修復市政設施技術在城市管網(wǎng)中的應用

舒 琦 鄭禹霖 許文杰

(上海市城市排水有限公司，上海 200033)

1 市政設施的現(xiàn)狀

1.1 修復市政設施的必要性

排水市政設施耐久性方面的缺陷隨著時間的推移逐漸地暴露出來，管道(箱涵)內(nèi)部腐蝕較為普遍，尤其是重力流管涵存在氣相空間的內(nèi)頂部，受硫化氫氣體腐蝕的情況最為嚴重。

當腐蝕程度較輕時，僅腐蝕混凝土保護層，未發(fā)生鋼筋銹蝕，管道總體情況仍處可控的安全狀態(tài)。僅在局部區(qū)域(如，地面荷載較大、鄰近工程施工影響及管道自身存在缺陷等的情況下)，會發(fā)生小范圍低程度的隱患情況，如，點狀、線狀的開裂或破損。由于管道內(nèi)無壓，地下水會向管道內(nèi)滲入。由于破損較輕，滲入水量較小，地面無明顯征兆。因此，除內(nèi)部排查外，此類情況一般較難被發(fā)現(xiàn)。當腐蝕程度較重時(管節(jié)內(nèi)鋼筋發(fā)生銹蝕、斷裂)，管道就處于不可控的不完全狀態(tài)了。管節(jié)鋼筋腐蝕后，管節(jié)僅靠未腐蝕部分混凝土及鋼筋承載，結構承載力大幅降低，在地面各類震動、加載、卸載等各種外部因素的誘導下，極易發(fā)生管道整體垮塌，將造成非常嚴重的事故，危及排水管線的運行及周邊環(huán)境的安全。一般來說，管道垮塌將經(jīng)歷地面沉降、開裂及塌陷等的過程，但整個過程有時會在較短的時間內(nèi)突發(fā)，很難在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)，也僅能通過系統(tǒng)的內(nèi)部排查，及時掌握管道腐蝕情況，盡早進行修復。

由于各條管線多位于市中心，一般情況下無可開挖的外修條件，且考慮到修復的效果，通常宜在管道內(nèi)部進行修復，但是往往內(nèi)部修復牽涉到運行配合等，如無運行工況條件，開挖施工影響又大，只能權衡利弊選擇最為合理的方式修復。

1.2 導致市政設施滲漏的原因

排水管網(wǎng)經(jīng)過長時間的腐蝕和過久的使用,包括管道中一些垃圾的堆積,以及水中的一些酸堿度等的影響，會導致地下管道慢慢被腐蝕，然后逐漸出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象。這是一種相對來說比較正常的現(xiàn)象,因為管道和井在長久使用很多年之后，都會存在漏水的情況。而且在城市發(fā)展過程中,高層建筑、地鐵工程，包括市政工程中的市政管道穿越、深基坑開挖或者樁基施工等都會引起周圍地基中地下水位和應力場的改變,導致周圍土體的變形,從而對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。尤其需要重視的一個問題就是土體的側向位移對其周圍樁基產(chǎn)生不利影響,土體在周圍的側向位移往往會導致周圍樁基在施工過程中產(chǎn)生側向位移與其他附加的應力與彎矩,甚至有可能會直接導致市政設施的結構性損壞。

1.3 排水公司市政設施的現(xiàn)狀

根據(jù)上海市排水管理條列(2010年9月17日修正)《市和區(qū)、縣排水管理職責分工暫行規(guī)定》(滬水務[2002]77號)和《關于本市排水管道運行養(yǎng)護維修分工的實施意見》(滬水務[2005]212號)規(guī)定,排水公司所管理的污水管網(wǎng)分別為市屬市管公共排水系統(tǒng)內(nèi)的污水輸送干線(合流一期,污水二期(含南線東段),污水三期,南干線,(新)西干線,合流一期支線中穿越蘇州河的倒虹管(包括河道兩側的倒虹井、檢修井等,共10條)。上海市共有合流一期、污水二期、污水三期、西干線四大支流的污水運輸干線,總長近218km(其中包含的附屬設施:閘門井、閥閥口口洞洞、透氣井、倒虹管等),同時兼管蘇建六支流等其他支流約200km。市屬排水公司與各區(qū)地方水務(排水)以主干管連接第一口接入井為界限,接入井上游為區(qū)排水養(yǎng)護管理?？傞L近218km(包含附屬設施:閘門井、閘閥井、透氣井、倒虹管等),同時兼管蘇建六支流等其他支線約200km。市屬排水公司與各區(qū)地方水務(排水)以主干管連接第一口接入井為界限,接入井上游為區(qū)排水養(yǎng)護管理。

2 損壞情況及修復方法和建議

2.1 檢查井收口處滲水

檢查井是通過燒結實心磚堆砌及水泥抹面組裝而成,自身密封性一般，對于各種酸堿性物質(zhì)的防腐蝕和抵抗作用效果也不佳,由于其本身屬于高度剛性的構筑物，其承受壓力的能力比較好,但是當建筑中產(chǎn)生土壤沉降或者發(fā)生地質(zhì)災害時往往會導致井體發(fā)生崩塌。之前的鍍鋅鋼管排水系統(tǒng)給水管因內(nèi)壁有大量結垢,生銹而直接引起地下水質(zhì)“二次污染”,現(xiàn)在的排水系統(tǒng)管道大都被稱為鋼筋混凝土管，屬于雙臂纏繞式排水系統(tǒng)管與磚砌井，鋼筋混凝土井之間的連接方式屬于高度剛性的連接,不能均勻進行沉降,連接處很容易發(fā)生開裂而造成縫隙,從而導致大量地下水直接滲透到井體內(nèi)。如圖1所示。

圖1 管道接口修復

2.2 檢查井內(nèi)部漏水

檢查井內(nèi)部有地下水滲漏的問題，主要表現(xiàn)在檢查井底滲漏與檢查井及管道接口處滲漏。沿江路位于江邊,地表水豐富,土體密實性較差,檢查井滲漏造成污水和地表水相互連通。為了確保該管道能正常使用,并且不發(fā)生地表水和污水串流的問題,應盡快采取有效措施,修復有問題的檢查井。

對檢查井具有滲漏的地方,由人工在檢查井內(nèi)部采用聚氨酯實施嵌縫堵漏后,進行注漿加固檢查井周邊土體,砌筑流槽,再進行砂漿找平處理,涂抹底涂,最后實施光固化內(nèi)襯修復。此工藝具有見效快，對周邊環(huán)境影響小的優(yōu)點。

注漿漿液的擴散范圍一般為注漿管外各邊，考慮到在井內(nèi)注漿過程中,滲漏處會受到注漿的壓力而使得漿液回流到檢查井內(nèi)部,因此必須先對檢查井滲漏處實施聚氨酯封堵止水處理。這樣即對檢查井周邊土體進行了加固,同時確保了注漿不會對檢查井造成損壞。

為了確保光固化材料和井壁的貼合性良好,在對井壁砂漿進行找平和清除處理后,在井壁上抹一層防水底漆,確保井壁在潮濕的環(huán)境中可以直接進行光固化施工,且不會影響到施工質(zhì)量。該施工采用紫外燈照射樹脂材料,使其固化,不產(chǎn)生廢水、廢料,對環(huán)境無影響。固化后材料近透明狀,肉眼可確定固化效果。對固化效果不良的地方,可復照,保證施工質(zhì)量。(如圖2、圖3、圖4所示)且不影響施工質(zhì)量。為確保檢查井的修復效果,根據(jù)以上因素進行綜合考慮,對檢查井加設流槽,防止井底和管口的滲漏,最后采用光固化內(nèi)襯對檢查井進行加固防腐修復。

2.3 管道或箱涵漏水(可內(nèi)修)

根據(jù)現(xiàn)場探查箱涵內(nèi)損壞的程度尺寸，配合進行鋼內(nèi)襯制作,同時針對損壞處堵漏后的情況,采用每孔箱涵損壞處一周加固鋼內(nèi)襯,寬度大于裂縫,采用二

圖2 光固化后的井壁

圖3 光固化后的井壁

圖4 光固化后的井壁

片加止水帶安裝,采用柔性接頭,具有一定的伸拉性,起到再次開裂也確保不漏水的作用。因此在箱涵裂縫接頭處采用304不銹鋼做壓板和氯丁橡膠作止水襯墊,并用化學螺栓固定在井壁上。在箱涵內(nèi)開裂損壞處全部堵漏完成后,對損壞裂縫處進行鋼內(nèi)襯襯托安裝。鋼內(nèi)襯尺寸和制作由制作單位專業(yè)制作,采用不銹鋼板做壓板,每條裂縫內(nèi)采用二塊鋼板做壓板(80*10*2片),內(nèi)墊采用10mm*270mm氯丁橡膠做襯墊,并用M12不銹鋼螺栓固定在箱涵上，這樣可達到襯托作用,即使開裂也不會漏水。在鋼內(nèi)襯安裝完成后,用環(huán)氧樹脂均涂一次,避免鋼內(nèi)襯和管壁接頭處被污水侵蝕造成腐爛，達到長期堵漏加固效果。鋼內(nèi)襯安裝的效果有助于管裂支撐處柔性接頭,氯丁橡膠墊拉伸率比較好、耐腐,箱涵再度開裂也不會產(chǎn)生漏水，能達到止水的效果。如圖5、圖6所示。

根據(jù)現(xiàn)場深陷的洞孔和箱涵損壞的情況,箱涵裂縫處周邊土體流失松動,在箱涵內(nèi)堵漏修復完成后,有可能土體松動會造成再次沉降,因此需要對箱涵損壞區(qū)域進行充填,增強土體的密實度和承載力。選擇

圖5 內(nèi)修伸縮縫

圖6 內(nèi)修伸縮縫

采用黃沙充填,讓黃沙隨著流體充填土體空隙區(qū)域,慢慢充實,讓黃沙充填后提高土體承載力,減少土體空隙比,然后再對沉降區(qū)域用黃沙回填夯實。

2.4 管道或箱涵漏水(外修三面)

施工步驟：基坑開挖圍護—漏水點引流—變形縫清理及嵌縫—澆筑墊層混凝土—種植及綁扎鋼筋—砼澆筑—安裝止水帶—砼二次澆筑—回填及綠化種植。整個施工過程中，對橋梁和箱涵進行沉降監(jiān)測。

第一,圍護結構完成后，對箱涵上部及箱涵兩側土方進行開挖，開挖面以箱涵中心線分兩段分別開挖，每段開挖時，需停止輸送。

第二,當開挖箱涵挖至漏點處，對漏點進行臨時封堵，封堵材料采用油浸麻絲或快速水泥，如果水流較大，采用安裝導流管后注入聚氨酯進行封堵。如圖7所示。

第三,箱涵底部處理。基坑開挖后，立即對箱涵兩側圍護基坑底部澆筑壓水砼，澆筑厚度為0.8m混凝土C20，止水帶安裝完成后再澆筑0.2m封止水帶混凝土。

第四，滲漏點臨時處理。箱涵維修時，需清理原伸縮縫，對漏水處縫隙進行初步封堵。

第五，箱涵結構修復。本次箱涵伸縮縫的修復,采用外部修補的方法對泵房池壁、箱涵頂部及兩側進行了維修,在泵房池壁、箱涵外部進行維修,澆筑混凝土結構(C30,s6抗?jié)B),中間預留5cm的伸縮縫,再用不銹鋼板固定一條橡膠止水帶,并在內(nèi)部預留一根注漿管,再向伸縮縫內(nèi)部注入聚氨酯,墻體與伸縮縫維修墻體的連接方法采用螺紋鋼14植筋@15cm如圖8所示。

承插式中線修復方案：中線箱涵完全縫(伸縮縫)采用的是承插式設計，修復方案采用在原來完全縫位置的頂部及兩側外包混凝土加固體的形式加固，加固體在強化止水的基礎上須保留原接縫伸縮的功能。

本次箱涵修復的具體做法,如圖9所示。

圖7 箱涵外修止水帶

圖8 箱涵外修止水帶

圖9 中線箱涵加固平面圖

2.5 管道或箱涵漏水(外修四面)

由于目前所掌握的修復方案限制于箱涵三面，對于底部的修復采用的是內(nèi)水壓平衡，運用高壓旋噴樁或者MJS工法阻止底部水體滲漏，但實際上往往是底部最需要止水，大量的污水滲漏對于箱涵地基影響頗大，帶走地面流沙層，直接影響土體承載力，間接導致管道或箱涵傾斜。

第一步，在箱涵兩側沿著伸縮縫兩邊開挖至管道底標高2m，之后三邊形成圍護樁，圍護樁內(nèi)側做頂管工作墻，底部封底后形成小型頂管始發(fā)井。

第二步，在箱涵另一層沿著伸縮縫開挖至管底標高，同時形成頂管接收井(上述步驟如若節(jié)約成本且開挖深度小于5m時可采用搖管施工。搖管施工中所采用的是鋼制護筒，自重較輕，且采取的是先搖管后出土的施工方法，所以不會出現(xiàn)類似的突沉現(xiàn)象)。

陪同我們參觀的巴茲爾先生還講了一段小掌故，當年蒙古國有關方面提出要贈捐渥巴錫紀念碑雕像給卡爾梅克共和國，希望安置在共和國首府埃里斯塔。幾經(jīng)討論，最后市府同意安置在首府，但不是在市中心廣場，而是選擇較為偏僻的市郊一工業(yè)區(qū)的綠地上。

第三步，搖管機將鋼筒安裝至設計標高后，采用挖掘機將鋼筒內(nèi)的土取出，取土結束將井內(nèi)滲水抽干后立即采用C35砼封底，厚度為100cm。

工作坑放樣→搖管機安裝→鋼筒焊接沉設→開挖封底，如圖10所示。

圖10 搖管法施工工作井

隨后采用微型頂管二次工法施工。

頂力計算，通常確定機械頂管總頂力，使用經(jīng)驗計算如式(1)。

F=πDoLfk+Nf

(1)

而，

F—總頂力(kN);Do—管道外徑(m);Dg—頂管機外徑(mm);L—頂距;fk—管道外壁與土的單位面積平均阻力(kN/m2);Nf—頂管機的迎面阻力(kN);P—土倉壓力(kN/m2)。

工作坑底板澆筑完成后，首先安裝頂管后背。

微型頂管配套工作坑一般需要兩座,推進坑與接收坑各一座?？拥撞捎?m厚鋼筋混凝土作基坑底板,預留深50cm的集水坑一座;機械頂管井壁的后背是鋼筒井;頂進坑后背部與機臺間隙用三角鐵焊接加固后方可進行頂管澆筑;后背墻采用鋼筒,安裝時在鋼筒的中心和頂進管路之間的軸線應調(diào)整好,避免造成偏心或者受壓。推進式機臺,基地底座,激光經(jīng)緯儀。按照管道的中心軸線分別安裝了推進式機臺的底座和發(fā)動機,并在上方安裝徠卡導向儀。三次開孔,分別為導向孔、黑管孔、管道孔;開孔后安裝鏡面框進行止水止泥。先將先導管按照自動激光導向經(jīng)緯坡度儀所指示設定的激光坡度頂端放進激光接收器電井,卸下激光導向連接頭,開始與黑先導管進行連接。卸下導向頭,開始連接黑管,頂進黑管。在坑內(nèi)安裝簡易柴油機頭,黑色水管先從頂端全部進入帶有接收洞的坑后,然后把簡易柴油機頭全部進行安裝好,徐徐地將其推進洞內(nèi),待簡易柴油機頭全部安裝推進接收洞后,安裝簡易柴油機頭時所使用的黑管是各種液壓上排油管和各種高壓下排水管。黑管、簡易機頭拆除。在對新型頂進式信號機頭的一次推進中,在信號接收器基坑內(nèi)部部分進行了黑色導管的重新拆除。樹脂頂壓混凝土輸油管線在進行頂壓推進頂出工作的運行過程中,各個環(huán)節(jié)輸油管線都根據(jù)需要對每個油缸的液壓推進和油缸回縮,安裝一個大型液壓傳動油管和一個小型高壓油管排污器。頂進深約1m的微波接收站基坑內(nèi)部施工拆掉了一個出土外管,依次一個循環(huán)地連續(xù)完成了整個出土頂管的內(nèi)部施工。

管線按設計的長度進行施工,在接收坑內(nèi)的機頭就可以進入。卸下管線出土機頭,此段管線頂部完成。管道頂進完成后,用水不漏堵封管壁,防止?jié)B漏泥漿，如圖11所示。

圖11 箱涵底部修復方法

在頂管完成后，在底部注漿孔四周注漿，壓力控制在0.2MPa左右，在頂管孔的上部用M14@200螺栓相連與箱涵底部并在箱涵伸縮縫底部加固，具體如圖12所示。

圖12 箱涵底部修復方法

3 結論與建議

對比國際上市政科學技術的應用,我們?nèi)匀贿€存在以下幾個主要方面的差異。

(1)在應用場景領域存在差距。環(huán)保應用方面(通過監(jiān)測與處置水污染),降水工程應用方面(水平孔降水比垂直洞優(yōu)于水平洞,在建筑地鐵或深基坑時)。

(2)在非開挖設備的多功能性方面之間存在差距。例如，一臺引導式鉆機可以去除各種巖石、土質(zhì)、復雜的地層、冷凍區(qū),既能進行鋪設,也能夠修復管線。

(3)在施工過程中的許多工藝手段方面存在差距。一臺成熟可靠的導向式鉆機,既可以通過常規(guī)噴射鉆入、泥漿流體循環(huán),又可采用空氣潛孔錘硬巖鉆入、泥漿硬巖鉆入、液動沖擊回轉(zhuǎn)硬巖鉆入和齒輪鉆頭、刮刀鉆頭、雙管套管鉆入等。

(4)在大、超大型引導式鉆井裝置制造上有差異。目前這些類型的設備基本上都依賴于進口,只有中、小型設備才可以獨立進行。

(5)企業(yè)高層次的研發(fā)能力與組織上有著較大的差距。其中包括技術上的高級專家、帶頭人尤其是實踐者為數(shù)不多,創(chuàng)新成果仍然較少。鑒于市政建筑物修復技術已經(jīng)被認為是國際上一項較成熟的技術,主要解決了結合城市建設而推廣使用的問題。