摘 要：本文主要探討了城鎮(zhèn)污水管道過路頂管設(shè)計的相關(guān)問題。首先介紹了頂管技術(shù)的原理、分類和優(yōu)缺點，然后詳細(xì)闡述了城鎮(zhèn)污水管道頂管設(shè)計的要點，包括設(shè)計原則、管道材料選擇、埋深與坡度設(shè)計、工作坑與接收井設(shè)計、頂管機選擇等。接著，文章對頂管施工方法與步驟進行了說明，包括施工準(zhǔn)備、工作坑開挖、頂管機安裝、管道頂進、接口處理、回填土方等。最后，通過案例分析，展示了頂管技術(shù)在城鎮(zhèn)污水管道施工中的實際應(yīng)用效果，并總結(jié)了經(jīng)驗與啟示。本文旨在為城鎮(zhèn)污水管道頂管設(shè)計提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，以期為相關(guān)工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：頂管；污水管道；市政道路；施工質(zhì)量" 文章編號：2095-4085（2024）09-0028-03

0 引言

隨著城市化進程的加速，管道過路施工方案也從大開挖逐步向頂管施工方案進行改變。頂管技術(shù)可以減少對地面交通和生產(chǎn)生活的影響，優(yōu)化施工環(huán)境，改善傳統(tǒng)施工造成的粉塵、噪音污染大的情況。此外，頂管施工占地面積小，對地面施工的震動也較低，滿足了環(huán)保的要求。本文將詳細(xì)介紹頂管技術(shù)在城鎮(zhèn)污水管道設(shè)計中的應(yīng)用。

1 城鎮(zhèn)污水管道頂管設(shè)計要點

在城鎮(zhèn)污水管道頂管設(shè)計中，有幾個關(guān)鍵的設(shè)計要點需特別注意。

（1）設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)。首先，設(shè)計應(yīng)遵循國家和地方的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以確保頂管施工的安全和質(zhì)量。同時，還需考慮到工程的具體條件，如地質(zhì)、環(huán)境、氣候等，從而制定出符合實際的設(shè)計方案。

（2）管道材料選擇與規(guī)格設(shè)計。選擇合適的管道材料是頂管設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。常用的管道材料有混凝土、鑄鐵、鋼管等，每種材料都有其優(yōu)缺點，需根據(jù)實際情況進行選擇。此外，管道的規(guī)格，如直徑、壁厚等，也需要根據(jù)污水流量、流速等參數(shù)進行合理設(shè)計。

（3）管道埋深與坡度設(shè)計。管道的埋深和坡度對污水流動的順暢性和管道的穩(wěn)定性都有重要影響。設(shè)計時需充分考慮地質(zhì)條件、施工難度、后期維護等因素，以確定最合理的埋深和坡度。

（4）工作坑與接收井設(shè)計。工作坑是頂管施工的起點，接收井是頂管的終點。這兩個位置的設(shè)計直接關(guān)系到施工的效率和安全性。工作坑和接收井的位置、大小、深度等都需要經(jīng)過仔細(xì)的計算和設(shè)計。

（5）頂管機選擇與性能要求。頂管機是頂管施工的關(guān)鍵設(shè)備，其選擇應(yīng)根據(jù)工程的具體條件進行。需考慮的因素包括管道的直徑、長度、地質(zhì)條件等。此外，頂管機的性能要求也應(yīng)滿足施工的需求，如頂力、糾偏能力等。

（6）頂進力的計算與控制。頂進力是頂管施工中的重要參數(shù)，直接影響到施工的效率和安全性。因此，頂進力的計算和控制是頂管設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要根據(jù)工程的具體條件和設(shè)備性能，進行精確的計算和控制。

（7）管道接口與防腐設(shè)計。管道接口的密封性和防腐性能對污水管道的正常運行至關(guān)重要。設(shè)計時需考慮到接口的材料、形式、連接方式等因素，并采取有效的防腐措施，如涂層防腐、陰極保護等。

（8）頂管施工對周圍環(huán)境的影響評估與控制措施。頂管施工可能會對周圍環(huán)境造成一定的影響，如噪音、振動、土壤擾動等。因此，在設(shè)計階段就應(yīng)對這些影響進行評估，并采取有效控制措施，以降低對環(huán)境的負(fù)面影響。

2 城鎮(zhèn)污水管道頂管施工方法與步驟

（1）施工準(zhǔn)備。了解施工區(qū)域的地質(zhì)、水文資料、地下管線分布情況，制定詳細(xì)的施工方案；清理現(xiàn)場，確保施工環(huán)境安全；搭建臨時設(shè)施，如工作棚、堆料場等；準(zhǔn)備施工設(shè)備和材料，如頂管機、泥漿泵、管道等［1］。

（2）工作坑開挖與支護。根據(jù)施工方案確定工作坑的位置和大??；使用挖掘機等設(shè)備進行開挖，注意邊坡的穩(wěn)定性；對工作坑進行支護，如安裝支撐架、噴射混凝土等，以確保工作坑的安全。

（3）頂管機安裝與調(diào)試。根據(jù)管道直徑和長度選擇合適的頂管機；將頂管機運至工作坑附近，進行安裝和調(diào)試；檢查頂管機的各項性能指標(biāo)，確保其正常運轉(zhuǎn)。

（4）管道頂進施工與控制。在頂管機后部安裝管道，要確保接口處密封良好；啟動頂管機，將管道緩緩頂進；實時監(jiān)測頂進數(shù)據(jù)，如頂力、頂進深度等，以確保頂進過程安全可控；根據(jù)需要，可注入觸變泥漿減小阻力。

（5）管道接口處理與密封。對管道接口進行清潔，需確保無雜物；使用密封材料進行密封，要確保接口處不漏水；對于長距離頂進，應(yīng)定期檢查密封情況并進行必要的維護［2］。

（6）回填土方與夯實作業(yè)。在管道頂進完成后，及時回填土方；使用夯實設(shè)備進行夯實作業(yè)，應(yīng)確?；靥钔恋拿軐嵍?；注意回填土的質(zhì)量和夯實作業(yè)的順序，以避免對已完成的管道造成損壞。

（7）施工質(zhì)量檢測與驗收。對管道的外觀、位置、標(biāo)高等進行檢測，以確保符合設(shè)計要求；進行閉水試驗，檢查管道的密封性；整理施工資料，進行驗收交接；對不合格部分進行整改和修復(fù)。

（8）安全措施與應(yīng)急預(yù)案的制定與實施。制定詳細(xì)的安全操作規(guī)程，并對施工人員進培訓(xùn)；配備必要的安全設(shè)施，如安全帽、手套等；定期進行安全檢查，消除隱患；制定應(yīng)急預(yù)案，對可能出現(xiàn)的事故進行預(yù)防和處理［3］。

3 城鎮(zhèn)污水管道頂管施工案例分析

3.1 頂管設(shè)計

隨著福清元洪投資區(qū)經(jīng)濟的迅速發(fā)展和規(guī)模的不斷擴大，投資區(qū)工業(yè)廢水和生活污水排放量突增，現(xiàn)有的污水處理系統(tǒng)已無法滿足投資區(qū)發(fā)展的要求。目前元洪投資區(qū)污水處理廠進水量已超設(shè)計規(guī)模，2020年5月最高日尾水出水量達(dá)3.58萬m3/d；2020年6月份最高日尾水出水量達(dá)4.50萬m3/d。現(xiàn)狀尾水管道已運行接近十年，且管材接口較多存在管道維護問題。若三期新增1.0萬m3/d處理規(guī)模，經(jīng)測算最高日尾水出水量將達(dá)5.60萬m3/d，現(xiàn)狀尾水管道將無法滿足使用要求。因此，福州市元洪投資區(qū)污水處理廠配套尾水管道改造工程建設(shè)已成為當(dāng)務(wù)之急。因管道實施需同時穿過36m寬度濱海大道及12m寬度梁厝溪，總穿越長度達(dá)到60m。為避免管道施工對現(xiàn)在設(shè)施造成影響，本項目考慮采用頂管施工工藝。

本次設(shè)計頂管長度118m，通過比選采用鋼管，直徑1 000mm（外徑1 020mm），管道埋深7～8m。根據(jù)地勘情況，現(xiàn)狀地質(zhì)以全風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r為主。因位于渠道及回填道路下層，施工過程可能存在落石、砂涌等風(fēng)險。并且，由于已建濱海大道存在已敷設(shè)的電力、通信、雨污水管道等，需考慮避讓。所以，設(shè)計中充分考慮了以上因素的影響，將頂管底部標(biāo)高設(shè)計在-1.0m處，距離現(xiàn)狀地面標(biāo)高為5.22m，高差7.22m。同時，對頂管施工機械進行設(shè)計，考慮采用具有破碎功能的泥水平衡式頂管機（見圖1）。

本次頂管設(shè)計的管道總頂力可按下式估算：

F0=πD1Lfk+Nf

式中： F0 —總頂力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）； D1 —管道的外徑（m）； L—管道設(shè)計頂進長度（m）； fk—管道外壁與土的平摩阻力（kN/m2）； Nf—頂管機的迎面阻力（kN）。

頂進長度為118m，設(shè)置工作井及接收井各一座。

根據(jù)地勘報告情況，該段管道一般埋深為2.79～7.30m，管底標(biāo)高約為-0.6m；工作井、接收井井底埋深約4.0～6.0m。頂管施工范圍內(nèi)主要土層為淤泥質(zhì)土、中砂、全風(fēng)化-砂土狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r。起點位置砂土狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層中含有碎塊狀不均勻風(fēng)化，碎塊狀巖塊風(fēng)化強烈，強度較低。鉆孔揭示該段道路地表填土較雜亂無規(guī)律，填土填石深度變化大，頂管施工時可能遭遇深埋填石，需考慮此因素選擇施工方案。頂管位置地層富水性及滲透性差，水量較小，為弱透水層，故地下水對頂管施工中管孔孔壁穩(wěn)定性影響較小。地層總體較適宜頂管作業(yè)。工作井井底淤泥質(zhì)土厚約1m，建議對其進行挖除換填砂礫石墊層后作為工作井的基礎(chǔ)持力層。接收井井底全風(fēng)化-砂土狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，可直接作為接收井的基礎(chǔ)持力層。因管道穿越道路，建議設(shè)計加強頂管定力計算、土壁后背安全驗算及對路基穩(wěn)定性影響驗算。

3.2 頂管施工方案制定

（1）了解施工環(huán)境。了解施工現(xiàn)場的地形地貌、地下管線等情況，以及施工區(qū)域內(nèi)的建筑物、道路等障礙物，以便制定合適的施工方案。

（2）確定施工目標(biāo)。根據(jù)工程需求，確定頂管施工的目標(biāo)，包括管道的直徑、長度、埋深、坡度等參數(shù)，以及施工的質(zhì)量、安全、進度等方面的要求。

（3）設(shè)計施工路線。根據(jù)施工環(huán)境和目標(biāo)，設(shè)計合理的施工路線，包括頂管工作坑的設(shè)置、頂進的方向和角度、管道的連接方式等。同時要考慮施工過程中的排水、通風(fēng)等問題。

（4）選擇施工設(shè)備。根據(jù)施工路線和實際情況，選擇合適的施工設(shè)備，包括頂管機、頂進設(shè)備、泥漿泵等，并確定設(shè)備的數(shù)量和規(guī)格。

（5）制定施工流程。確定施工的具體流程，包括工作坑的開挖、頂管的安裝、頂進、管道連接、回填等步驟，并確定各步驟的順序和銜接方式。

（6）制定安全措施。根據(jù)施工環(huán)境和流程，制定相應(yīng)的安全措施，包括人員安全、設(shè)備安全、環(huán)境保護等方面，以確保施工過程的安全可控。

（7）編寫施工方案。將上述所有內(nèi)容整理成完整的施工方案，并進行詳細(xì)的描述和說明。施工方案應(yīng)包括施工組織設(shè)計、施工圖紙、工藝流程圖、材料清單等方面的內(nèi)容［4］。

（8）審核和優(yōu)化。將完成的施工方案提交給相關(guān)部門進行審核，并根據(jù)審核意見進行優(yōu)化和完善。

（9）實施和監(jiān)控。按照審批后的施工方案進行施工，并在施工過程中進行嚴(yán)格的監(jiān)控和管理，需確保施工質(zhì)量、安全和進度等方面符合要求。

3.3 施工過程管理與控制措施

（1）施工前準(zhǔn)備。在施工前，要對施工現(xiàn)場進行詳細(xì)勘察，了解地形地貌、地下管線等情況，并制定詳細(xì)的施工方案和安全措施。同時，需對施工人員進行技術(shù)交底和安全培訓(xùn)，以確保其具備相應(yīng)的技能和意識。

（2）施工質(zhì)量管理。在施工過程中，應(yīng)采取一系列措施來保證施工質(zhì)量。例如，采用合格的施工材料，按照設(shè)計要求進行施工，加強質(zhì)量檢查和驗收等。同時，還需及時處理施工中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，避免問題擴大。

（3）施工安全管理。頂管施工具有一定的安全風(fēng)險，應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施。例如，制定完善的安全管理制度，加強施工現(xiàn)場的安全檢查和監(jiān)控，確保施工設(shè)備的安全性能等。此外，還需對施工人員進行安全培訓(xùn)和演練，以提高其安全意識和應(yīng)對突發(fā)事件的能力。

（4）環(huán)境保護與文明施工。頂管施工會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響，應(yīng)采取相應(yīng)的環(huán)境保護措施。例如，控制施工噪音、粉塵、廢水的排放，從而減少對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。同時，還要加強施工現(xiàn)場的文明施工管理，保持施工現(xiàn)場整潔、有序。

（5）施工進度管理。頂管施工的進度會受到多種因素影響，需采取相應(yīng)措施來保證施工進度。例如，制定詳細(xì)的施工計劃和進度安排，加強施工進度的監(jiān)控和管理，及時調(diào)整進度計劃等。

（6）驗收與維護。頂管施工完成后，要進行驗收和維護。驗收合格后才能交付使用，否則需進行整改。在使用過程中，還應(yīng)定期進行維護和保養(yǎng)，以確保管道的正常使用和延長使用壽命。本項目根據(jù)管道施工及驗收規(guī)范逐項核對整改，直至完成施工［5］。

4 效果評估與經(jīng)驗總結(jié)

本項目于2023年9月竣工，頂管施工完成順利通水，經(jīng)實測過流量滿足污水處理廠出水要求，獲得了業(yè)主方的肯定。管道頂進偏差僅50mm，符合精度要求。

在施工過程中，會遇到各種問題和挑戰(zhàn)，需要不斷地總結(jié)經(jīng)驗，提高設(shè)計及施工水平。本次實施過程中出現(xiàn)部分流砂情況，采用了明挖清砂處理。根據(jù)各方施工情況總結(jié)出合適的施工設(shè)備組合、頂進速度控制、泥漿配比等方面的經(jīng)驗，形成施工規(guī)范和操作規(guī)程，可為后續(xù)的施工提供指導(dǎo)和依據(jù)。

根據(jù)反饋情況，施工前需對地質(zhì)情況充分了解，特別是可能出現(xiàn)流砂的情況，應(yīng)考慮提前對流砂進行固化處理后施工，以提高施工質(zhì)量和效率。

在施工過程中，還要做好記錄和歸檔工作，包括施工日志、檢測報告、驗收文件等?？勺鳛楣こ添椖康臍v史記錄和后續(xù)維護的依據(jù)，也能為類似工程提供參考和借鑒。

參考文獻：

［1］逄德武.淺談公路質(zhì)量安全對公路路基頂管的要求［J］.科技與企業(yè)，2013（23）：107.

［2］孫煒寧，王巍，賈少安.長春市伊通河排水管網(wǎng)改造中的頂管設(shè)計［J］.中國市政工程，2011（6）：28-29，33，81.

［3］葉文魁.頂管技術(shù)在市政污水管道施工中的應(yīng)用［J］.河南建材，2017（4）：139-140.

［4］中國工程建設(shè)協(xié)會.給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程（CECS246：2008）［S］.北京：中國計劃出版社.

［5］馬紅超.土壓平衡機械頂管技術(shù)在污水管道施工中的應(yīng)用分析［J］.居業(yè)，2015（16）：125-127.