市政污水管網工程頂管施工關鍵技術應用研究

中圖分類號：TU992.05 文獻標志碼：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，針對市政污水管網工程中頂管施工的應用，國內外學者開展了大量的研究，取得了許多有價值的成果。朱堯堯系統闡釋了項目實施方案中的關鍵技術鏈條，包括基于地質水文條件的頂管機選型模型、三維施工平面動態優化方法及頂管參數敏感性分析體系，特別提出了“分段式頂管接力\"工藝在狹小作業空間的應用范式；梁浩宇聚焦城市排水系統升級工程，構建了包含工作井支護結構拓撲優化、設備集群協同布置算法、管節裝配誤差補償機制的數字化施工平臺，其提出的“全過程質量追溯管理系統\"實現了施工缺陷率降低 4 2 % ：高曉明的創新性研究體現在沉井頂管復合工藝領域，通過建立混凝土早期強度-沉井穩定性耦合模型，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水管道，全部為新建管線，起點位于廣州路上海路路口，沿上海路北側綠化帶敷設至香港路，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預留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，該段長度 5 9 0 m 管徑為 ，并在該處向北側預留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，共設始發井及接收井21座。

1.2 尾水管線

尾水管線為出水管道，全部為新建管線，主要敷設在澤河南側，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 國標三級鋼筋混凝土管做套管，共設始發井及接收井各1座。

1.3 工程量統計

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 國標三級鋼筋混凝土管，單節長度 2 . 5 m ，采用泥水平衡平板頂管機進行施工，頂進地層為粉質黏土，其中上海路及香港路覆土深度約為 5 . 5 m 、澤河北側大堤覆土深度約為 9 . 0 m O工程量統計見表1。

2施工工藝技術及方案

2.1始發井及接收井施工

始發井、接收井W2一W6采用沉井，其余均采用 鋼板樁支護形式。沉井始發井內徑 6 . 5 m× 4 . 5 m 、沉井 接收井內徑 3 . 0 m× 5 . 0 m ；鋼板樁始發井內徑 6 . 4 m× 7 . 2 m， 7 . 2 m×7 . 2 m， 5 . 6 m×8 . 8 m ；鋼板樁接收井內徑 4 m×6 m， 1 1 . 2 m×1 1 . 2 m， 5 . 6 m×6 . 4 m 。始發井兼接收 井支撐平面布置圖與支護剖面圖如圖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 無側限抗壓強度標準值不超過 0 . 8 M P a ，滲透性為

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

3)施工質量標準見表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，盡量避免出現不規則的轉角。當需要交叉閉合的情況下，每一側的尺寸都要按照樁身的模數來確定，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，轉角應設專門的桿件。

1)工藝流程：鋼板樁準備 鋼板樁打設 偏差糾正 拔樁。

2)施工質量標準：屏風式打入法按順序依次為前進、后退、往復、中分、組合。不同的沉樁次序對板樁的垂直度、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。鋼板樁安裝誤差標準見表3。

2.1.3 鋼圍標及鋼支撐

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。焊接全部為連續滿焊。在制作和安裝過程中，要保證鋼架的穩定性、強度、變形，避免撞擊，并用C30細石混凝土填充鋼架與圍護結構之間的縫隙，以確保緊密結合。

2.2 頂管技術參數及施工

2.2.1 頂管工藝流程

測量放線，安裝井下導軌架、液壓系統、止水圈等設備，安裝地面附屬設施，吊裝就位頂管掘進機，安裝激光經緯儀，掘進機作業，正常頂進，頂管機進入接收坑。如圖2所示。

2.2.2 頂管機操作要點

1頂管機刀盤可正反向旋轉，用以切削土體和調整機頭旋轉。利用刀盤的左、右2個方向，實現了對上管機構旋轉方向的良好調整，保證了上管機構的平衡與穩定性。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、泥沙經管路輸送；如果排泥泵不出水，要停車，并進行管線檢查，以避免管線阻塞導致泥漿泵的損壞。

3)為了取得較好的頂進效果和質量，泥槳均衡頂進要認真觀測并調節刀盤切割土層的能力和泥漿泵的起泥能力；在頂進過程中，要密切關注槽體的壓力，使槽內槳壓均衡，確保頂管機前端壓力不因設計偏差而造成地表抬升、下沉。

頂管機掘進施工示意圖如圖3所示。

2.2.3開挖面穩定的判斷方法

在泥水平衡頂管施工過程中，掌子面的穩定性是一個非常重要的管理內容，其好壞直接關系到頂管工程的施工質量。為了保證掘進面的穩定性，必須對各節掘進進尺進行控制。

掘削量的控制，根據地質情況進行理論掘削量計算如下

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

實際掘削量直接真實地反映實際掘削過程中的掘削量。偏差流量 Δ q 瞬時計算如下

，式中： A 為刀盤面積； V S 為頂進速度。

3施工質量控制

3.1 頂進測量控制

3.1.1 頂管施工控制測量

1)頂管施工測量應確定頂管方位與高程，并應正確標定中心線。

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

3)頂進施工中應根據管道不斷運動的特點，合理進行誤差分配。

4頂進過程中測量頻率應滿足施工需求，填寫頂進記錄，記錄原始數據。在第一次頂進時，應以 為間

隔檢查，確保一節頂管機中心線的誤差在 5 m m 以內。

3.1.2 頂進糾偏控制

2套糾偏千斤頂，2套一套，安裝在頂管機前、后段與“十\"字軸線之間的圓周上，設置成 角；糾偏千斤頂的最大行程是 1 0 0 m m ，單次校正以 5 m m 為限，在 5 0～1 0 0 c m 的位置進行二次糾偏;采用“勤糾偏、小糾偏\"的方法，對管線的頂管進行軸向控制。

3.1.3 注漿減阻

在頂管施工中，為了降低頂進阻力，加快頂進速率，需要同時灌注減阻泥漿，降低頂進阻力，提高頂進速度。膨潤土的膠體價格通常在80元以上。膨潤土進場后，首先測試其膠體的價格，然后再以此為基礎進行配比。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。在基坑頂進施工中，由于前方土體受到擾動，使其向開挖面上運動，造成底面的損失，從而導致了地表下沉。在泥水平衡設備中，由于前土受到的壓力超過了原有的側向壓力，使前土發生了位移，從而產生了負值的地層損失，從而產生了地面上拾。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，在生產過程中，頭部的外徑通常要大于管節外徑 1 0～2 0 m m ，這樣，后續管線周圍就會留出 1 0～2 0 m m 的施工空間，如果后續管節的壓漿量不夠，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。由于管節的制作精度、管節的組裝問題等原因，都會造成鄰近管節的不齊，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。由于校直后所產生的截面不是圓的，而是橢圓區域與設計曲線之間的差異，就是校直過程中產生的地層損耗。在含濕軟土層中，由于外周邊土的自吸力很弱，隨著機頭頂進，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行補償。

3.2.2 沉降控制措施

通過過往實踐，并結合該項目的實際情況，提出了以 ± ( 1 0～3 0 ) m m 為目標的地基變形控制目標。根據頂管施工過程中的實際情況，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滯后的現象。

4泥漿處理與泥漿置換

4.1 泥漿處理

對于泥槳的處置，嚴格遵守地方環境保護規定，嚴格禁止亂排。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行處理，回收使用。施工完畢后，用專用槽車將剩下的泥漿運送至當地環境保護主管部門規定的地點。頂管施工時，泥漿和泥漿分開后，不能隨意傾倒，必須用汽車將其運到環境保護規定的地方，在運輸過程中，要對車輛進行密封和遮蓋，不能將其隨意丟棄。

4.2 泥漿置換

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

5 結束語

隨著城市化進程的加速，市政污水管網建設面臨復雜地質條件、高精度施工要求及環境保護等多重挑戰。頂管施工技術憑借其非開挖、低擾動、適應性強等優勢，已成為城市地下管線施工的重要手段。然而，當前技術仍存在設備成本高、特殊地質適應性不足等問題。未來需進一步結合新材料研發與自動化技術升級，推動頂管施工向智能化、綠色化方向發展，以更高標準滿足新型城鎮化建設需求，助力市政基礎設施高質量發展轉型。

參考文獻：

[1]朱堯堯.基于頂管施工技術的城鎮燃氣管道建設方案[J].科學技術創新，2025(7)：189-192.

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

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