城鎮污水處理管道頂管施工及質量控制研究

高潔

（中國鐵建港航局集團有限公司第一工程分公司，廣州 511442）

1 城鎮污水處理管道的基本要求

1.1 管道材料和設計標準

城鎮污水處理管道的材料選擇和設計標準是確保其長期穩定運行的關鍵因素。在材料選擇上，考慮因素包括管材的耐腐蝕性、強度、耐久性以及環境適應性。常用的管材有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和玻璃鋼等，因其優良的化學穩定性和較高的機械強度而被廣泛應用。此外，考慮到城市污水的腐蝕性質，選擇的管材必須能夠抵抗污水中各種化學物質的侵蝕，以及地下環境中的微生物腐蝕。設計標準方面，需充分考慮管道的流量設計、坡度、直徑及深度等參數，以確保污水順暢流動，避免堵塞和溢流。

1.2 管道布局與規劃原則

城鎮污水處理管道的布局與規劃原則是確保其高效、經濟和可持續運行的重要基礎。管道布局需考慮城鎮整體規劃，包括居民區、工業區和商業區的分布，以及未來的發展方向。要求管道網絡不僅要滿足當前的需求，還要有足夠的靈活性和擴展能力，以適應未來可能的變化[1]。管道布局必須考慮地形地貌，優先利用自然坡度促進污水流動，減少泵站的設置，以降低能耗和運維成本；應避免管線穿越地質不穩定區域，減少由于地面沉降或地震等自然災害引起的管道損壞風險。

2 頂管施工的關鍵設備與技術

2.1 頂管機的選擇與操作

在城鎮污水處理管道的頂管施工中，頂管機的選擇與操作是實現高效、精確施工的關鍵環節。頂管機作為施工的主要設備，其選擇必須基于工程的具體要求，包括管道直徑、長度、土質條件，以及預期的施工難度。對于直徑較小、土質較軟的工程，可以選擇輕型或中型的頂管機；而對于直徑較大、土質復雜或固體含量高的工程，則需要使用重型頂管機。施工過程中，操作人員需根據實時的地下情況調整頂管機的推進速度和方向。在整個頂管施工過程中，還需緊密監控頂管機的運行狀態和周圍環境的變化，包括對推進力、土壓、設備溫度等關鍵參數的實時監控，以及對周邊建筑物和地面沉降的監測。通過對這些數據的實時分析，操作人員可以及時調整施工策略，以確保施工的安全性和效率。

2.2 導向系統的重要性與應用

在頂管施工領域，導向系統直接影響著施工的精度和效率。頂管施工中，導向系統的主要職責是確保頂管機按照預定軌跡準確無誤地進行推進，對管道的準確布設和后續運營的可靠性至關重要。導向系統的選擇和應用需要基于工程的具體條件，包括施工環境、管道長度、直徑以及土質情況。導向系統一般分為激光導向和GPS 導向兩種。激光導向系統通過在頂管機前端設置激光發射器，并在起始井中安裝激光接收器，以確保頂管機沿著預設的激光線進行推進，在短距離和直線段施工中表現尤為出色，能夠提供高精度的導向。相較之下，GPS 導向系統適用于更長距離和復雜路線的施工，通過衛星定位技術實現對頂管機的實時位置監控和調整，尤其適合在開放區域和大型工程中應用。

3 城鎮污水處理管道頂管施工

3.1 管線遷改

汕尾市某鄉村建設項目主要施工內容是進行雨污分流管道建設，通過分流系統將污水引入處理設施后，排入污水干管或水體，雨水則直接排入雨水干管或河道。在管道布置過程中，面臨的主要挑戰是處理與現有城市基礎設施，如給水管、燃氣管、電力電纜溝和電信管等，根據GB 50289—2016《城市工程管線綜合規劃規范》，在現有工廠區和居民區內敷設新管道時，必須考慮與現狀管線的位置沖突。為此，制定了以下原則：（1）對于無法調整位置的污水支管，必須改遷現狀管線；（2）污水管施工若對現有管線構成安全隱患，也需進行改遷；（3）對于燃氣管線，需委托專業公司并與相關部門協調以實施改遷。

3.2 管道施工工法選擇

城市市政道路排水工程的施工關鍵在于選擇合適的施工工法，其直接關系到工程的質量、投資成本、對城市環境的影響及對周邊建筑物的保護。施工工法的選擇取決于管道埋深、現場條件、土壤條件以及其他相關因素。

土壤的類型、密度、濕度以及其中的巖石含量等屬性，直接決定施工的難易程度，以及所需采用的技術和方法。土壤條件的差異性要求施工團隊必須在工程開始之前，進行詳盡的地質勘探和分析，以便制訂適宜的施工方案。輕質土壤，如沙土和砂質土壤，通常容易挖掘，但穩定性較差，易造成坍塌或沉降，需要采用適當的支護措施，如使用管片維持管道周圍土壤的穩定；重質土壤如黏土或含石量高的土壤，則難以挖掘，需要更強力的頂管機以及特定的刀具，此外，重質土壤還可能導致頂管機推進速度減慢，增加施工難度和成本。例如，較淺的DN300 化糞池連接管（埋深約1～1.5 m）可采用放坡開挖方式施工。不便于開挖的管段應采用頂管施工工藝，常規頂管工法適用于DN800 以上的管徑，特別適用于復雜的地下條件，如黏性土、粉性土、砂土，以及卵石、碎石等非黏性土層。這種方法可以減少對交通、人口密集區及地面建筑物的影響，特別適用于城市中交通繁忙、建筑物密集的區域。對于小于DN800的管徑，小口徑（微型）頂管工法更為合適，在控制施工精度和保證施工質量方面具有顯著優勢。

微型掘進機在頂管工程中發揮著核心作用。通過主頂油缸推進，掘進機頭進入土層并達到接收井；切削刀盤在電動機的驅動下旋轉，粉碎土質和石塊，并將其與泥漿混合后輸送至地面；土壓平衡裝置維持水土平衡，防止地面沉降或隆起。掘進過程中，通過激光導向控制系統確保精確定位；操作者可調整內置式油缸，糾偏掘進機，實現高精度的管道定位。設備包括操縱室、遙控臺、液壓動力站、泥水循環裝置和激光定位裝置等，輔助設備如起重機、發電機等也在施工中起到重要作用，保證了頂管施工的高效性和精確性，對現代市政建設至關重要[2]。

3.3 頂管施工技術要點總結

頂管施工前，必須確保地面設備和物資準備充分，包括施工用電、水源、通道、排水及照明設備。井上、井下均需建立測量控制網，并通過監理認可。工作井內部布局包括后靠背、導軌、主頂油缸等，以確保施工順利進行。后背墻的施工則依賴于頂推力和液壓千斤頂布置的計算結果，并采用鋼筋混凝土結構，確保強度和安全。施工過程包括土體清除、鋼筋焊接綁扎、模板支護、混凝土澆筑等步驟。確保后背墻與周圍結構牢固連接，以傳遞頂推反力。泥水系統和水壓控制在頂管施工中也起著重要作用。泥漿系統負責傳輸被挖掘機挖出的渣土，還用于平衡地下水壓。在有地下水的情況下，通過調節機內泥水循環系統和水壓保持壓力平衡，避免抽地下水。注漿量的計算和操作要求嚴格，以防止路面沉陷和結構損壞。操作控制方面，需要經過專業訓練的操作人員在地面控制室內外操作，并監控整個系統。進出洞口措施也至關重要，包括防止土體坍塌和水土流失、頂管機頭的正確安裝和調整，以及止水措施的實施。

3.4 頂管施工過程的關鍵注意事項與測量控制

頂管施工過程中，保持挖掘面的穩定性是至關重要的。當掘進機停止工作時，特別是在進洞階段，必須確保泥水不從土層或洞口流失，以防止挖掘面失穩，包括防止洞口止水圈漏水，維持挖掘面的平衡穩定。監測地下水壓力和泥水倉水壓力的變化也至關重要，這要求及時采取相應措施以應對壓力變化。頂進過程中，應監控挖掘面的穩定性，檢查泥水的濃度、相對密度及進排泥泵的流量和壓力，確保這些指標處于正常范圍。特別是排泥泵，其排量過小可能會導致排泥管中有淤泥和堵塞，因此，需要特別注意。完成頂管頂進后，對管節上的壓漿孔進行封堵，確保結構完整性和功能。在頂管施工的測量和方向控制方面，確保頂進軸線控制在設計軸線允許的偏差范圍內是關鍵，要求在頂進過程中密切關注激光點的偏向，并經常對控制臺進行復測以保證測量精度。此外，還需要利用聯系三角形法定期復測指示軸線，以保證整個頂進軸線的一致性。在糾偏控制方面，機頭的姿態調整尤為關鍵，及時調整可以避免因糾偏過大而引起的反向糾偏，采用趨勢圖控制法可有效地解決此問題。

4 城鎮污水處理管道頂管施工質量控制要點

4.1 施工前的準備與檢查

在城鎮污水處理管道頂管施工前做好準備與檢查工作是確保施工質量的基礎，對頂管機及其輔助設備，如泥漿處理系統、導向系統等，必須進行全面的檢查和試運行，確保其性能穩定可靠。在施工方案的制訂過程中，應基于現場實際情況和前期勘查數據詳細規劃頂管機的推進路徑和速度，還應包括應急預案，以應對可能出現的意外情況，如設備故障、地質突變等。

4.2 施工過程中的監控與調整

頂管施工過程中，必須密切監控周邊建筑物和地下設施的穩定性，通常通過地面沉降監測來實現，包括采用沉降觀測點和傾斜儀等設備，一旦監測到超出安全范圍的變化，應立即采取措施，如調整推進速度或采取加固措施；實施環境監控，特別加強對噪聲、振動和揚塵的控制，可減少施工對周邊環境和居民的影響；定期檢查所有的安全設備和保護措施，確保施工現場的安全。

4.3 施工后的質量檢驗標準

城鎮污水處理管道頂管施工完成后的質量檢驗標準主要聚焦于管道的完整性、功能性以及其與周邊環境的協調性。管道完整性的檢驗涉及對管道材料、結構及接口的檢查，確保管道無裂紋、斷裂或變形等結構性損害，且所有接口均密封良好，無泄漏現象，管道的直線度和坡度也需根據設計要求進行檢測。管道的功能性檢驗包括對管道的水密性和耐壓性進行測試，確保管道在正常運行條件下無滲漏，且能夠承受設計的最大工作壓力。此外，管道的流量和輸送效率也需要檢測，以驗證其能夠滿足設計標準和運營需求。對于安裝有附加設備的管道，如檢查井、通風口等，也需進行功能測試，以確保其能夠正常運行。

5 結語

綜上所述，通過精確的施工前準備、嚴格的施工過程監控，以及細致的施工后質量檢驗，可以有效提高頂管施工的質量和效率。此外，解決施工中的常見問題并實施有效的質量控制措施，對于保證工程質量、延長管道使用壽命，以及減少維護成本至關重要，對促進城市基礎設施建設的可持續發展具有重要意義。