本工程是某市区污水管网的重要组成部分，旨在通过长距离顶管施工技术，优化城市排水系统，改善市区水环境。顶管施工段全长4092m，盖多个不同地质条件的区域，包括黏性土、淤泥质粉粘土、粉砂层和碎石层等复杂地质。工程主要采用D1000、D1200和D2000共3种管径，共设有30座沉井，包括15座工作井和15座接收井，全部为钢筋混凝土结构。工程所在区域地质条件复杂，主要包括黏性土、淤泥质粉粘土、粉砂层和碎石层等。地质条件复杂，整体施工难度较大。
一、关键技术创新应用
1、土压平衡控制与管理
施工中，通过实时监测土压力传感器的数据调整顶管机的推进速度和排土量。软土层中需适当提高土压力并降低顶进速度，以增强支撑效果；硬质土层需降低土压力并适当增加顶进速度。
为了进一步提高土压平衡控制的效果，本工程在顶进过程中采用了注浆减摩技术。注浆材料采用高性能膨润土浆液，其配比为膨润土与水的质量比为1:10，对于砾石层则为1:8，泥浆比重控制在1.05~1.06。注浆过程中，根据地层的渗透性调整注浆压力和注浆量，确保泥浆能够充分填充开挖面与土体之间的空隙，形成有效的支撑屏障。在技术流程控制方面，采用了先进的自动化控制系统，通过PIC控制器对顶管机的推进速度、土压力和排土量进行实时调节。根据采集的数据，自动化控制系统能够快速响应地质变化，进行实时调整，确保土压平衡的动态稳定。
2、顶管工程注浆减摩控制
注浆减摩所使用的触变泥浆的配比需根据地质条件进行调整。本项目中，采用的触变泥浆配比为膨润土:水=1:10(质量比)，在砾石层中则采用膨润土:水=1:8(质量比)。触变泥浆的制作工艺流程如下：
(1)称取一定量的膨润土和水，按比例混合。
(2)使用高速搅拌机将膨润土和水混合均匀，搅拌时间一般为15~ 20min,直至泥浆呈均匀流动状态。
(3)将混合后的泥浆静置熟化24h，使其内部结构稳定，增强其触变性和润滑性。
(4)采用PuzmeisterSPllTMR 型注浆泵，该设备具备高效的输送能力和稳定的压力控制，确保注浆作业的连续性和均匀性。
触变泥浆制作工艺流程图
注浆工艺流程如下：
(1)在管道外每隔3节管设置一个注浆孔，确保泥浆能均匀分布在管道周围。
(2)启动注浆泵，通过注浆管道将触变泥浆注入管道外壁与周围土体之间的空隙，注浆压力需根据地层的渗透性进行调整，一般控制在0.2~0.5MPa。
(3)利用压力传感器和流量实时监测注浆压力和注浆量，确保泥浆能够均匀填充空隙并形成润滑膜。
注浆孔的布设
3、顶管工程中继间设置
由于本工程涉及多种复杂地质条件，包括黏性土、淤泥质粉粘土、粉砂层和碎石层，这对中继间的设置提出了更高的要求。针对这些地质条件，项目选择了高效的中继泵站和中继油缸配置。具体设备包括德国 Herrenknecht 公司生产的 AVN1200和 AVN1600型泥水平衡顶管机，以及Putzmeister SP11 TMR 型注浆泵和 ZB520-高压油泵。这些设备具备高效的输送能力、稳定的压力控制和强大的顶进力，能够满足长距离顶管施工的需求。具体施工流程为：
(1)在选定的中继间位置开挖工作井，确保工作井的尺寸和深度符合设计要求。工作井的开挖需采用机械挖掘和人工清理相结合的方法，确保并壁的平整和并底的稳定。
(2)将中继泵站和中继油缸安装在工作井内，确保设备安装稳固，连接管道和控制系统。安装过程中需使用高精度仪器校正设备的水平度和垂直度，确保设备在工作时的稳定性。
(3)将中继泵站与中继油缸通过高压油管连接，并进行设备调试，确保各项参数正常。
中继间安装位置示意
二、技术难点及解决方案
技术难点
(1)长距离顶进：本项目多个顶进区间长度超过1km，顶进过程中顶力不足、摩擦阻力过大等问题尤为突出。长距离顶进要求在顶进过程中保持稳定的推进力和均匀的土压力，同时需要有效的减摩措施来降低摩擦阻力。
(2)地下水位高：在施工过程中，多处地下水位较高,地下水对顶管施工的稳定性和安全性构成了较大威胁。高地下水位不仅增加了土压平衡控制的难度，还对施工设备的防水和排水能力提出了更高的要求。
(3)地面沉降和变形：顶管施工过程中，由于土体的扰动和土压力的不均匀分布，地面沉降和变形是不可避免的技术难题。特别是在粉砂层和碎石层中，地面沉降的控制尤为困难。
解决方案
(1)长距离顶进的中继间设置：为了解决长距离顶进过程中顶力不足的问题，中继间通过配置Putzmeister SPll TMR型注浆泵和 ZB520-高压油泵，为顶管机提供额外的顶进力，确保顶管机能够连续推进。中继油缸的顶进力达到了800kN，有效解决了长距离顶进中的顶力不足问题。
(2)高地下水位的防水和排水措施：在高地下水位区域，施工过程中采用了多级排水系统，确保施工现场的干燥和稳定。顶管机配备了高效的防水密封系统，防止地下水渗入设备内部。同时，采用泥水平衡技术，通过泥浆的注入和排出，平衡地下水压力，减少对施工的影响。
(3)地面沉降和变形的控制措施：为了控制地面沉降和变形，本项目采用了多项措施。首先,通过精确的土压平衡控制，保持土压力的均匀分布，减少对地层的扰动。其次，采用高性能膨润土浆液进行注浆减摩，形成稳定的泥浆套，有效减少地层变形。最后，通过实时监测地面沉降情况，及时调整施工参数，确保地面沉降在可控范围内。
三、结论
通过对市政工程给排水管线长距离顶管施工技术创新进行深入研究，得出结论如下：
(1)该项目工程通过调节前土舱的压力，实现对开挖面的支撑和平衡，成功防止塌方和地面沉降。注浆减摩技术的应用，有效降低了管道外壁与土体之间的摩擦阻力，提高了顶进效率。
(2)中继间通过提供额外的顶进力，确保了项目工程顶管施工的连续性和稳定性。合理的中继间设置和高效的设备配置，解决了长距离顶进过程中顶力不足的问题，保证了工程的顺利推进。
(3)通过严格的质量控制和技术管理，项目在管道轴线偏差、管节接口质量、注浆质量以及地面沉降控制等方面均达到了设计要求。
