成都地鐵站排水管線遷改施工存在的問題及處理措施研究

邱小耕，王冬梅，袁 亮

(1.四川大學(xué)，四川 成都 610065；2.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

近年來，隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，地鐵工程也加快了建設(shè)步伐。地鐵車站施工不可避免地會影響原有市政管線，因此，管線安全已成為地鐵施工中的難點之一。尤其是雨污水管線，因大多修建時間久遠(yuǎn)，時有滲漏情況發(fā)生。所以，管線遷改是車站施工的關(guān)鍵節(jié)點，制約著車站主體及其附屬結(jié)構(gòu)的施工進度，是地鐵建設(shè)過程中的“攔路虎”。因此，如何在地鐵施工時既保證管線及工作面的安全，又順利完成遷改工作，成為地鐵施工中的難題。本文擬對成都地鐵某站污水排水管線遷改中遇到的問題及采取的措施進行梳理和探討，以期供類似工程參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

車站位于成都市順江路與龍舟路交叉路口以南，沿三官堂街南北布置，是成都地鐵6號線一二期工程的中間站。車站西側(cè)為錦江，東側(cè)為高層住宅小區(qū)。車站周邊布置有城市排水、城市照明、電力、交安、天網(wǎng)、通訊、燃?xì)狻⒊鞘薪o水、消防等相關(guān)管線(本文主要探討排水，后續(xù)不再贅述其他管線)。為確保地鐵車站施工順利開展，并提高目前市政污水管網(wǎng)的排污(水)能力，擬對影響地鐵車站的排水管線進行永久遷改。目前污水管及過街雨水排水管從北至南沿車站基坑布置，管線布置情況詳見圖1。

圖1 車站雨水及污水管線干線布置情況

車站周邊主要排水管線統(tǒng)計情況詳見表1。

表1 車站周邊主要排水管線情況匯總

1.2 工程地質(zhì)和水文

根據(jù)車站主體結(jié)構(gòu)的地勘報告，車站范圍內(nèi)地形較平坦，地形起伏不大，地貌單元為岷江水系I級階地。場地范圍內(nèi)主要覆蓋有人工填土層、砂土、卵石、深層泥巖。在管線遷改施工范圍內(nèi)主要為人工填土、黏土和砂卵石。由于車站從北向南沿錦江河堤而建，場地范圍內(nèi)主要有地表水和地下水，而根據(jù)現(xiàn)場踏勘及挖探鉆孔情況，場地內(nèi)現(xiàn)狀水位距地面以下3.5 m。需要遷改的管線與車站的相對位置及縱向地質(zhì)勘探情況詳見圖2。

圖2 車站與管線位置及現(xiàn)場地質(zhì)柱狀(單位：m)

2 現(xiàn)場條件和工程特點

本車站位于成都市一環(huán)路至二環(huán)路之間，屬城市干道，施工范圍內(nèi)必須采用全封閉打圍施工，周圍建筑密集，施工場地狹窄，施工區(qū)域周邊的車輛、行人相對較多，干擾較大。另外，西側(cè)緊臨錦江，車站圍護樁在河堤外邊緣，大部分樁位已侵入河道，需遷改的排水管線最近處距離河床僅3.5 m左右。工程具有以下特點：

(1)因打圍占道施工，對交通影響較大，占道時間短、工期短，施工條件不充分。

(2)大型機械在場內(nèi)無法運轉(zhuǎn)，土石方開挖只能采取小型機械為主，人工配合開挖，效率相對較低。

(3)本工程位于雜填土、粉質(zhì)黏土、砂卵石地質(zhì)，根據(jù)巖土工程分級，土層開挖后不能自穩(wěn)，存在安全風(fēng)險。

(4)由于施工地理位置的特殊性，緊臨錦江，地下水位較高，頂管過程中周邊有嚴(yán)重的滲水風(fēng)險。

(5)工程屬于露天作業(yè)，施工季節(jié)性強，受氣候變化影響大。

(6)地下管線復(fù)雜，除雨水、污水排水管外，尚有其他產(chǎn)權(quán)單位的管線。

3 施工工序流程

根據(jù)上述工程條件和特點，結(jié)合前期工程實踐和管理經(jīng)驗，現(xiàn)場采取的施工流程如圖3所示。其中，需要特別強調(diào)幾點。

圖3 施工工序流程

(1)降水井及頂管工作井的管線探挖工作應(yīng)按如下要求進行：①開挖前將開挖范圍內(nèi)的地下管線了解清楚，并采用超聲波探測儀對開挖范圍內(nèi)的管線進行探測；②由經(jīng)過安全技術(shù)交底和業(yè)務(wù)培訓(xùn)的作業(yè)人員，采用人工挖孔探查；③采用十字探溝法或間隔探挖法，確保無遺漏。探孔直徑宜大于0.5 m，以方便探孔內(nèi)人員的操作，探孔(溝)深度大于3 m；④探挖的土用吊籃運送上來，探孔出現(xiàn)地下滲水時，應(yīng)采用7.5 kW的污水泵進行排水；⑤探孔人員作業(yè)時，用鼓風(fēng)機進行送風(fēng)，在現(xiàn)場配置氧氣瓶，一旦作業(yè)人員出現(xiàn)缺氧，及時進行急救；⑥探挖過程中施工單位及監(jiān)理單位安排管線專員全程旁站，合格后進行驗收，同時填寫管線探挖驗收表并存檔。

(2)降水井布置在頂管工作井外側(cè)2～3 m處，頂管工作井開挖前應(yīng)提前開啟降水井，在確認(rèn)地下水位降至開挖面以下0.5 m后方可進行頂管工作井的開挖。同時降水井的排水應(yīng)設(shè)置三級沉淀池，排水經(jīng)沉淀過濾后排入周邊可用管網(wǎng)，嚴(yán)禁直接排放或排至江中。

(3)開工前，要求現(xiàn)場所有施工作業(yè)人員必須參加由施工單位項目部組織的安全技術(shù)交底，交底中應(yīng)明確現(xiàn)場的重點、難點、周邊管線位置和現(xiàn)場注意事項，交底人員簽字確認(rèn)并存檔。

(4)頂管工作井開挖至地面5 m以下后應(yīng)進行有害氣體的檢測，要求作業(yè)隊伍每天下井前必須先檢測有害氣體(如：H2S、CO、CH4等)和O2的含量，不達(dá)標(biāo)不準(zhǔn)下井作業(yè)。

(5)應(yīng)在頂管施工的路面和頂管工作井周邊布置沉降監(jiān)測點，采集原始數(shù)據(jù)，每天對監(jiān)測點進行監(jiān)測，并與原始數(shù)據(jù)進行對比。一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時通報，同時加密監(jiān)測并采取措施，如加固相關(guān)區(qū)域并停止作業(yè)。

(6)頂管過程中嚴(yán)格控制掌子面的超挖情況，每天對頂管進度(頂進尺寸)與出土量進行監(jiān)測，嚴(yán)禁超挖。

4 存在問題、改進措施及效果

在本站排水管線遷改過程中，因頂管工作位置位于地面以下7 m左右處。該區(qū)域大多為砂卵石及砂土，穩(wěn)定性極差。在頂管過程中，雖然已嚴(yán)格控制超挖和頂進速度，但還是遇到了掌子面坍塌和臨江側(cè)掌子面滲水現(xiàn)象。現(xiàn)場各頂管工作井的位置如圖4所示。下面重點介紹W2～W3和W12～W13頂管過程中遇到的問題和采取的措施及實施的效果。

4.1 W2～W3存在的問題、改進措施及效果

在進行2號污水頂管工作井(以下簡稱W2，下文同)向W3頂管中，設(shè)計長度為41.9 m，采用直徑2.4 m的混凝土預(yù)制管進行頂進，頂管設(shè)計平面見圖5。

圖4 車站排水管線遷改主要工作井位置示意

圖5 W2-W3頂管設(shè)計平面示意(單位：m)

4.1.1 存在的問題

在累計頂進至8 m左右(含機頭2.5 m)時，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)掌子面處出現(xiàn)少量滲水，要求立即暫停作業(yè)。經(jīng)沉降監(jiān)測確認(rèn)無明顯突變及沉降，路面也未見異常，河堤也無異常。隨后要求現(xiàn)場作業(yè)人員放慢挖土和頂進速度，同時在接收井位置布置降水井，并及時抽排水。

頂進至18 m左右時，由于距離錦江河堤和河床越來越近，地下水聯(lián)系加強，滲水逐漸增多，場地內(nèi)路面出現(xiàn)裂紋和少量沉降，掌子面出現(xiàn)小范圍坍塌，要求立即停止作業(yè)。同時，監(jiān)理工程師、施工單位及建設(shè)單位相關(guān)人員立即召開專題會，會上明確采取措施后，方可再次施工。

4.1.2 改進措施

首先，要求施工單位在頂進范圍上方設(shè)置隔離區(qū)域，不得堆載，同時在地面增加兩個沉降監(jiān)測點，在井壁位置布置水平位移點位。其次，要求施工單位立即對已頂管的上部區(qū)域(由于場地位于圍擋內(nèi)，不影響路面交通及現(xiàn)場其他部位)進行破除，并暴露出下方土體，觀察土體的穩(wěn)定情況，確認(rèn)穩(wěn)定后回填并澆筑混凝土。另外，對未頂管區(qū)域局部引孔注漿的方式進行加固。最后，提前開挖W3頂管工作井至頂管工作平面，并安裝水泵，不間斷抽排河床滲水。

采取上述措施后，在確認(rèn)施工作業(yè)人員井下作業(yè)安全的前提下，繼續(xù)頂進。同時，在頂管尾部增加油泵，保證頂管的動力。至距離W3接收井3 m左右時，破開W3至W2一側(cè)的洞門，最后頂管到位，吊出機頭，開展后續(xù)工序。

4.1.3 效 果

后續(xù)施工過程未再出現(xiàn)掌子面坍塌，河床滲水也通過抽排得以順利排出，按期完成了頂管任務(wù)。

4.2 W12～W13存在的問題、改進措施及效果

W12至W13頂管區(qū)間，設(shè)計長度為22 m，采用直徑為2.4 m的混凝土預(yù)制管進行頂進。頂管設(shè)計平面詳見圖6。

圖6 W12-W13頂管設(shè)計平面示意(單位：m)

4.2.1 存在的問題

在頂進至10 m左右時，掌子面出現(xiàn)大量砂土掉落，此處前方頂管區(qū)間大部分位于市政路面下方(不具備打圍條件)，有大量過往車輛及行人，存在路面坍塌風(fēng)險。

4.2.2 改進措施

要求立即停止頂進作業(yè)，同時組織業(yè)主、設(shè)計、施工及相關(guān)方開會處理。會上，設(shè)計及業(yè)主明確采用管棚加固處理的設(shè)計方案。同時要求施工單位采取以下措施，保證現(xiàn)場的安全。首先，立即對頂管施工通過的路面鋪設(shè)2.5 cm厚鋼板，并進行可靠固定，保證路面過往行人及車輛的安全。其次，安排人員疏散路面交通，并加強現(xiàn)場巡查。再次，采取應(yīng)急砂袋封堵掌子面，再用24磚墻封閉頂管掌子面，并加密監(jiān)測，一旦有突變，及時通知各方，以保證安全。最后，對頂管的上部區(qū)域增加管棚，管棚的位置及數(shù)量詳見圖7，并進行注漿加固。

圖7 頂管暗挖段(過路口加強段)管棚斷面示意

其中管棚的主要技術(shù)參數(shù)和施工控制措施如下：

(1)技術(shù)參數(shù)。①鋼管規(guī)格：采用長2～3 m的熱軋無縫鋼管，鋼管直徑108 mm，厚6 mm，并以絲扣連接而成，累計長度為20 m，充分覆蓋頂管設(shè)計長度；②鋼管上注鉆漿孔，孔徑10～16 mm，孔間距15 cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段110 cm；③管距：環(huán)向間距2.5 D/m；④注漿水泥漿液水灰比 1：1(重量比)，注漿壓力：0.5～2.0 MPa，注漿前進行現(xiàn)場注漿試驗，根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)。

(2)施工控制措施。①管棚施工前，測量人員按設(shè)計要求測量并放點，完成定位；搭設(shè)鉆孔操作平臺的腳手架并完成鉆機的安裝；同時，監(jiān)理工程師及現(xiàn)場技術(shù)人員對進場的鋼管和水泥進行檢查驗收。②采用頂驅(qū)動力頭的跟管鉆進工藝，首先將套管及鉆桿同時鉆入孔內(nèi)；成孔后，取出內(nèi)鉆桿，放進管棚鋼管，鋼管節(jié)段間用絲扣連接；最后取出外套管。③管棚鋼管安裝完成后應(yīng)利用空壓機對孔道進行吹掃，清除孔內(nèi)巖渣。④注漿前先將孔內(nèi)泥漿用高壓水沖洗干凈，再進行注漿；漿液采用水泥漿，注漿壓力為0.5～2.0 MPa，注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗予以調(diào)整。⑤管棚鋼管末端設(shè)置的封堵塞有進漿孔和排氣孔；當(dāng)排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔，繼續(xù)灌漿；達(dá)到設(shè)計注漿量或注漿壓力時，停止注漿。

4.2.3 效 果

采取上述措施后，對現(xiàn)場進行了檢查，在參建各方確認(rèn)安全后繼續(xù)頂進，直到機頭到達(dá)指定位置，后續(xù)施工一切正常。

同時，按照上述W12～W13的施工經(jīng)驗，對后續(xù)擬施工的W2～W1頂管施工段同樣采用了頂管區(qū)域增加管棚及路面鋪設(shè)鋼板的方式，均順利完成了頂管及后續(xù)管線遷改的施工，為車站主體施工及后續(xù)工序創(chuàng)造了條件，為車站整體進度順利推進打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

本文通過對成都地鐵6號線某車站排水管線遷改施工過程中遇到的問題進行梳理，介紹了管線遷改施工的基本程序和方法，并對頂管掌子面坍塌及滲水問題的處理進行了總結(jié)。上述處理措施，讓管線遷改的各項目標(biāo)得以順利實現(xiàn)，為后續(xù)車站主體及附屬施工奠定了基礎(chǔ)。同時，鑒于上述問題的出現(xiàn)，作者也進行了思考，建議后續(xù)類似項目的施工應(yīng)盡量避開汛期及地下水豐富時段。確無此條件的，應(yīng)提前做好相關(guān)準(zhǔn)備，避免遇到問題后盲目處置。另外，現(xiàn)場有打圍條件的，應(yīng)將管線遷改部位并入圍擋，避免施工影響路面交通及過往行人的安全。