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摘要：老旧供水管网因长期运行导致管道老化、漏损严重，影响供水安全和水资源利用效率，采用非开挖施工技术可以减少道路破坏，降低施工对交通和环境的影响并提高施工效率。基于浦东新区供水管网改造工程，对牵引管施工、顶管法、定向钻进法及桥管法的应用进行了分析，结合地质条件优化施工方案，解决软弱土层承载力不足、地下管线分布复杂等问题。结果表明该技术能够保证工程质量，缩短工期，降低施工成本，为老旧供水管网改造提供了有效的技术支持。

关键词：供水管网改造；非开挖施工；牵引管施工；顶管法；桥管法

引言

老旧供水管网长期运行后管道腐蚀、漏损、结垢等问题逐渐加剧，影响供水安全和水资源利用效率，传统开挖施工方式容易造成交通拥堵、环境污染、地下设施破坏，给城市运行带来诸多不便。非开挖施工技术在供水管网改造中得到广泛应用，利用减少地表扰动以提高施工效率，有效降低对周边环境的影响。在复杂地质条件和密集市政管线环境下合理选择施工技术至关重要，牵引管施工、顶管法、定向钻进法、桥管法等技术可以针对不同场景进行优化，提高工程质量和安全性。结合浦东新区供水管网改造工程，针对软弱地基处理、地下管线避让、施工空间受限等问题，优化非开挖施工技术，提高施工效率，为城市供水管网改造提供技术支持。

2 老旧供水管网改造中的技术难点

2.1 复杂地质条件对施工的影响

老旧供水管网改造过程中复杂地质条件直接影响施工的可行性和安全性，部分区域土层软弱且承载力不足，易发生沉降和坍塌，影响管道稳定性，地下水位较高的区域施工过程中容易产生涌水现象，导致基坑塌陷，增加施工难度，岩层较硬的地段非开挖施工设备推进阻力大，钻进速度慢，易对管道造成损伤[1]。在软弱地基条件下采用基础加固措施可提高地基承载力，减少施工风险，常见方法包括注浆加固、换填法、深层搅拌桩等，换填法施工原理图如图1所示，挖除软土层并用高承载力的垫层材料，如碎石、砂砾等回填，以提高地基承载力。针对高地下水位区域采取降水井或真空预压法降低水位，减少施工中的涌水问题，在硬质地层优化顶管或定向钻进设备参数，调整钻进速度和泥浆配比，减少管道受损风险。

2.2 现有地下管线与周边环境的制约

城市地下空间错综复杂，供水管网改造工程往往涉及与其他市政管线的交叉施工，需避让既有管道、通信线路、电缆、燃气管道、排水系统等设施。部分区域地下管线密集，埋深不同，施工过程中稍有不慎可能损坏重要设施，导致供水、供电、燃气或通信系统异常，甚至引发安全事故，影响城市正常运行，部分老旧区域管线排布不规范，部分管道未经详细记录，缺乏准确的地下探测数据，增加了施工的复杂性和不确定性[2]。供水管网改造中，合理选择非开挖施工技术有助于减少对地下管线的干扰，提高施工安全性，顶管法适用于密集管线区域，可以沿既定轨迹穿越地下障碍物，减少大规模开挖的需求，定向钻进法适用于管线交错较多、空间受限的区域，能够在不破坏既有管线的情况下完成管道铺设，提高施工精度，减少施工对周边环境的影响[3]。在正式施工前必须开展详细的地下管线探测工作，采用探地雷达、管线探测仪、试探坑等多种手段确定管线位置、埋深和走向，为施工方案提供精准数据，探地雷达可用于无损检测地下金属及非金属管道，提供高精度图像数据，帮助分析地下管线的分布情况，管线探测仪能够检测金属管道、电缆的具体位置，并利用信号反馈分析其埋设深度，试探坑法适用于关键节点或数据不清晰区域，直接开挖小面积探坑，直观确认地下管线情况。

2.3 施工质量与进度的管控

供水管网改造工程涉及多种施工工艺，施工流程复杂，工序衔接紧密，施工质量和进度管理对工程整体成效具有重要影响。非开挖施工技术在减少地面扰动的同时对施工参数的控制要求较高，管道推进过程中的顶力、角度、速度等参数若控制不当可能导致管道错位、偏斜、变形，影响结构稳定性和后期使用寿命。不同地质条件下施工设备的选型、操作精度和施工环境适应性直接决定了施工质量，必须根据实际情况进行合理配置和调整，质量控制方面，施工前需进行详细的工艺试验，结合地质勘察结果确定合理的施工参数，如顶管法施工中的顶力大小、管道姿态调整、泥浆配比等，避免因参数不当导致的管道损坏或渗漏[4]。定向钻进和牵引管施工过程中，泥浆护壁性能、钻进轨迹控制、牵引力分配等因素对施工质量影响较大，合理优化参数可减少施工误差。施工过程中采用智能监测系统实时跟踪管道姿态、应力分布、设备运行状态，施工人员根据数据反馈及时调整推进速度、顶力和方向，确保管道沿设计轴线稳定前进，减少质量问题，进度管理方面合理安排施工工序，优化设备和人员配置，提高施工效率，减少工序衔接过程中的等待时间[5]。

3 非开挖施工技术在供水管网改造中的应用

3.1 牵引管施工工艺及其适用性

牵引管施工工艺适用于旧管道修复和更新改造，能够在不大规模开挖地面的情况下完成供水管道的更换，该工艺利用旧管道作为牵引通道，在其内部牵引新管道进入，实现旧管道的更新替换。施工过程中，旧管道需进行清理和检测以确保牵引过程顺畅，避免内部结构影响新管道的安装，主要施工流程包括旧管道内部清理、牵引设备安装、管道连接、牵引就位和检测验收。该技术适用于地下空间受限、地面设施密集、周边环境较为复杂的区域，可减少地面开挖面积，降低对交通、建筑物和市政管线的影响。由于施工过程中新管道完全依赖旧管道的通道，施工精度较高，适用于管道位置固定、管径变化较小的管网更新工程。在城市老旧供水管网改造过程中牵引管施工技术减少了对道路、绿化和公共设施的破坏，提高了施工效率和环境保护效果。实际应用中，牵引管施工工艺可分为静态牵引和动态牵引两种方式，静态牵引方式适用于短距离、小口径管道施工，施工设备简单，操作相对便利，适用于埋深较浅、土层稳定的施工环境，动态牵引适用于大口径管道和长距离管道改造，牵引过程中采用分段逐步推进的方式，管道受力均匀，降低因张力过大导致的破损风险，提高施工稳定性。管材的选择对施工质量影响较大，新管道需具备良好的耐压性、耐腐蚀性和抗拉性能，HDPE（高密度聚乙烯）管道因其柔性好、耐腐蚀、抗拉强度高，在牵引管施工中得到广泛应用。该管材适应复杂地质条件，能够承受较大的牵引力和地层变化带来的应力影响，提高了管道的耐久性，HDPE管道在长距离施工中可采用焊接连接方式，减少接口数量，提高整体密封性并降低渗漏风险。

3.2 顶管法与定向钻进法的应用分析

顶管法适用于长距离、直线穿越的供水管道施工，施工过程中顶管设备在工作井内向前推进，管道随之进入土层，如图2所示，适用于高地下水位、软弱土层等复杂环境，减少地表沉降，提高施工稳定性，。顶管机头部带有纠偏装置可以调整管道方向，确保施工精度，泥水顶管和土压平衡顶管是常见的工艺类型，前者适用于高渗透性地层，后者适用于低渗透性黏土层。定向钻进法适用于地下管线密集、施工环境受限的区域，施工过程分为导向钻进、扩孔和回拖三个阶段，钻进设备先穿越既定线路，随后逐步扩孔，新管道回拖至设计位置，定向钻进施工精度高，适用于管道需要绕避障碍物的工况，减少对周边环境的影响。

3.3 桥管法在软弱地基环境下的优化方案

桥管法适用于软弱地基环境，在无法满足承载力要求的土层上搭建支撑结构，将管道架设于桥梁结构上，减少地基沉降对管道的影响，该方法适用于河流、湿地、冲积层等承载能力较低的区域以确保管道的长期稳定性。桥管法施工主要分为支撑结构设计、管道安装和固定加固三个阶段，支撑结构可采用钢筋混凝土桩、钢管桩或灌注桩，根据地质情况选择合适的基础形式。在施工过程中需要控制管道的纵向稳定性，防止因温差和荷载变化导致的结构变形，管道与桥梁结构采用柔性连接方式，减少温度应力对管道的影响，提高耐久性。

4 工程案例分析

4.1 工程概况与施工技术选型

浦东新区老旧供水管网改造工程位于康桥镇、周浦镇、新场镇、宣桥镇、惠南镇、祝桥镇、大团镇、老港镇及G1501沿线，共涉及47.3公里供水管网改造，管径范围DN100-DN1200。主要施工内容包括老旧管道拆除、新管道安装、管道连接、试压检测、市政消火栓安装及相关道路、绿化恢复工作。工程区域涉及城镇道路、乡村道路、跨河管道、交通主干道及密集居民区，施工难度较大，部分施工区域地下管线复杂，地层软弱，常规开槽埋管方式影响较大，施工方案需针对不同区域特点进行优化，针对不同地质条件和施工环境，选择了非开挖施工技术进行改造。牵引管施工工艺用于密集建筑区域和部分老旧管道改造，提高施工效率，减少地面开挖范围，顶管法用于穿越城市道路、高架桥下方、铁路等区域，减少对交通的影响，提高施工安全性，定向钻进法适用于管线密集区域和部分过河管道施工，提高施工精度，降低对周围环境的干扰。桥管法用于软弱土层承载力不足的区域，在地基支撑能力较差的地段搭建桥管结构，增强管道稳定性。施工技术的合理组合使不同区域的施工适应地质条件和现场环境，提高了整体施工质量，减少了工程实施过程中的风险因素。

4.2 软弱土层处理及施工方案优化

浦东新区部分施工区域土质条件较差，软弱土层厚度较大，承载能力不足，常规开槽埋管可能引发管道沉降和不均匀受力，影响使用寿命，施工过程中根据地质勘察报告对不同地层的软弱程度进行分类，并针对不同类型的软弱土层制定相应的施工方案。部分河道穿越施工区域的软弱土层无法满足管道基础承载力要求，采用桥管法施工，减少对软基的依赖，提高管道稳定性，支撑结构选用钻孔灌注桩，单承台设计取代双承台方案，减少对周边结构物的影响，同时提高承载能力和施工效率。部分道路下方土层松散，地下水位较高，传统埋管方式可能导致管道基础不稳定，施工前采用注浆加固技术提高地基承载力，减少后期沉降风险，施工过程中利用智能监测系统对地基沉降情况进行实时跟踪以确保管道安装稳定。在G1501沿线，部分管道需与既有桥梁、道路设施保持一定距离，原设计的双承台基础施工方式受限，优化方案后采用直径更大的钻孔灌注桩，减少基础数量，降低对周围结构的影响，同时确保施工安全和质量，软弱土层处理方案的优化提高了管道基础稳定性，减少了施工过程中不均匀沉降的风险，为后续管道运营提供了可靠保障。

4.3 施工质量与经济效益分析

供水管网改造工程质量管理直接影响供水系统的长期稳定运行，施工过程中采用高精度测量设备进行管道安装定位，确保管道轴线控制在允许偏差范围内，减少因管道错位导致的供水压力损失，焊接质量控制严格执行检测标准，采用超声波检测和压力试验相结合的方式确保焊缝无泄漏。非开挖施工中定向钻进和顶管施工的精度控制至关重要，施工过程中采用智能监测系统跟踪管道姿态、推进速度和受力情况，实时调整施工参数，确保管道沿设计路线稳定推进。工程质量提升的同时，优化施工方案降低了成本投入，采用桥管法代替传统换填基础施工方式，减少了软土层加固工程量，节约施工费用约15%，定向钻进法穿越河道减少了明挖作业，降低了施工对河道生态的影响，同时节省了围堰施工成本，非开挖施工整体减少了对道路、绿化、管线的破坏，降低了后期修复费用，提高了工程综合效益。工期管理方面，非开挖施工技术减少了开挖量，降低了施工对交通的影响，提高了施工效率，施工计划合理安排，优化设备配置，减少工序间的等待时间，确保施工进度按计划推进。经济效益分析显示，在相同施工条件下非开挖施工技术的综合成本低于传统开槽埋管方式，特别是在密集管线区域和软弱土层环境中减少了因施工干扰导致的额外费用，社会效益方面减少了道路封闭时间，降低了对市民出行的影响，同时减少了施工过程中产生的扬尘和噪音污染，提高了环保效益。工程的顺利实施为老旧供水管网改造提供了成功案例，优化的施工技术方案可推广应用于其他类似工程，为城市供水系统升级提供技术支持。

5 结论

老旧供水管网改造面临地质条件复杂、地下管线密集、施工空间受限等问题，非开挖施工技术能够减少地表扰动，提高施工效率并优化工程质量。牵引管施工适用于旧管道更新以提升施工效率，顶管法适用于长距离穿越施工，保证精度并减少地表沉降，定向钻进法在管线密集区域和过河施工中应用可以提高灵活性并降低环境影响，桥管法在软弱地基环境下优化支撑结构，提高管道稳定性。浦东新区供水管网改造工程结合多种非开挖施工技术，提升施工质量，缩短工期，降低成本，为供水系统升级提供了技术支持，具有广泛推广价值。

参考文献：

[1]刘顺.浅探旧城区二次供水管网改造中的问题及措施[J].建材发展导向，2024，22（23）：63-65.

[2]王晓慧，傅渝然.农村供水工程建设管网改造设计优化研究[J].水利科技与经济，2024，30（10）：1-6.

[3]吴家辉.城区供水管网改造工程埋管施工造价预测方法研究[J].价值工程，2024，43（27）：33-35.

[4]林泽奇.城市供水输配套改造中的管网顶管施工技术应用[J].云南水力发电，2024，40（04）：130-133.

[5]肖君健，吴海涛，高艳，等.城市核心区市政供水管网老化现状及更新对策[J].给水排水，2023，59（S2）：798-802.