新舊污水井的不停水快速接駁施工

葉銳聰

廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510620

目前國內(nèi)市政管道施工過程中，新建污水管道往往需要通過接駁施工與既有污水管道進(jìn)行連通，管道駁接一直都是市政管道施工的重難點(diǎn)。特別是污水主次干管之間的接駁施工，由于既有污水主管內(nèi)的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、管道埋置較深、污水流量大、流速快等特點(diǎn)，給管道駁接施工帶來了很大難度及質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)[1-4]。一般污水管道接駁施工，有2種常用工藝：

1）利用既有污水管的既有污水井作為接駁目標(biāo)井，水下用氣囊封堵目標(biāo)井上下游，過程中持續(xù)調(diào)排的方式，實(shí)現(xiàn)接駁目標(biāo)井?dāng)嗔?，形成干作業(yè)環(huán)境，新建污水管道直接接入目標(biāo)井，如圖1所示。

圖1 利用既有污水井作為接駁井

2）在既有污水管上新建騎馬井作為目標(biāo)井，新建污水管道以頂管或是明挖的方式接入，最后以水下破除既有污水管的方式完成接駁施工，如圖2所示。

圖2 新建騎馬井作為接駁井

2種接駁工藝在市政管道施工過程中使用較多，但都具有自身的局限性。

采用既有污水井接駁工藝的缺點(diǎn)有以下3個方面：

1）污水調(diào)排工程量大，購置水泵、調(diào)排管道等一次性投入大。

2）施工場地如在市區(qū)內(nèi)，污水調(diào)排工作不便于開展；若調(diào)排水泵規(guī)格型號與市政管道流量不匹配，易造成積淹。

3）臨時(shí)封堵一般采用氣囊水下封堵，封堵后接駁目標(biāo)井上下游水位高差大，氣囊存在爆裂風(fēng)險(xiǎn)，井內(nèi)作業(yè)人員安全無法保證。

采用新建騎馬井接駁工藝的缺點(diǎn)有以下2個方面：

1）既有污水管道的位置往往不能準(zhǔn)確定位，騎馬井的位置不好把握。

2）新建騎馬井必須將既有管道的一部分包含在內(nèi)，同時(shí)保證新建管道有足夠的作業(yè)空間，這樣造成騎馬井的尺寸相對較大，施工周期變長，成本較大。

1 工程概況

海珠生態(tài)城內(nèi)流域河涌治理工程（一期）廣州大道東側(cè)污水主干管工程施工項(xiàng)目位于廣州市海珠區(qū)，施工內(nèi)容為管道敷設(shè)（其中部分管道采用頂管法施工）及附屬構(gòu)筑物等的施工，工程實(shí)施過程中涉及市政工程路面修復(fù)等。管道管徑為d800～d2 000，長3 770 m，管道埋深5.06～8.89 m，新建污水主干管與現(xiàn)狀污水管接駁點(diǎn)位于南洲路轉(zhuǎn)入廣州大道（城市主干道）匝道位置，現(xiàn)場交通繁忙，污水主干管直徑達(dá)到3 m，污水量大，污水井離商鋪及居民區(qū)較近，現(xiàn)場施工場地狹小，現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復(fù)雜，存在10 kV電纜和通信管線。

2 地質(zhì)情況

地面以下土層為雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂層、細(xì)砂、粗砂層等軟弱土層，場地地勢低平，為地下水和地表水徑流排泄區(qū)，場地地下水類型主要為賦存于第四系填土層中的上層滯水、第四系砂土中的孔隙潛水、承壓水。根據(jù)鉆孔終孔24 h后觀測，場地地下水位隨地形變化而變化，地下水混合穩(wěn)定水位埋深一般為1.40～3.00 m。地下水位變化幅度一般為0.50～2.00 m。本場地地下水位淺，根據(jù)觀測，初見水位與混合穩(wěn)定水位相差不大。

3 施工現(xiàn)場情況

施工范圍在南洲路轉(zhuǎn)入廣州大道（城市主干道）匝道位置，交通繁忙，污水井離商鋪及居民區(qū)較近，現(xiàn)場施工場地狹小，現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復(fù)雜，存在10 kV電纜和通信管線，且遷改難度大。

4 不停水快速接駁原理

4.1 預(yù)封堵原理

1）預(yù)封堵方案是在舊污水井接駁口一側(cè)安裝弧形閘板，弧形閘板的兩垂直長邊緊貼檢查井壁。弧形閘板安裝前，弧形閘板兩側(cè)長邊及底部范圍包裹棉絮層，可有效提高閘板與井壁的貼合度，有利于降低由于井壁不平整造成的滲漏，形成低滲透和第1道防滲層?；⌒伍l板頂部做潤滑處理，采用2臺離心式抽水機(jī)對閘內(nèi)進(jìn)行抽水處理，頂部反套加厚帆布袋后澆筑混凝土，袋裝輕質(zhì)混凝土順利填充滿弧形閘板內(nèi)部，形成最終防滲層（圖3）。

圖3 弧形閘板＋輕質(zhì)混凝土預(yù)封堵處理

2）弧形閘板緊貼檢查井壁及井底安裝，形成自上而下的封閉空間，封邊的棉絮既能提高閘板與井壁、井底的貼合度，又可有效增強(qiáng)抗?jié)B效果。袋裝水泥混凝土澆筑時(shí)，部分細(xì)砂及水泥漿會滲出布袋，由于棉絮層弧形閘板受擠壓后，空隙減小，細(xì)砂無法通過，只能堆積于棉絮層外部與水泥漿共同作用，構(gòu)筑成類似于纖維混凝土的防滲結(jié)構(gòu)，既確保了袋裝輕質(zhì)混凝土的質(zhì)量，又提高了抗?jié)B效果（圖4）。

圖4 弧形閘板＋袋裝輕質(zhì)混凝土預(yù)封堵處理

3）污水井內(nèi)水位高，水壓大，即使對弧形閘板進(jìn)行了防滲處理，也難以完全抽干內(nèi)部污水，如果對弧形閘板內(nèi)部直接澆筑混凝土，底部混凝土很容易離析，接駁管道很容易發(fā)生強(qiáng)滲漏。采用水下混凝土澆筑施工工藝，很難實(shí)現(xiàn)超灌，頂部混凝土質(zhì)量無法保障，且污水井接駁后，鑿除混凝土很困難。采用弧形閘板套布袋澆筑輕質(zhì)混凝土的施工方法，布袋可有效包裹新澆筑的輕質(zhì)混凝土，避免水泥砂漿流失，由于混凝土自重大，澆筑過程中可迅速把閘板內(nèi)的積水排出，布袋始終隔斷著水與混凝土，澆筑過程結(jié)束，水被徹底排出。最后弧形閘板與輕質(zhì)混凝土形成雙重結(jié)構(gòu)剛性自防水體系，水泥砂漿滲透布袋和封邊棉絮形成半剛性纖維結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)細(xì)部防水效果。

4）弧形閘板的曲面設(shè)計(jì)，可有效降低其對流水的阻力，整個施工過程對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的影響非常小。在動水條件下，流水作用在弧形閘板的力可分解為2個方向的力，分別平行于水流方向和垂直于水流方向，垂直水流方向的力順著弧形閘板傳遞到弧形閘板的長邊，使得封邊的棉絮被擠壓得更密實(shí)，增強(qiáng)弧形閘板與井壁的防滲效果，其產(chǎn)生的水平力，可通過預(yù)先對水流方向的判斷，讓弧形閘板的另外一邊緊貼水流反方向的井壁，或通過增加型鋼支撐，把水平力傳遞給檢查井，抵消其不利影響。在靜水條件下，水平力可互相抵消，垂直方向的力可提高防滲效果。

4.2 快速接駁原理

快速接駁是通過在現(xiàn)狀污水井旁安裝小型鋼沉箱接駁井＋短距離敞開式頂管實(shí)現(xiàn)，與一般鋼筋混凝土沉井相比，鋼沉箱薄壁，有利于下沉，鋼內(nèi)支撐施工方便快捷，可預(yù)制加工，整體性好，可焊接接長，具有施工速度快、抗?jié)B效果好的優(yōu)點(diǎn)。為了降低施工過程對現(xiàn)狀污水井的影響，預(yù)封堵用的弧形閘板封堵范圍比較小，直接在污水井旁新建接駁井，采用短距離的敞開式人工頂管接駁，可準(zhǔn)確到達(dá)接駁預(yù)封堵位置，并可避免長距離頂管因輕微偏移而導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)接駁的情況發(fā)生。

4.3 鋼套管防滲接駁原理

防滲接駁主要是通過雙鋼管內(nèi)澆筑微膨脹混凝土實(shí)現(xiàn)，頂管采用φ2.5 m鋼管，接駁采用φ2 m鋼管，φ2 m鋼管安裝完畢后，把2根鋼管之間的空隙用微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑封堵。由于鋼套箱接駁井工作面很小，無法整節(jié)安裝接駁管，必須采取分段頂進(jìn)，分段焊接接長，管道底部外側(cè)無法施焊，焊接質(zhì)量無法保障，且在頂進(jìn)安裝過程中，由于擠壓外力及頂管等原因，有可能造成焊接的地方出現(xiàn)破壞導(dǎo)致滲漏。因此φ2.5 m鋼管頂進(jìn)到位后，再分段焊接安裝φ2 m鋼管，由于后安裝的鋼管并未固定卡死，可以對鋼管內(nèi)外進(jìn)行焊接處理及檢查確保焊接質(zhì)量，最后在2根鋼管之間澆筑微膨脹混凝土，形成雙鋼管混凝土防滲體系，達(dá)到防滲目的。

5 方案實(shí)施

5.1 舊檢查井頂板開口

根據(jù)施工方案對施工區(qū)域進(jìn)行圍蔽，利用貝雷架對現(xiàn)狀地下管線進(jìn)行暴露及保護(hù)，破除舊污水井范圍內(nèi)的路面，分層開挖至檢查井頂板，拆除檢查井筒及連接污水管，先用水磨鉆對舊檢查井頂板進(jìn)行定位開孔，利用繩鋸切割頂板進(jìn)行局部開口，切口大小為4 m×6 m矩形。

5.2 弧形閘板安裝及預(yù)封堵處理

施工流程及方法如下：測量放線→工廠預(yù)制弧形閘板→舊污水井蓋板鉆孔、繩鋸切割、吊裝→弧形閘板安裝，加固→輕質(zhì)混凝土澆筑。

現(xiàn)狀南洲路污水主干管長期處于高水位運(yùn)行狀態(tài)，不具備停水接駁的條件。在檢查井內(nèi)安裝弧形閘板，利用弧形閘板將舊井空間一分為二，讓一邊保持正常水位運(yùn)行（動水），一邊形成封閉區(qū)域。考慮接駁管為φ2.5 m鋼管，為降低安裝誤差造成的滲漏風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)封堵的袋裝混凝土厚度需準(zhǔn)確控制并最大限度降低對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的運(yùn)行影響。預(yù)制鋼制弧形閘板弦長按3.5 m，弧長4.14 m，半徑為2.1 m，開口角度為113°設(shè)計(jì)，同時(shí)安裝在接駁口一側(cè)，緊貼檢查井井壁及底部，弧形閘板周邊用棉絮封邊處理，提高抗?jié)B效果，安裝及加固完畢后，抽干閘板內(nèi)污水，然后用防滲布袋套在弧形閘口，快速澆筑輕質(zhì)混凝土，利用袋裝混凝土自重?cái)D出弧形閘內(nèi)積水，達(dá)到接駁口預(yù)封堵處理目的。

5.3 旋噴樁加固

鋼沉箱周邊土體主要是雜填土、淤泥質(zhì)細(xì)砂層及細(xì)砂層為主，必須提前進(jìn)行加固施工，包括沉井底部及周邊加固，基底加固可以防止沉井下沉，周邊加固可以防止開孔后水流入沉井內(nèi)部，鋼沉箱與舊結(jié)構(gòu)連續(xù)墻之間旋噴樁加固置換中間土體，舊結(jié)構(gòu)連續(xù)墻與舊檢查井之間旋噴樁加固置換中間土體，防止在頂管過程中土體松散掉落。鋼沉箱加固采用φ600 mm旋噴樁雙管旋噴樁作止水樁，旋噴樁抽芯檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)范要求后，逆作法井才能進(jìn)行施工。旋噴樁采用XPB-20旋噴機(jī)作業(yè)。

5.4 鋼沉箱接駁井施工

鋼沉箱施工流程：管線調(diào)查及保護(hù)→開挖→工廠預(yù)制鋼沉箱→基地及周邊旋噴樁紅加固→沉井下沉→沉井接長→封底→鋼沉箱內(nèi)支撐安裝。

在舊污水井旁預(yù)制安裝鋼沉箱作為接駁井，超短距離敞開式人工頂管實(shí)現(xiàn)新舊污水管道的快速接駁施工。根據(jù)場地實(shí)際情況，鋼沉箱截面采取梯形設(shè)計(jì)，梯形長4 m，寬1.5 m，高3.5 m，分2節(jié)預(yù)制加工，單節(jié)長度5 m。鋼沉箱一體性好，抗?jié)B效果佳，現(xiàn)場分段開挖，分節(jié)下沉，分節(jié)安裝，可通過現(xiàn)場焊接快速接長，實(shí)現(xiàn)連續(xù)下沉，利用鋼沉箱的井壁薄的優(yōu)點(diǎn)，利于破土順利完成沉箱下沉。鋼沉箱距離檢查井內(nèi)井壁只有1.7 m，主要施工難度是要通過2層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分別是厚0.6 m的污水井外井壁及厚0.3 m的檢查井井壁，利用水磨鉆打孔，分塊解小，鋼管分段頂進(jìn)，分段焊接安裝接長的方法，直至穿越檢查井壁到達(dá)袋裝混凝土位置實(shí)現(xiàn)接駁目的。

現(xiàn)場施工條件有限，110 kV電纜無法遷移，周邊房屋密集而且距離基坑邊較近，現(xiàn)場選用鋼沉箱作為沉井施工。一方面能利用其小空間，對周圍環(huán)境影響小，另一方面能利用鋼沉箱的破土能力順利完成沉箱下沉。

5.5 新舊污水井不停水接駁施工

不停水接駁施工工藝流程：測量放線→鋼沉箱開孔→φ2.5 m鋼管頂進(jìn)→水磨鉆打孔鉆進(jìn)連續(xù)墻→鋼管頂進(jìn)穿越連續(xù)墻→鋼管頂進(jìn)至舊檢查井→水磨鉆打孔鉆進(jìn)檢查井→鋼管頂進(jìn)至輕質(zhì)混凝土→φ2.5 m套管內(nèi)安裝φ2 m鋼管→內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工→拆除弧形閘板及輕質(zhì)混凝土→通水。

鋼沉箱下沉到位后采用混凝土進(jìn)行封底處理，測量定位確定接駁位置，進(jìn)行氧割開孔后，先用水磨鉆在舊污水井井壁試打孔，確定沒有水流出后繼續(xù)鉆進(jìn)，水磨鉆機(jī)環(huán)形打孔直徑達(dá)2.5 m，鉆通后可以采取風(fēng)鎬或水磨鉆十字分塊解小后外運(yùn)，每鉆進(jìn)1層鋼筋混凝土后安裝鋼管套管，套管為工人工作提供足夠的工作空間，確保安全施工。重復(fù)水磨鉆打孔→安裝套管施工至輕質(zhì)混凝土面。

6 結(jié)語

隨著地下工程的迅速發(fā)展，本技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件的新舊污水管段接駁施工中的應(yīng)用必定會更加受青睞，該成功經(jīng)驗(yàn)可為類似工程施工提供借鑒，對污水管網(wǎng)施工技術(shù)的發(fā)展有較大促進(jìn)作用。