大管徑補(bǔ)水鋼管下穿高速公路暗涵施工技術(shù)研究

范 建 平

(中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司， 深圳 寶安區(qū) 518100)

1 概 述

廣州市白云區(qū)潭涌暗涵水體黑臭嚴(yán)重，其主要原因是暗涵段水體流動(dòng)性差，需要在潭涌暗涵下游閘壩前新建泵站一座，取上游石井河內(nèi)的水補(bǔ)潭涌內(nèi)的水，使潭涌內(nèi)的水流動(dòng)起來以最終達(dá)到消除黑臭河涌的目的。

該工程為潭涌暗涵下游閘壩前新建的一座泵站，泵井結(jié)構(gòu)尺寸為4.9 m×7.9 m，補(bǔ)水水泵的安裝采用導(dǎo)軌自動(dòng)耦合裝置，泵站內(nèi)只配備一臺(tái)水泵，維修時(shí)采用停水檢修的方法。對(duì)于水泵要求其流量不低于1 300 m3/h。在暗涵出口和加油站處分別設(shè)置了DN500補(bǔ)水點(diǎn)和DN300補(bǔ)水點(diǎn)。主要施工內(nèi)容為：暗涵內(nèi)新建長度為400 m的DN500補(bǔ)水管道，暗涵外新建的DN300補(bǔ)水管道長度為193 m，同時(shí)封堵暗涵內(nèi)排口。其主要施工難點(diǎn)為：(1)工期緊。根據(jù)市水務(wù)局要求，該工程需要在8月底完成，故其施工期只能安排在雨季的7、8月份；(2)工程量大。暗涵內(nèi)存在大量的淤泥，厚度為1.5～2.3 m。由于補(bǔ)水管道的鎮(zhèn)支墩數(shù)量多達(dá)62個(gè)，故其大基礎(chǔ)底板施工難度大；(3)鋼管在暗涵內(nèi)運(yùn)輸困難，暗涵內(nèi)無法采用機(jī)械設(shè)備，且因每根鋼管的安裝重達(dá)0.8 t，暗涵長度400 m 內(nèi)只能開設(shè)一個(gè)下暗涵通道，由于鋼管運(yùn)輸距離長，內(nèi)支墩高度平均為3 m，導(dǎo)致鋼管吊裝難度大；(4)受雨季影響。根據(jù)歷年水文資料得知：暗涵內(nèi)在汛期雨水會(huì)上漲1.5～2 m，而暗涵的總高度僅為3.6 m，因此，雨季面臨施工機(jī)具及材料被沖出箱涵的危險(xiǎn)；(5)暗涵內(nèi)存在有毒有害氣體，作業(yè)環(huán)境惡劣，施工時(shí)可能會(huì)造成工人中毒等。項(xiàng)目部針對(duì)以上難點(diǎn)對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹具體的研究過程。

2 暗涵內(nèi)輸水管道采取的施工方法

暗涵內(nèi)補(bǔ)水鋼管采用D500螺旋鋼管，每6 m一根，采用法蘭連接。支墩、鎮(zhèn)墩采用現(xiàn)澆方式，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為P8.C25。支墩與暗涵底板和側(cè)墻采用插筋連接并灌注M20砂漿，支墩間距按6～8 m設(shè)置。暗涵段采用鎮(zhèn)墩及支墩形式架設(shè)DN500管道，共設(shè)鎮(zhèn)墩8個(gè)，支墩54個(gè)，水平段包封19.59 m。DN300補(bǔ)水管道采用明挖鋪設(shè)，補(bǔ)水點(diǎn)處設(shè)鎮(zhèn)墩2個(gè)，過加油站進(jìn)出口時(shí)采用混凝土滿包通過。

施工流程：施工準(zhǔn)備→運(yùn)輸管道通道開口→暗涵段通風(fēng)及照明→圍堰施工→搭設(shè)施工通道→管道安裝、混凝土鎮(zhèn)支墩澆筑→拆除圍堰→閉水試驗(yàn)。

2.1 施工準(zhǔn)備

在巴士公交中心處進(jìn)行封閉式圍蔽，圍蔽高度為2 m，圍蔽長度為75 m，并將其做為臨時(shí)二次轉(zhuǎn)運(yùn)場地及加工場地。圍蔽內(nèi)增設(shè)一開口，用于管道運(yùn)輸通道和運(yùn)輸混凝土的入口，開口處根據(jù)街道和業(yè)主的要求將違建圍墻拆除。

2.2 運(yùn)輸管道通道的開口

因本段暗涵與慶槎路、許廣高速路、石潭西路斜交通過，部分通過美景大酒店停車場，導(dǎo)致施工開口空間受限，且因慶槎路、許廣高速路、石潭西路交匯處人、車流量大，導(dǎo)致所制定的慶槎路、石潭西路上占道開口交通疏解方案未獲批。因此，只有在美景大酒店停車場處開設(shè)進(jìn)入暗涵的唯一通道，在補(bǔ)水泵井處采用PC320液壓錘破除混凝土地面，寬度不小于4.5 m，坡比為1∶8，并拆除了原有圍墻、河涌邊擋墻做為DN500補(bǔ)水管道及混凝土的運(yùn)輸通道。暗涵段頂部共設(shè)開口5處用于通風(fēng)。開口處采用圍擋防護(hù)，將工作面兩端井口圍蔽作為施工場地，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)出，每個(gè)井口的圍擋范圍為4 m×4 m方可滿足施工要求，材料采用彩鋼板，每個(gè)工作段中間打開的井段采用水馬進(jìn)行臨時(shí)圍蔽，停工期間采用防護(hù)蓋板進(jìn)行覆蓋。

2.3 暗涵段的通風(fēng)

暗涵作為雨污合流的排水通道，其內(nèi)部沼氣濃度非常高。為保證作業(yè)人員的施工安全，在人員下到暗涵底之前，必須提前對(duì)工作斷面進(jìn)行通風(fēng)處理。對(duì)每個(gè)工作段間隔不超過30 m打開一個(gè)井蓋，若現(xiàn)場勘察沒有可打開的預(yù)制蓋板時(shí)，則需要向暗涵工作面新增送風(fēng)點(diǎn)。必須根據(jù)不同的施工段采用不同的送風(fēng)設(shè)備，從每個(gè)工作段的上游送新鮮空氣至暗涵內(nèi)，待2 h后用儀器檢測暗涵內(nèi)有害氣體的含量，同時(shí)進(jìn)行活檢試驗(yàn)，待滿足人員下井操作的條件后方可允許人員進(jìn)入，且每隔0.5 h再檢測一次，以確保涵內(nèi)的含氧量達(dá)到人員進(jìn)入施工的要求。

(1)通風(fēng)設(shè)備的選擇及配置。暗涵通風(fēng)設(shè)備按以下條件配置：暗涵段總長370 m，圖1中B段上部共開3個(gè)孔，在暗涵側(cè)面開一個(gè)口作為滿足通風(fēng)及出渣的通道口，寬度不小于12 m，主要考慮其為設(shè)備機(jī)械及材料的運(yùn)輸通道。主要采用5G-2D離心式通風(fēng)機(jī)和自然通風(fēng)(必要時(shí)采取局扇通風(fēng))，當(dāng)進(jìn)入慶槎路下部暗涵時(shí)，考慮到該段長度為168 m，遂配置了2臺(tái)SDF(C)-No.11軸流風(fēng)機(jī)、φ1 000 mm的風(fēng)管壓入式通風(fēng)。風(fēng)管采用便于裝卸和維修的軟風(fēng)管。

圖1 通風(fēng)口設(shè)置示意圖

(2)通風(fēng)管的布置。在系統(tǒng)布置上，堅(jiān)決杜絕各種形式的“循環(huán)風(fēng)”。將出風(fēng)口到工作面的距離控制在30～45 m范圍內(nèi)，出風(fēng)口的氣體沿風(fēng)管壁擴(kuò)散后能反向流出工作面，對(duì)工作面通風(fēng)換氣有利。

(3)安全注意事項(xiàng)。因暗涵內(nèi)堆積了十幾年的生活垃圾未清理，在清淤裝袋和攪動(dòng)污泥時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，加之工期緊，為確保安全，項(xiàng)目部采取了以下保護(hù)措施：

由于涵洞內(nèi)黑暗、潮濕，施工人員進(jìn)入涵洞施工需配備符合安全標(biāo)準(zhǔn)的照明燈，照明燈電壓必須小于36V。安裝風(fēng)管或照明設(shè)備時(shí)，施工人員需配戴防毒供氧設(shè)備。開始施工前，需提前1.5 h送風(fēng)將原箱涵內(nèi)可能含有的有害氣體排干凈，施工人員進(jìn)入前需再次檢測空氣中的氧含量，氧含量達(dá)不到要求不得進(jìn)行施工作業(yè)。氧含量的檢測方法：施工前放活體動(dòng)物進(jìn)入箱涵工作面30 min后取出，查看其生命體征。

施工期在暗涵內(nèi)分段布置氣體檢測儀并派專職人員每2 h攜帶便攜式有毒有害氣體檢測報(bào)警儀入洞持續(xù)檢測，如出現(xiàn)異常，涵內(nèi)的作業(yè)人員須馬上撤離并發(fā)布?xì)怏w安全警報(bào)。警報(bào)未撤除前，非專職人員不得入洞[1]。

施工期間，在潭涌上游設(shè)置水位觀察員一名，并與潭涌上游的石井河水閘管理處建立應(yīng)急聯(lián)系方式，確保下游施工人員的安全，施工前申請(qǐng)《有限空間安全作業(yè)證》并獲得批準(zhǔn)[2]。

2.4 照明措施

為保證暗涵內(nèi)的正常施工，需要在暗涵壁上安裝防爆燈，防爆燈采用功率為100 W的LED帶燈罩防護(hù)的樣式，按照每10 m一個(gè)的要求將防爆燈固定安裝于暗涵壁上，每10 m設(shè)置一個(gè)∠5×50的角鋼支架，將防爆燈固定在支架上，共設(shè)置40個(gè)防爆燈。

2.5 支墩圍堰及基礎(chǔ)清理

暗涵內(nèi)共設(shè)鎮(zhèn)墩7個(gè)，支墩54個(gè)，共計(jì)61個(gè)鎮(zhèn)支墩。施工時(shí)需要考慮圍堰施工，每個(gè)支墩圍堰的中心結(jié)構(gòu)尺寸為：3 m×6 m，圍堰寬1.5 m，高度平均為3 m。每個(gè)圍堰內(nèi)設(shè)置一個(gè)功率為5.5 kW的水泵進(jìn)行抽排，每個(gè)鎮(zhèn)支墩 的平均施工周期為7 d，施工總工期為42 d，共設(shè)6個(gè)班組循環(huán)施工，每個(gè)班組需要10臺(tái)水泵，備有5臺(tái)。

2.6 在暗涵內(nèi)分段設(shè)置圍堰

因潭涌暗涵段內(nèi)的排口共有17個(gè)， 其中5個(gè)為雨污合流口且有不同程度的排水；5個(gè)合流口在旱季也在排水，其中包括一直徑為1 500 mm的合流口，污染源為潭村潭石西路以南慶槎路至西約3 km范圍內(nèi)的兩側(cè)雨水管錯(cuò)混接點(diǎn)，其平時(shí)流量較大，在利用出口提升泵站無法滿足抽排上部污水的要求時(shí)，根據(jù)流量大小分別在上游設(shè)置了3個(gè)水泵，下游設(shè)置了2個(gè)水泵進(jìn)行抽排。經(jīng)了解暗涵內(nèi)此排口在不停的排水。為保證基礎(chǔ)清疏工作的順利進(jìn)行，采取了對(duì)暗涵分段實(shí)施清理垃圾的方式，按每段長度30 m進(jìn)行磚墻封堵形成封閉空間。由于暗涵條件復(fù)雜且此次清理暗涵的時(shí)段處于雨季，考慮采用專業(yè)潛水蛙人進(jìn)行磚砌圍堰封堵。圍堰施工形成全斷面圍堰，封堵磚墻采用50墻。圍堰封堵前，采用蛙人先進(jìn)行基底清理、然后進(jìn)行50磚墻封堵，封堵高度超過正常水位面1 m。

2.7 基礎(chǔ)清理

對(duì)于有底板的區(qū)段將淤泥全部清理。同時(shí)，為確?，F(xiàn)狀河堤和橋梁等建筑物的安全，施工過程中嚴(yán)禁對(duì)河堤造成破壞，對(duì)兩岸河堤、橋梁等建筑物2 m范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控以避免將建筑物的基角外露；對(duì)于無底板的區(qū)域，將其清理到邊墻基角處再采用拋石擠淤的方式進(jìn)行處理。

人工清淤在原有施工準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上按以下施工工序進(jìn)行：搭設(shè)雙排綜合腳手架，在其上面鋪設(shè)竹膠板做為疏浚施工的通道。 人工清除暗涵雜物→人工疏浚裝袋→手推運(yùn)至吊裝點(diǎn)初濾水→裝車外運(yùn)至指定棄渣場，人工清疏嚴(yán)格遵循每2 h換班制度。

雜物清理后，采用人工對(duì)淤泥進(jìn)行清理，同時(shí)裝袋、堆放至吊裝點(diǎn)。裝淤泥袋為0.6 m×0.3 m×0.2 m的定制土工袋。由人工搬運(yùn)到運(yùn)輸車內(nèi)，由封閉車外運(yùn)至指定棄渣場。

2.8 混凝土鎮(zhèn)/支墩施工

(1)基礎(chǔ)處理。因鎮(zhèn)/支墩處于暗涵淤泥層內(nèi)，根據(jù)施工前進(jìn)行的暗涵內(nèi)鋼釬觸探得知：其下層存在淤泥層，故在混凝土鎮(zhèn)/支墩施工時(shí)均應(yīng)考慮基礎(chǔ)處理。經(jīng)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場復(fù)核后確定采用拋石擠淤的方式進(jìn)行基礎(chǔ)處理，拋石擠淤深度為1.5 m，拋石擠淤后在其上回填20 cm厚級(jí)配碎石墊層，再采用10 cm厚的C15混凝土進(jìn)行基礎(chǔ)封閉。

(2)模板工程：備料 → 放大樣 → 排料加工 → 試拼裝 → 測量驗(yàn)收 → 編號(hào) → 存放備用。木模板在每次使用前應(yīng)清洗干凈。為拆模方便，不得采用污染混凝土的油劑，不得影響混凝土或鋼筋混凝土的質(zhì)量。若檢查發(fā)現(xiàn)在已澆筑的混凝土面上沾染了污跡，應(yīng)采用洗滌劑等有效措施予以清除。

(3)混凝土施工。混凝土施工的作業(yè)程序：先進(jìn)行基礎(chǔ)墊層澆筑，待基礎(chǔ)墊層達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后安裝模板，最后澆筑混凝土；模板采用普通木模板；混凝土可采用商品混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)的抗?jié)B等級(jí)須符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)原材料的控制，制定科學(xué)的管理措施[3]。

混凝土施工時(shí)，各澆筑塊的基礎(chǔ)面清洗、模板安裝等工序可先行一步、不占用循環(huán)作業(yè)時(shí)間。在混凝土澆筑施工過程中，要對(duì)卸料區(qū)的混凝土及時(shí)進(jìn)行鋪攤，做到隨澆隨鋪，嚴(yán)禁發(fā)生堆積現(xiàn)象[4]。

待混凝土運(yùn)輸至暗涵開口處后，采用人工手推車二次轉(zhuǎn)運(yùn)至澆筑倉面，運(yùn)輸平臺(tái)采用Φ48 mm鋼管搭設(shè)并用十字回旋扣固定，并在施工平臺(tái)上鋪設(shè)5 cm厚的木方，間距50 cm，在其上鋪設(shè)1.2 cm厚的竹膠板，運(yùn)輸平臺(tái)的立桿間距為1 m，立桿采用4 m/每根，平臺(tái)搭設(shè)在高度2.5 m處。搭設(shè)寬度為1.5 m，兩側(cè)高出平臺(tái)1.2 m并做安全防護(hù)，掛設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)，每6 m設(shè)一剪刀撐，沿管道線路全程鋪設(shè)。

2.9 管道安裝

管道的安裝順序：運(yùn)輸→吊管就位→穩(wěn)管→焊接/連接。

(1)管道運(yùn)輸。在管道裝卸、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場時(shí)，必須采取必要的保護(hù)措施防止管道零配件、內(nèi)外的防腐漆受到損壞，這些措施包括合適的吊鉤、卡箍、起重橫梁、加強(qiáng)型帆布帶、保護(hù)性封堵、支撐、運(yùn)往指定地點(diǎn)的專用拖車等所有其他必要的措施。

管道暗涵內(nèi)的運(yùn)輸。因管道安裝與暗涵內(nèi)的清淤同步進(jìn)行，兩者施工時(shí)段相同，導(dǎo)致管道運(yùn)輸時(shí)受暗涵內(nèi)淤泥和汛期雨水的影響，此時(shí)應(yīng)結(jié)合暗涵內(nèi)的實(shí)施情況，采用運(yùn)輸筏板手拉葫蘆及漂浮運(yùn)輸相結(jié)合的方式運(yùn)輸，在暗涵內(nèi)頂板上每10 m設(shè)置一處吊點(diǎn)作為手拉葫蘆的牽引支點(diǎn)。管道安裝因受施工空間的影響，在管道連接方面亦采用法蘭盤連接。

首先采用盲板進(jìn)行管道封堵，盲板的制作與法蘭盤相對(duì)并確保盲板安裝后暗涵內(nèi)的水不進(jìn)入管道，由此形成了一個(gè)中空鋼管，采用汽車吊將管道吊入暗涵開口處，并在鋼管上方捆綁3根充氣內(nèi)輪胎，利用水的浮力使鋼管漂浮在水面后，采用人工牽引的方式將管道運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的位置。

(2)吊管就位。管道運(yùn)輸至安裝點(diǎn)后，在管道上方或側(cè)面設(shè)置兩個(gè)吊點(diǎn)作為臨時(shí)吊裝就位，待吊裝就位后立即搭設(shè)雙排腳手架做支撐架，支撐架應(yīng)牢固可靠，避免因河水沖刷導(dǎo)致其偏移錯(cuò)位，直到鎮(zhèn)/支墩澆筑后7 d方可拆除雙排架，以此工序依次向前施工。每個(gè)吊點(diǎn)共設(shè)置2個(gè)5 t手拉葫蘆，根據(jù)工期安排，暗涵內(nèi)需設(shè)置20個(gè)手拉葫蘆。

(3)穩(wěn)管。吊管就位后需要穩(wěn)管，防止其因河水沖刷導(dǎo)致偏移錯(cuò)位。穩(wěn)管可利用墻壁上原有的拉結(jié)筋將雙排架與拉結(jié)筋緊緊地連接在一起，同時(shí)，在雙排架上加設(shè)定位卡具，確保管道安裝無偏移。

彎管、傾斜管安裝時(shí)應(yīng)注意各節(jié)彎管下中心的吻合和管口傾斜，如有偏移，可在相鄰管口上各焊一塊擋板，在擋板間用千斤頂頂轉(zhuǎn)鋼管，使其中心一致[5]。

(4)焊接/連接。因管道安裝是在有限的空間內(nèi)操作，為減少有害氣體對(duì)人體的影響，施工時(shí)可采用法蘭盤連接。法蘭盤應(yīng)在工廠提前制作并與管道焊接，當(dāng)遇到轉(zhuǎn)角處無法采用法蘭連接時(shí)，可采用現(xiàn)場焊接的方式施工。

3 結(jié) 語

潭涌補(bǔ)水工程是以黑臭河涌整治為基礎(chǔ)，使潭涌支流內(nèi)的河水流動(dòng)為目的。因其施工空間受限，且因暗涵長度400 m 內(nèi)只能開設(shè)一個(gè)下暗涵通道，加之鋼管在暗涵內(nèi)的運(yùn)輸距離長，因此，鋼管如何運(yùn)輸及吊裝是補(bǔ)水工程成敗的關(guān)鍵。在實(shí)施過程中，利用盲板浮運(yùn)有效地解決了暗涵內(nèi)鋼管運(yùn)輸?shù)碾y點(diǎn)，同時(shí)將汛期暗涵內(nèi)有水的不利條件充分利用，在1個(gè)月時(shí)間內(nèi)成功且高效地完成了該段補(bǔ)水管道的安裝工作。