基于頂管施工技術的道路雨污水管道工程技術研究

潘泓佑

（深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東深圳 518000）

1 引言

隨著城市化進程的加快，城市基礎設施建設面臨著空前的挑戰與需求[1]。特別是在道路雨污水管道工程領域，傳統的開挖方法已逐漸不能滿足現代城市對環境保護、施工效率與安全性的復合型需求[2]。頂管施工技術無須大面積開挖道路即可實現對管道的施工，其對交通和周邊環境的影響極小，在處理該類問題中具備顯著的優勢[3]。為了對現有的雨污水管道施工工程方法進行優化總結，本文對頂管施工技術在道路雨污水管道工程中的應用進行探索，通過對雨污水施工方法的深入分析以及流程優化，同時結合實際案例，對該技術方案的可行性進行評估，確保研究成果具有實際應用價值，對頂管施工技術進行了多維度優化研究，考慮到了地質不確定性、管道對接精度等問題，提出具有針對性的解決方案，為道路雨污水管道工程提供一套完善的施工技術規范，降低工程風險，提升管道工程質量，確保工程的長期穩定運行。

2 雨污水頂管預施工工藝

2.1 準備階段

首先，進行現場勘查，設定工作井的尺寸和深度，并制訂施工方案。布置圍擋，平整工地，確保施工區的安全。然后在施工現場進行布局標記，采用挖掘機等重型機械設備按設計圖進行土方開挖，并檢測周邊建筑物與設施的安全狀況。

2.2 導向架安裝

為了確保頂管機的精確定位以及平穩推進，安裝導向架。安裝導向架之前，需要檢查工作井底板的水平度和堅固性，保證底板能夠承受導向架及頂管機的重量。之后根據頂管機型號與施工要求，預先組裝導向架的各個部分，或者直接將預制的導向架部件運至工作井。組裝完畢后，使用起重機將導向架小向架部件運至工作井。組裝完畢后，使用起重機將導向架小心吊裝至工作井內，放置在預定位置。導向架的構造如圖1 所示。

圖1 導向架構造示意圖

2.3 混凝土澆筑

首先，根據設計要求在工作井底部和井壁處綁扎鋼筋籠，確保鋼筋籠位置正確，并固定牢固以防止在澆筑過程中移動。澆筑應從一端開始連續不斷地進行，以避免混凝土出現冷縫。同時，應確保澆筑速度適中，防止模板移位或混凝土離析。

3 雨污水管道施工工藝

3.1 止水墻施工

為了防止在施工流程中出現地下水的滲透，保證施工過程的干燥以及穩定，首先進行止水墻的施工。在工作井周邊預定位置使用挖掘機械開挖止水槽。

3.2 頂管機安裝

在工作井內需要構建一個平穩的安裝平臺，用于支撐頂管機和其他相關設備，確保在施工過程中的穩定性。然后將頂管機各個部件運至現場，采用起重機械將其吊入工作井，或當井室空間允許時，可以整體吊裝。

3.3 管材選擇及優缺點

在雨污水管道敷設工程中，根據不同的環境條件、工程需求以及成本考慮，通常會有多種管材選擇，每種管材都有其獨特的優缺點。

聚氯乙烯（PVC）管具備重量輕的優點，便于運輸和安裝；具有良好的化學穩定性，不易受到酸堿和鹽類的侵蝕；光滑的內壁可減少流體阻力，提高流量；成本相對較低；連接方便，可以使用黏結劑或橡膠圈連接。但是PVC 管材抗沖擊性相對較差，尤其在低溫下更容易脆裂；并且耐熱性不高，長期暴露在高溫下可能變形；而且抗紫外線能力弱，長時間暴露在陽光下會老化。

高密度聚乙烯（HDPE）管擁有優良的耐化學性和耐腐蝕性；具有較強的耐沖擊性和抗拉伸性；柔韌性好，適用于不規則地形；連接可靠，可以采用熱熔或電熔連接，確保接口密封性和整體性。但是HDPE 管材剛性較差，可能需要加固以支持較重的荷載；其材料成本較高，同時在安裝時可能需要更專業的設備和技術。

鋼筋混凝土管材具有極高的耐壓強度和良好的耐磨性，適用于承受高荷載的應用；同時壽命長，耐久性好；其適用于大口徑管道。但是鋼筋混凝土管材重量大，安裝和運輸成本較高；并且需要精密的接口設計來防止泄漏。

鋼管具備較高的材料強度，其能夠承受較大的壓力以及荷載，同時具備較佳的韌性，能夠承受較大的形變而不破裂。鋼管適合多種類型的表面處理，能夠根據使用情況選擇不同的鍍層，并且具備較強的耐高溫以及低溫能力，能夠在極端溫度下正常工作。此外，鋼管也具備較佳的環保性能，具備較強的可回收利用性，且其經濟性較佳。頂管前需根據規范及具體工程要求做好內外防腐。鑄鐵管具有很好的耐壓性和抗沖擊性；壽命長，耐磨性好，可在廣泛的溫度范圍內使用。但是鑄鐵管重量大，運輸和安裝成本高；同時易生銹蝕，需要內外涂層保護；而且連接方式較為復雜。

陶瓷管材耐酸堿性能好，適用于排放化學廢水；同時其耐磨性極高，適用于含沙水流，壽命長。但是陶瓷管的缺點在于其脆性大，易碎；同時成本較高，安裝需要特別注意防止碰撞。鋼管具備較高的強度，同時在恰當的處理下能夠獲得極長的使用年限，其可塑性極強，具備較佳的適應性，同時具備可回收性。

3.4 管道運輸及預制

根據工程需求、地質條件以及施工環境，選擇合適的管道材料和管徑。然后在工廠或專門的預制場地，根據設計要求預先制作管段。需要注意的是，在運輸過程中，需要確保管道完好無損，防止變形或損壞。

3.5 不同地質層對頂管施工工藝的影響

頂管施工工藝在不同地質層中的性能主要取決于土壤類型、土壤密實度、水含量、巖石的種類和硬度等因素。以下是一些常見地質類型及其對頂管施工可能產生的影響：粗砂層和細砂層通常具有較好的滲透性，但可能會存在流沙現象，在這種地質條件下，頂管施工時可能需要使用泥漿護壁或者其他支護方法來維持挖掘面的穩定性。黏土層的穩定性通常比砂土層好，但在頂管施工時可能會面臨土壤黏附力和摩擦力大的問題，頂管機需要有足夠的推進力來克服這些阻力，且可能需要使用潤滑劑減小摩擦。碎石層中的大塊石頭可能會對頂管機造成損傷，影響頂管進度，在這種地質條件下，需要預先鉆孔破碎，或者使用更強力的頂管機械，以克服石塊障礙造成的影響。硬巖層對頂管施工來說是最具挑戰性的，通常需要使用具有強大破巖能力的頂管機或者其他特殊的破巖工藝。在該地質層下，頂管速度會大大降低，增加成本，且對設備的磨損也非常嚴重。混合地層可能包含砂、黏土、碎石、硬巖等不同類型的土壤，對頂管機的適應性要求高。施工方案需要根據不同土層特性進行調整，可能涉及多種施工技術和設備。

3.6 雨污水管道頂進施工

所有準備完畢后，啟動頂管機，將管道從起始井頂進到目標位置。頂管過程中需要監控土壓力和頂管機參數，調整頂管速度和方向。每頂進一段管道后，都需要在工作井內對新的管段進行下井和對接。需要進一步確保新管段與已頂進管段的精確對齊和連接。

3.7 間隙填充以及洞門密封

完成雨污水管道施工操作后，先對管道外圍的空隙進行評估，了解空隙大小和周圍土壤狀況。通過注漿管向管道周圍的空隙灌注填充材料，從低處開始，逐漸向上填充，確保無空洞和縫隙。灌漿完成后，等待填充材料充分固化，然后進行強度和密封效果的檢驗。頂管的洞門密封示意圖如圖2 所示。

圖2 頂管洞門密封示意圖

4 施工質量檢驗

在道路雨污水管道頂管施工中，選擇使用沉降檢測對施工質量進行檢驗。研究以周邊的地面沉降值作為測量目標，采用自動沉降儀對其進行測量。測量點位則從工程始發地開始，每間隔10 m 作為一監測點，分別設置3 條觀測線路。在整個施工過程中，沉降觀測的結果如圖3 所示。

圖3 施工過程沉降觀測結果

圖3 為整個施工流程中的沉降觀測數據，可以看出沉降發生最大值為19.17 mm，而目前頂管施工的最低警告值為44 mm，其遠遠低于最低警告值。由此可見，此次施工的質量得到了有效保證，證明了研究所提出的污水管道施工方案是具備可行性以及可操作性的。

5 結語

隨著城市化進程的加快，道路雨污水管道系統的建設和維護日益重要。傳統的開挖方法因其對城市交通和環境的影響而受到限制，頂管施工技術因其高效性和環境友好性而被廣泛應用。為了探索頂管施工技術在道路雨污水管道工程中的應用效果，本文制訂了具體的施工方案進行施工驗證。地面沉降的最大值為19.17 mm，顯著低于頂管施工的警告值44 mm。此結果表明，所采用的施工方案在控制地面沉降方面表現出色，確保了施工過程的質量和安全。同時，采用沉降觀測對施工方案的穩定性以及可行性進行分析檢驗，證實了頂管施工技術在城市基礎設施建設中的有效性，為該技術在類似工程中的推廣提供了堅實的數據支持。盡管結果表明當前施工方案的優越性，但監測時間和范圍的限制可能影響結論的全面性。此外，地質多樣性意味著結果的普適性可能需要進一步研究來驗證。在未來應擴大監測范圍，延長監測時間，并結合不同地質條件下的案例分析，進一步優化頂管施工技術。