既有工作井內(nèi)續(xù)建接入大型排水管道施工技術(shù)

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市虹梅南路高架合流污水改造W1標(biāo)φ2 000 mm污水頂管需接入秀水苑6 層居民樓小區(qū)邊的工作井內(nèi)，管道埋深9.68 m。工作井為穿越上海重要內(nèi)河淀浦河的污水總管檢查井，井位無法變動(dòng)，且滿水運(yùn)營。原設(shè)計(jì)方案為緊貼工作井設(shè)置一座鉆孔樁圍護(hù)、高壓旋噴樁止水的外包井（圖1），但外包井緊貼居民樓，居民強(qiáng)烈反對(duì)，無法實(shí)施。通過對(duì)技術(shù)方案的優(yōu)化，采用地下對(duì)接的方式，使新建管道與工作井順利連接，且不影響周邊居民生活。

圖1 頂管接入工作井原設(shè)計(jì)方案

2 頂管與工作井地下對(duì)接

為盡可能地減少施工對(duì)小區(qū)居民的影響，我們優(yōu)化了施工方案，具體情況如下：

將頂管頂至設(shè)計(jì)位置，緊貼現(xiàn)狀頂管接收井，報(bào)廢頂管機(jī)頭，取出機(jī)頭內(nèi)的刀盤等設(shè)備，利用頂管機(jī)頭外殼作為外模，內(nèi)部澆筑與頂管接平的鋼筋混凝土[1]。

1）機(jī)頭采用特殊加工處理，機(jī)頭頂部設(shè)計(jì)與工作井外徑相吻合的鋼板，使之與頂管井接觸密實(shí)。機(jī)頭頂部、兩側(cè)、底部設(shè)置注漿孔，在頂管頂至設(shè)定位置時(shí)，通過設(shè)置的注漿孔，將機(jī)頭頂部、兩側(cè)、底部的土體進(jìn)行注漿加固。

2）頂管頂至指定位置后，采用人工開鑿方式，將厚100 cm的井壁開鑿約60 cm，然后頂管頂進(jìn)60 cm，并采用井壁鋼筋與機(jī)頭焊接方式，使機(jī)頭和井壁合為一體。

3）在機(jī)頭離井壁3 m處采用垂直頂升技術(shù)，設(shè)置1 座檢查工作井。在檢查井的北側(cè)（管道側(cè)）封堵頭子，并將3 m的管道內(nèi)注入清水，使水位與現(xiàn)狀污水井內(nèi)水位一致（2.5～3.0 m）。然后采用水下切割方式將后繼的厚40 cm井進(jìn)行切割完成（圖2）。

圖2 管道與工作井對(duì)接平、剖面示意

3 頂管工具管加工措施

1）工作井為內(nèi)徑9 m、壁厚1 m的沉井，為使本工程φ2 000 mm頂管機(jī)頭頂部與工作井接觸密實(shí)，通過計(jì)算，在頂管工具管頂部設(shè)置1～13 cm的弧形鋼板（圖3）。

圖3 φ2 000 mm工具管改裝示意

2）在頂管工具管兩側(cè)、底部設(shè)置注漿孔，在頂管頂至設(shè)定位置時(shí)，通過設(shè)置的注漿孔，將機(jī)頭頂部、兩側(cè)、底部的土體進(jìn)行注漿加固（圖4）。

圖4 機(jī)頭面板處注漿孔布置

3）在機(jī)頭離井壁3 m處采用垂直頂升技術(shù)，垂直頂升位置預(yù)留高250 cm的φ1 000 mm頂升洞口（圖5）。

圖5 頂升預(yù)留孔示意

4 洞口土體加固技術(shù)

待頂管對(duì)接施工完成后，對(duì)φ2 000 mm管道兩側(cè)對(duì)接處進(jìn)行φ800 mm高壓旋噴樁加固，水泥摻量為20%，加固寬度為3 排φ800 mm高壓旋噴樁，約2 m，深為12 m（管底以下3 m）。為減小工具管內(nèi)水土流失對(duì)地面建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生影響，在管接頭外側(cè)土體進(jìn)行跟蹤注漿，如發(fā)現(xiàn)土體流失，則及時(shí)補(bǔ)漿加固。

5 接口處理方案

在完成土體加固后，開始對(duì)機(jī)頭及管道內(nèi)設(shè)備等進(jìn)行拆除及切割；該階段的設(shè)備拆除、土體清除、肋板切割、補(bǔ)充注漿等施工流程控制對(duì)工程安全和管道質(zhì)量要求比較高，在施工中需嚴(yán)格控制和管理[2,3]。

6 對(duì)接管道現(xiàn)澆方案

1）依據(jù)頂管管道原有內(nèi)徑尺寸以及管節(jié)配筋進(jìn)行鋼筋綁扎施工，按要求固定好預(yù)埋鐵件；

2）將整個(gè)管節(jié)分3 次澆筑。依照對(duì)接區(qū)管節(jié)現(xiàn)澆分節(jié)示意（圖6），依次進(jìn)行第1次、第2次施工，采用常規(guī)混凝土澆筑方法進(jìn)行混凝土振搗澆筑施工，注意保證澆筑質(zhì)量；

3）進(jìn)行第3次模板施工，頂部預(yù)留澆筑孔，加工儲(chǔ)氣泡、混凝土投料斗簡易設(shè)備，利用空氣壓縮機(jī)將混凝土用軟管送入模內(nèi)，有效保證混凝土澆筑的密實(shí)度。

圖6 對(duì)接區(qū)管節(jié)現(xiàn)澆分節(jié)示意

7 垂直頂升

1）本工程由于頂管與工作井連接處與頂管工作井距離長，為減少施工給現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的影響，計(jì)劃在接口處北側(cè)3 m，垂直頂升1 處檢查井，用于井壁切割時(shí)人員、工具及渣土的上下通道。

φ1 000 mm頂升管的管節(jié)（立管）鋼壁厚1.8 cm，每節(jié)長60 cm，總長6 m。

2）頂升施工相關(guān)理論計(jì)算如下：

式中：N1——垂直頂升管蓋帽（4#件）迎面被動(dòng)土壓力（kN）；

式中：r——土的加權(quán)平均重度，此處r=17 kN/m3；

h——初頂時(shí)蓋帽覆土深度，此處h=6.63 m；

φ——土的內(nèi)摩擦角，此處④層號(hào)土φ=10°；

S1——蓋帽迎面有效面積，此處S1=0.785 m2；

P——垂直頂升蓋帽迎面土體抗剪強(qiáng)度（kN）。

式中：c——土的黏聚力，此處c=10 kPa；

σ——剪切滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力，此處剪切高度2 m，σ=r×（h-2/3）=13.58 kN；

S2——初始剪切面積，S2= 7.28 m2。

4 只油缸最大頂力600 kN＞F，頂力滿足要求。

8 井壁破除施工

1）位于秀水苑小區(qū)內(nèi)的工作井，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該井內(nèi)徑9 m，井壁厚1 m。井底標(biāo)高為-6.90 m，埋深為11.5 m。為使設(shè)計(jì)頂管與現(xiàn)狀W5井連接，且盡量減少對(duì)居民的影響，施工采用頂管向井內(nèi)切割洞口的方式。

拆除φ2 000 mm頂管井壁洞口需開設(shè)φ2 440 mm的洞口1 個(gè)，連接井井壁拆除分2 個(gè)階段進(jìn)行，第1階段采取鉆孔施工，第2階段采取潛水風(fēng)鎬拆除施工。后期潛水風(fēng)鎬拆除施工期間需泵站配合，以穩(wěn)定水位。

2）根據(jù)鉆孔位置將鉆孔機(jī)底座通過膨脹螺栓固定安裝于井壁；開啟鉆機(jī)開關(guān)進(jìn)行鉆孔；在鉆孔機(jī)運(yùn)行的過程中，應(yīng)保證必要的冷卻水，以防鉆頭溫度過高產(chǎn)生損壞或卡在井壁內(nèi)；此外，由于井內(nèi)通風(fēng)較差，下井人員可配備活性炭過濾呼吸裝置。

3）潛水風(fēng)鎬拆除：先對(duì)離井壁3 m的檢查井（以下稱檢查井）北側(cè)進(jìn)行頭子封堵，并注水至和連接井常水位一致。完成后由專業(yè)潛水人員佩戴好潛水裝具下井，使用風(fēng)鎬進(jìn)行拆除井壁工作。潛水員于檢查井下對(duì)井壁混凝土進(jìn)行開鑿、拆除，并將拆下的井壁混凝土塊清撈上岸。拆除施工步驟為：聯(lián)系相關(guān)泵站控制水位→管道側(cè)潛水員風(fēng)鎬拆除井壁。

9 結(jié)語

居民區(qū)內(nèi)采用地下對(duì)接方式接入大型管道的工期為60 d，相比基坑開挖（工期90 d） ，工期縮短1/3，極大地減少了對(duì)居民的影響，且工程造價(jià)較低，施工中地面作業(yè)面較小，大大緩解了居民與施工方的矛盾，達(dá)到了采用地下對(duì)接施工的目的[4-6]。

在實(shí)際施工過程中，技術(shù)運(yùn)用效果非常明顯，確保了居民的正常生活，并控制了施工對(duì)周圍居民樓的沉降影響。為今后類似的管道接入施工提供了較為成功的范例，具有一定的借鑒和參考價(jià)值。