好保护工作。

（二）管道材料选择

在市政给排水工程施工中，为了将顶管施工技术应用价值充分发挥，做好管道材料选择工作是非常必要的，其会给施工质量和施工进度产生影响。在顶管施工中，常见的管道材料有钢筋混凝土管及钢管，应结合工程现场情况和施工要求来选择。对于钢筋混凝土管，其是顶管施工中比较常见的管道材料，展现出较强的强度与抗渗性，并且接口种类比较多，适合应用在地下水管道排水工程中，最大管径为3m，但是企口管由于接触面积比较小，推力要求高，应做好偏角控制，避免造成管道损坏。钢管则适合应用在承受较大高压的工程中，如给水工程或腐蚀性环境，钢管接口形式主要以法兰或焊接为主，但是应做好防腐处理工作，避免长时间埋设受环境影响出现管道腐蚀问题。

（三）工作井和接收井设置

在顶管施工中，对于工作井和接收井设置，其施工流程有以下几点：第一，工作井设置。结合工程现场地质环境和管道埋设深度，确定施工位置，选择钢板桩、沉降等支护结构保证工作井结构的稳定性，防止出现坍塌风险。通常情况下，工作井设置为矩形或者圆形，满足顶管机安装及管道拼接施工要求，尺寸应根据顶进坡度和覆盖土层深度进行设计。在工作井施工中，主要的设备有顶管机、千斤顶、导轨等，保证后座墙强度，可以承受顶力。第二，接收井设置。接收井的作用是接收顶进的管道与工具管，尺寸和工作井比较相对较小，进出洞口需要注浆处理，或者通过搅拌桩进行土体加固，以减少坍塌风险发生[3]。在实际施工中需要注意的是，工作井兼顾垂直运输、设备安装等功能，和接收井比较更加复杂。沉井法适合应用在深井或者地质比较复杂的工程中，完工以后沉井可以作为管道附属结构保留。

（四）顶力控制

顶力控制是顶管施工中比较重要的环节，直接影响着施工效果。因此在市政给排水顶管施工中，应给予顶力控制工作高度重视，如果控制不足，除了会损坏管道外，也会出现严重的偏差问题，不利于施工目标的实现。基于此，施工企业需要通过加设中继间进行长距离分段顶进施工，防止顶油缸一次性承受比较大的推力。在主顶推力达到设计数值的60%，则可以启动中继间，将压力分散。施工人员还要向管壁周围注入触变泥浆，形成润滑层，减少管材和土体之间的摩擦。施工企业也可以利用压力传感器对各个位置的顶力情况进行监测，如果发现异常，及时调整施工方案。在顶进施工中，应按照“勤测勤纠”的要求操作，防止单次纠偏幅度比较大而发生偏移。

（五）纠偏控制

为了保证施工效果，在顶管施工中，应选择适合的纠偏控制方法。当前，常见的纠偏控制方法有以下几点：第一，挖土矫正法。通过调整管道两侧挖土量，改变顶进阻力分布，从而达到方向纠偏的效果，这种方式适合应用在偏差在20mm内的工程中；第二，千斤顶校正法。通过调整千斤顶顶力或行程差调整顶进方向，是当前顶管施工纠偏控制中比较常见的方法；第三，激光导向矫正。通过激光导向系统对施工过程实时监测，指导施工方向调整，辅助设备操作便利，能够保证纠偏精度；第四，注浆加固法。通过向土体注浆加固处理或者将空隙填充，减少阻力，属于一种附属纠偏控制方式，不可直接应用在纠偏控制中[4]。

三、顶管技术在市政给排水施工中的实际应用

（一）顶管施工在排水管道非开挖铺设中的案例分析

本工程为某市政给排水工程，需要在城市核心区域铺设一条直径为1m的排水管道，管道长度为600m，地下地质为砂卵石层，地表建筑比较密集，地下水位比较高。在实际施工中，如果采用传统开挖施工方式，可能会给周围建筑和交通带来严重影响，需要通过顶管施工技术来施工，施工相关参数见表1：

表1  施工相关参数

在实际施工中，选用泥水平衡顶管机，利用泥浆调节平衡前方切削面压力，避免底层出现坍塌，地下水渗漏等问题。在砂卵石层中设有刀盘，选择的是滚刀式，其能够提高切削工作效率。液压顶推装置可以提供比较稳定的顶力，激光导向系统有效保证施工进度。在施工环节中，重点监测泥浆压力、顶力和掘进速度等，保证管道推进的平稳性，完成施工工作后管道不会出现偏移，并且排水能力满足设计要求。

（二）顶管技术在大口径给水管道施工中的实践探索

在市政给排水工程施工中，如果采用大口径管道铺设施工工艺，可能会在施工环境、施工精度等方面有着严格要求。在本工程中，需要在城市周围铺设一个直径为1m、长度为600m的管道，沿途需要穿过河流和公路，地质条件主要是砂卵石层，因此需要使用金刚石刀盘顶管机完成施工作业。金刚石刀盘在砂卵石层中利用高效切削岩石保证掘进施工效率，施工过程中使用多级液压顶推装置进行长距离顶进施工，并分析大口径管道对接缝密封性的要求，利用橡胶密封圈与高效的对接方式保证接缝抗渗性[5]。激光导向系统在施工过程中能够对管道位置实时监测，根据姿态传感器对顶进方向进行调整，泥水循环系统则要定期检查与清洗，防止受泥浆杂质影响使得切削效率下降。施工结束后，管道接缝密封性检测显示其渗透率小于0.1%，远远低于行业标准，穿越河流和公路的路段地表沉降量也小于5mm，没有对周围环境造成影响，此次施工为大口径顶管施工积累了丰富的经验。

（三）顶管技术施工中的技术难点与解决措施

顶管施工在复杂地质环境下可能会出现地层坍塌、地下水渗透等问题，尤其是软土地基和砂卵石层，地质结构不稳定给施工泥水压力控制及刀盘设计提出严格要求，长距离顶进施工中，管道表面会产生巨大的摩擦阻力，容易导致顶力不足或者管道变形。长距离施工对激光导向系统精度有着严格要求，而地质条件改变会影响导向精度，并且给偏差控制带来一定影响，需要实时监测压力数据变化，调整泥水平衡状况，保证施工效果。长距离顶进施工需要依赖分段设置中继顶推站，从而减少摩擦阻力，在管道表面均匀地涂抹一层润滑剂，降低摩擦系数。要想保证施工精度，则要利用双激光导向系统并配合姿态传感器科学调整，把定位偏差控制在标准内。对于软土地基和砂卵石层，泥水平衡与土压平衡技术能够减少地层坍塌及地下水渗漏问题发生，保证施工稳定性。长距离施工过程中也可以使用中继顶推站与润滑技术，管道推进更加通畅，摩擦阻力减少，施工进度提高，让施工偏差发生率下降，满足市政给排水高精度的施工要求[6]。

四、结束语

总而言之，在市政给排水工程施工中，把顶管施工技术应用其中，利用非开挖施工方式能够有效处理复杂地质环境及空间不足引发的施工问题，降低对地表环境的影响，在提高施工效率的同时，也能保证工程施工质量。当前，顶管施工技术在市政给排水工程中应用广泛，为市政工程行业技术发展提供了方向。对于顶管技术来说，在未来发展中依然需要不断优化和创新，保证设备性能的完善性，强化施工工艺，提高其应对各种极端地质条件的能力，并把数字化施工技术应用其中，实现整个市政给排水工程施工过程的全面控制，让工程处于高效运行状态。在技术研究中，可以从管道材料性能优化、环境保护、施工风险动态管理等方面入手，为顶管施工可持续发展提供支持。本文以顶管技术为研究重点，系统分析顶管施工技术的工作原理，并结合工程案例，总结顶管技术在市政给排水工程中的应用方法，希望能够为相关工程实践提供一定参考。

参考文献：

[1]宋玉娇.长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用分析[J].产业创新研究,2025,(08): 111-113.

[2]杜丰功.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的应用分析[J].城市建设理论研究(电子版), 2025,(07):184-186.

[3]陆凯杰.顶管技术在市政给排水施工中的应用探讨[J].工程技术研究,2024,9(24):51-53.

[4]李祖靖.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的研究与应用[J].城市建设理论研究(电子版),2024,(34):108-110.

[5]林圣然.钢筋混凝土长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].科技创新与应用, 2024,14(16):171-174.

[6]于淑宁.分析市政给排水施工中顶管技术的应用[J].中国设备工程,2023,(22):244-246.

作者简介：姓名：姜哲 出生日期：1985年11月24日  性别：男 ，职称：高级工程师，就职于中国水电基础局有限公司四公司，科技信息管理部主任，负责公司科技创新、技术审查等工作。