市政给水系统是城市基础设施中的重要组成部分，关系到城市居民的日常生活和健康。传统的给水管道施工多采用开挖方法，不仅影响城市交通，还可能对周围建筑物造成损害。非开挖顶管技术的引入，为解决这些问题提供了新的思路和方法，具有重要的研究和应用价值。
1、 顶管技术的概述
顶管技术主要采用无挖掘或减量挖掘的方式进行管道的安装工程，这是一种特殊的无挖掘或者减少挖掘的管道安装方法。在施工现场，可以借助适当的策略操作顶进设备，生成推力，有效地解决了管道与其周围土壤的摩擦问题，保证管道按照预定的设计方向精确地推入土壤，并及时清除土方。这项技术的基本原理是利用主推油筒、管道之间和中继间产生的推力，让工具管或挖掘机能够平稳地通过工作坑的土层，推进到接收坑并进行吊装。在此过程中，紧随在工具管或挖掘机后面的管道将被安装在两个坑之间[1]。
2、市政结构顶管工程沉井结构设计研究
2.1顶管的选择
1）钢管。钢管通常用于高压和大直径的给排水管道，具有较高的强度和韧性，适用于长期使用，但需要进行防腐蚀处理以延长寿命。2）玻璃纤维增强塑料夹砂管。以高强的玻璃钢作为内外增强层，中间以石英砂作为芯层，具有防腐蚀性能好，轻质高强，安装方便，流通能力强，耐低温性能好等特点。3）钢筋混凝土管。混凝土顶管适用于大直径的给排水管道，具有较高的强度，但相对较重，需要特殊的起重设备进行安装。顶管的直径和尺寸应根据工程中要安装的管道直径和流量要求来选择，确保所选的顶管能够容纳所需的管道，并提供足够的空间用于维护和修复。由于地下环境复杂，有曲线顶管的需求时，需进行曲线顶管的相应计算，并选择较短的管节及弹性较好的木垫圈实现曲线顶管的目的。另外，根据地下环境的化学性质，选择具有良好耐腐蚀性能的顶管材料，有助于延长顶管和管道的使用寿命，减少维护成本[2]。
2.2人工掘进顶管施工
顶管人工掘进法是在地下土方作业时，应用套管顶进这一新方法的过程中，通过人工手段在套管前挖掘土质。这种掘进法的工艺流程简洁，操作性灵活，且施工成本较低，所以在污水管道的施工过程中，常被广泛应用。一切顶管人工掘进的方式都应该严格遵守相关规定。根据一定规则进行，也就是提倡“先挖掘后支顶，同时挖洞和顶起”，这样能在挖掘和顶起之间形成合作关系，防止超量挖掘的情况发生，否则，可能会导致中心线的偏移，甚至引发严重的土体崩塌，从而无法确保人工打洞和管道顶推的安全。但是，需要强调的一点是，人工打洞和管道顶推只适合在含有黏性的土层进行，如沙质粉土、粉状黏性土等，而不适合在沙土、粉状沙质土、淤泥以及包含水分的卵石层进行，因为，在这样的环境中，施工效果通常不尽如人意。另一点就是人工打洞和管道顶推不适合使用小径管道，通常来说，应该选择直径在1000mm以上的管道，这样才能便于正常的施工进程。考虑到本项目的地质环境和施工要求，对人工挖掘顶管方法的实用性进行了全面评估，并在部分路段选择实施了此方法。比起其他方法，这种方式呈现出极佳的经济效果。
2.3选用顶管机
在选择顶管机时，要根据具体的地质条件进行选择。本项目中，顶管管线位于粉土地层中，采用泥水平衡顶管机，将土壤切割后，在料仓中形成一种土受压塑料体，平衡地下水压力，也能在挖拨掘面时构成不透水泥膜。顶管机的刀盘切削装置采用不锈钢固定刮削器和滚刀，采用耐磨损的焊条，实现了全断面的实时切削，每转动1周刀盘，刮刀、滚刀即可全面刮动土体。顶管机前进时，刀盘滚到刀尖滚动挤压坚硬土体，将其破裂、切割，持续推进。遇到岩层时，能够直接转动刀盘破碎，将小块泥土运输至泥水仓输送走。
2.4施工质量检验
1）系统完整性与压力测试。首先进行了水压测试，管道系统承受的压力达到1.5倍设计工作压力，即12.5bar（1bar=100kPa），并持续监测了24h。测试结果显示，全系统在此压力下无压力下降，未发现任何泄漏点，证明了管道的密封性和耐压性符合设计要求。其次，进行了振动测试和声波泄漏检测，重点监测管道接头和弯头部位，未检测到超出0.05L/min的泄漏，远低于行业标准的接受阈值0.1L/min。2）结构完整性评估与负载测试。使用地下雷达和高精度传感器检测管道的布置精度，所有管道部分位置偏差控制在±2cm以内，完全符合工程精度要求。进行动态负载测试，模拟未来可能的交通和土壤移动影响，通过应力分析软件，测试结果表明管道在最大预期负载下的应力值为115MPa，低于HDPE材料的设计应力极限为120MPa，确保了长期的结构稳定性和安全运行[3]。
2.5顶进注浆减阻
泥浆减阻主要是利用膨润土掺入纯碱、CMC等，以水搅拌，形成剪切稀释性能及充足凝胶强度的泥浆，利用管节注浆孔与注浆系统，注入至管道外壁，可利用其触变性能，建撒后土层与管节摩阻系数，控制顶管阻力。具体工艺控制如下：（1）泥浆配合比。为了确保减阻液的稳定性，不发生沉淀，不失水，不板结，具有较好的流动性，根据实际情况，选择了以下几种工业碱：膨润土：水的比例是1:20:80，将其搅拌后放置24h使用。（2）布置压浆孔。在顶管施工过程中，先将4根注浆管置于顶管后方，以梅花型布设注浆孔，持续灌浆，并每隔3根注浆管进行灌浆。用泥浆在管子外面浇注，从而产生一圈泥浆，从而减小摩擦力。（3）控制压力。压浆是利用压浆泵压泥浆至总管，进而压至壁外，需采取螺旋泵与活塞泵，接头使用活接头，拆卸更为便利。在灌浆过程中，如遇渗漏，堵塞等情况，应先进行处理。并控制注浆压力，否则压力过大会扰动外部土壤，出现局部坍塌，压力过小则无法形成浆套。在本项目中，观测了钻孔的顶距和钻孔压浆的关系，将钻孔的压力控制在0.1~0.15Mpa之间。
2.6沉降监测
随着管道的持续推进，所经过的区域的地质结构也会出现变化，会导致地面出现不同程度的下沉，如果地面下沉过大，则会引起地面坍塌等一系列的建设问题，这与给排水工程中的长距离顶管施工技术是相矛盾的。因此，需要对顶管过程中的沉降进行实时监测，针对区域内的地层构造，对地表沉降、拱顶沉降、净空收敛等情况进行实时监测，并在管道顶进的预定线路上设置监测点，通过现场观测装置测定各监测点的地面沉降数据，进而精确判定顶管对已建地层的影响。在地面沉陷的监控中，可以根据管道的水平及轴线方向的变化，对10m，20m，30m的管道进行相应长度的地面变形观测，在确保土体结构仍然稳固的情况下，才能进行下一步的建设。
结束语
总之，长距离顶管施工技术在市政给排水工程建设中的运用优点，对整体施工质量有着至关重要的影响，特别是它对城区地面的损害比较少，施工过程中没有过多的噪声和粉尘污染，而且施工精度高，施工周期短，可以使项目的投资费用降到比较低的水平。当前，在开展长距离顶管施工的工程实践过程中，对已有顶管技术进行深入研究，并与新技术相结合，可以进一步提升工程质量。因此，设计和施工人员都应加强对该技术的关注，以推动此项技术的健康发展。
参考文献：
[1]孟祥翔.市政工程顶管井结构设计与应用[J].中国科技投资,2019,(05):160-161.
[2]范娜.市政结构顶管工程沉井结构设计研究[J].价值工程,2019,38(31):178-180.
[3]潘迎,陈宇.市政顶管工程沉井结构设计要点及应用探究[J].工程技术研究,2019,4(09):189-190.