1 引言

在市政给排水工程中， 长距离顶管施工是极为关键的技术体系与作业环节。 结合国内外研究现状来看，长距离顶管施工技术虽然由来已久， 但仍在工程应用中存在诸多实践性问题，如施工质量的保障问题、施工环境的适应问题等。 基于此，本文对长距离顶管施工技术的工程应用进行研究， 并探索把控施工质量、降低环境影响的可行路径。

2 市政给排水施工中长距离顶管施工技术的影响因素

首先，施工材料、施工设备等基础条件对施工效果存在决定性影响。 一方面，若钢材、混凝土等材料的性能或质量较差，以其为基础制成的工作井、 管道等构筑物势必存在基础性的质量隐患，继而容易出现工作井井壁开裂、管道受力形变等负面问题。 另一方面，吊装、顶管、掘进等施工设备若存在性能不稳定、推力不足、耐磨性差等问题，不仅难以满足长距离顶管施工的应用需求， 还可能在投用运行中出现严重的设备故障或部件损耗，进而对施工的安全性、稳定性、连续性造成消极影响。 所以，必须在施工前期做好设备、材料的合理选择与检验调试，并全程实施材料、设备的监测管理[1]。

其次， 工艺缺陷也会对长距离顶管施工的实际效果产生影响。 例如，若单纯采用顶管设备开展推进作业，并未在方案设计、施工实践中引入注浆保护、轴线纠偏等辅助机制，将很容易引发钢管破损、地质扰动、管位偏移等问题，导致施工风险的形成。 所以，必须合理安排工艺流程、科学运用辅助手段，以全方位地提高施工质量[2]。

最后，长距离顶管施工具有施工线路长、涉及范围大的特点，所以，难免面临复杂多变的环境条件。 在此背景下，若未及时做好环境分析与施工调整， 也容易引发不必要的施工质量与施工效率风险。 一般来讲，长距离顶管施工中常见的土质包括淤泥质黏土、砂性土、强风化岩等。 其中，淤泥质黏土质地较软、顶管难度较低，但存在较大的土基形变风险。 砂性土的黏结性、凝聚力较差，在顶管扰动作用下易发生流沙现象。 强风化岩结构相对脆弱，通常在较小的作用力下便会粉碎崩解。 实际施工时，需要根据土质选择合理的顶管施工设备，淤泥质黏土及砂性土宜选用多刀盘土压平衡式的顶管机械， 强风化岩则宜选用偏心破碎泥水式的顶管机械。

3 市政给排水施工中长距离顶管施工技术应用分析

以河北省某市政污水管网建设工程为例， 对长距离顶管施工技术的应用进行分析研究。 工程位于河北省中部某地，长距离顶管施工段处于市政污水管网中部， 总长度2 723 m，分WJ1-WJ2、WJ2-WJ3 两个区间进行长距离管道的顶进，其中，WJ1-WJ2 顶进区间的施工距离为1 310 m，WJ2-WJ3 顶进区间的施工距离为1 413 m，主要地质为淤泥质黏土和沙土。 管道主体材质为钢筋混凝土，管道外径φ1.8 m。

3.1 施工准备

施工准备阶段，需要做好工程区域的全面调查，并根据实际情况进行所需顶力F 的计算， 基本公式为F=F迎+F顶（其中，F迎为顶管施工相对方向的阻力；F顶为顶管施工顶进方向的阻力）。 案例工程中，主要进行如下计算：首先，F迎与土压力有关，因此，需要按照公式P=KγH（P 为土压力；K 为土压系数；γ 为土壤湿密度；H 为地面高程与顶进设备中心位置的最大间距）进行土压力的计算。 结合工程调查与常规标准，所得土压系数为0.55，土壤湿密度为1.9×103kg/m3，地面与设备高程的最大设计间距为6.55 m。由此，得到土压力为6.8×103kg/m2。其后，按照公式F迎=πDP/2（D 为长距离顶管施工中管道的外径尺寸，即1.8 m）对F迎进行计算。 由此得到顶管对向阻力为192.1 kN。 最后，按照公式F顶=πDfL（f 为摩阻力；L 为单次顶进施工的最大距离）对F顶进行计算。案例工程中，施工段土层摩阻力取800 kg/m2，施工设计的单次最大顶距为96 m，由此得到顶管顶进方向阻力为4 340.7 kN。 最后，对F迎与F顶进行相加计算， 即可得知案例工程实际施工所需的最大顶力为4 532.8 kN。基于此，在选择顶进设备时，将总推力定为5 000 kN，以满足管道顶进的施工需求。 同时，做好经纬仪、起吊机、龙门架、泵机等设备工具的完善配置，并落实材料、能源、组织、安全等基本的工程管理准备工作。

3.2 工艺方法

长距离顶管施工涉及多个技术环节，整体的工艺流程如图1 所示。 在此基础上，各技术环节还进一步包含多个施工步骤

图1 长距离顶管施工的整体流程

案例工程中主要使用的工艺方法、方案安排如下。

首先，做好施工现场的各项准备工作，主要包括施工场地清理、材料进场检查、设备到位调试、人员技术交底、布置安全设施等。 其后，开展沉井施工，构建工作井，并进行导轨、后靠墙、油泵站等设施的井内安置，为顶管设备的进出洞夯实基础条件。 其后，依托导轨设施，将顶管设备下放安装至井下预设位置，操作设备机头穿墙出洞[3]。机头顺利出洞后，操作起吊设备将工厂预制的钢混材质管道吊装至WJ1-WJ2、WJ2-WJ3施工段上的指定位置，并进行严格的纠偏调整。 在此基础上，启动顶管设备匀速、稳定地开展顶进施工。 顶进施工期间，同步开展掘进作业，并全程做好顶管方向、顶管路径、顶管应力等方面的测量工作，及时、动态地进行顶进纠偏与参数调整。阶段性顶进施工完成后，对相邻段管道进行连接安装，并严格检查连接质量。 最后，在确认管道埋设方位、安装质量等整体达到工程要求后，才可开展下一阶段的施工作业。 长距离管道全段顶进完成后，稳定撤出顶进设备及配置设施，实现整体管道连接贯通，并结合设计图纸、施工方案、技术标准等工程资料对施工成果实施精细化、严格化的竣工验收。

3.3 技术要点

1）在工作井的沉井构建环节中，主要采用分节沉井、分次降水的技术手段。 沉井制作时，运用分层浇筑的方式，先对沉井底脚部分进行浇筑成型。待混凝土强度超过70%时，再进行沉井上部结构的浇筑。 沉井安置时，严格控制井体下沉的垂直度，并在每节沉井结束后及时进行检测纠偏。 一方面有效保证了工作井的成型制作质量，避免了井壁施工缝的形成。 另一方面， 充分实现工作井的下沉位置、 结构强度与工程设计相一致，进而为后续顶管施工提供稳定优质的基础设施保障。

2）在顶管设备的机头出洞环节，对洞门进行止水处理，具体手段主要为安装止水阀及止水胶圈。 同时，通过设备精控实现机头的快速、稳定出洞，从而保证洞口的封闭效果处于理想水平，避免洞外淤泥质黏土、软质沙土进入工作井内，对顶管施工的质量产生负面影响。

3）在管道顶进施工中，全程化、实时性地对顶管轴线、顶管速度、顶管推力、设备状态进行监测控制，持续保证匀速、稳定作业。 本工程中， 主要依托全站仪实现顶管施工的轴线控制。 实践时，先使用全站仪对管道的中线进行测定，再在工作井上部的前后两端各装设一块钢板， 并用全站仪在钢板上放出轴线点。 其后，使用钢丝在钢板下方悬挂吊锤，吊锤质量为10 kg，并调整其悬挂方向与轴线相重合。 最后，使用经纬仪以垂直角度向顶管机标靶处发射激光， 由此实现顶管轴线的偏差确定。 在施工过程中，一旦发生轴线偏角过大、顶管推力波动、油缸参数变化等情况，及时进行停工检查，并通过调整设备伸缩量实现偏移纠正， 使实际顶管轴线与设计轴线实现高度重合。 检修纠偏完成后， 方可再次开展后续的管道顶进施工。 做好这方面的技术控制，既能充分避免位移量累积导致的图实不符问题，保证管道的安装位置、连接效果与工程预期相一致。 同时，也能防止顶管设备出现带病运行的问题，从而确保施工活动的稳定性、安全性与经济性。 在此基础上，在管道顶进的同时开展注浆作业， 从而在施工管壁与外部土层之间形成泥浆护套。 如此一方面有助于降低土层对管道顶进的阻力影响，继而提升顶管施工的顺利性，并对管道、机头起到有效保护作用。 另一方面，也有助于降低顶管施工对周围土层的扰动影响，从而淡化地质事故的形成风险。

4）对顶管设备实施适应性处理。 在案例工程的WJ2-WJ3顶管区段中，存在含有大块碎石、卵石的复杂土层，进而导致顶管设备的机头发生严重磨损，检测发现刀盘尺寸已有3 550 mm 损耗至3 480 mm。 对此，及时根据实际工况对顶管设备刀盘部分实施适应性改造， 将刀具更换为高强度的耐磨合金材质， 并将刀盘外圈耐磨件由6 个增加到12 个， 如图2所示。 改造完成后，顶管设备机头刀盘对复杂土层的适应能力明显增强，磨损程度降至较低水平，有效削弱了机头磨损对顶管施工质量与进展稳定性的影响，从而保证了WJ2-WJ3 区段的按期保质完工。

图2 机头刀盘改造

3.4 施工效果

长距离顶管施工完成后，WJ1-WJ2、WJ2-WJ3 两区间的作业质量全面达标， 施工效果满足市政污水管网建设的质量与工期要求，并符合GB 50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》等技术文件的各项规定。 在此基础上，长距离顶管施工技术的应用效果较为理想，对施工环境的适应性强，工程活动对施工区域内土层、设施的影响较小，全程未发生严重的安全事故、地质事故，综合效益显著。

4 结语