高压污水管的不停产接驳施工技术研究.pdf

工程技术与应用 642023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：市政雨污分流是环境可持续发展的重点建设项目。文章依托广东中开高速公路污水管迁改工程，该工程将顶管施工技术和沉井施工技术相结合，形成一套高压污水管的不停产接驳施工技术，详细分析该施工技术流程和要点，然后从社会效益、经济效益和安全性三个方面对该技术的优势进行分析，以供参考。关键词：管道接驳；不停产施工；水下封堵；绳锯切割；沉井Abstract:Municipal rain and sewage diversion is a key construction project for sustainable environmental development.Relying on the sewage pipe relocation engineering of Guangdong Zhongshan-Kaiping Expressway,which combines pipe jacking construction technology with caisson construction technology to form a set of non-stop connection construction technology of high-pressure sewage pipe,the construction technology process and key points are analyzed in detail,and the advantages of the technology are analyzed from three aspects of social benefits,economic benefits and safety for reference.Key Words:pipe connection;non-stop construction;underwater plugging;wire saw cutting;open caisson分类号：TU992.051 工程概况广东中开高速公路岐江河大桥主桥墩下方存在一条 DN2000 mm 污水管需要进行迁改，该管道日排水量在 120 000 150 000 m3，埋深 8 9 m，迁改长度约182 m，设计 2 座 7 500 mm 工作井，两座 5 500 mm高压污水管的不停产接驳施工技术研究叶先鸿中国水利水电第十六工程局有限公司基础设施分公司，福建 福州 350001Research on Non-stop Connection Construction Technology of High-pressure Sewage PipesYE XianhongInfrastructure Branch of Sinohydro Bureau 16 Co.,Ltd.,Fuzhou 350001,Fujian,China021.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.接驳井。迁改的高压污水管道距离河岸不足 100 m，地下水位高且地质多为软弱土层。需要在不停产、不封堵、不破坏现有管网的情况下进行施工；旧管修筑年限较长，管道老化，在沉井施工时还需要确保旧管不漏水，管口不发生移位。故接驳井采用逆作沉井方法施工，新建管道采用顶管施工技术，在不停产的情况下进行管道迁改接驳。如何保证在污水厂正常运营，管道排水的情况下进行迁改接驳是施工的难点，也是文章论述的重点。2 高压污水管的不停产接驳施工方案与原理解决污水管道在正常运行的情况下进行迁改接驳需要保证施工过程不破坏现状管道。设计在旧管正上方采用逆作法技术修建直径大于管道的沉井，将旧管道包含在沉井内（该井作为接驳井）。采用顶管技术新建一段排水管，待新建排水管与新建的接驳井接通后采用绳锯法切除接驳井室内的旧管，使其新旧管道连通，利用新管道引流，然后再封堵旧管道。此次高压污水管的不停产接驳施工将顶管施工技术和沉井施工技术结合运用。（1）顶管施工原理：在地面新建沉井，将其沉入地下，沉井作为工作的空间和接收的空间。管节从工作井下放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械顶进，带动管节向前行进，管节穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，完成管道的敷设工作。（2）沉井施工原理：将制作好的井室沉入地下，从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到作者简介：叶先鸿，男，本科，高级工程师，研究方向为路桥施工。工程技术与应用 65工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月设计标高，然后采用混凝土封底。沉井既可以作为基础使用，又可以作为施工时挡土和挡水的围堰结构物。顶管施工通常都采用沉井作为围护结构。目前沉井施工常采用的方法有顺作法和逆作法。3 高压污水管的不停产接驳施工流程与技术要点3.1 施工流程管道接驳施工流程如下：地基处理沉井施工（不排水下沉）封底顶管顶进接驳切割旧管封堵旧管井室周边回填。管道接驳平面示意图如图 1所示。旧管封堵水流方向水流方向接收井接收井旧管道顶管井顶管井图 1 管道接驳平面示意图3.2 技术要点3.2.1 沉井施工沉井施工一般分为顺作法施工和逆作法施工。逆作法沉井适用于地下管线较为复杂，无法进行机械大开挖沉井施工的地段，对地下管线保护性施工有一定优势。顺作法沉井对地质情况要求低，适用范围广，机械化程度高。此工程因接驳井下方有现状污水管，在接驳成功前需要保证管道正常运行，故接驳井采用逆作法施工，顶管工作井采用顺作法施工1。逆作法施工沉井需要在周围施工高压旋喷桩，高压旋喷桩作为止水帷幕及施工支撑，然后从上而下采用逆作分节施工井室直至施工到底板。管道能否实现不停产接驳，逆作沉井起到关键性作用。在逆作沉井过程中，对旧管进行高压旋喷加固及旧管井内悬挂保护工序最为重要。（1）旧管高压旋喷加固保护：旧管管顶 1 m 以下使用旋喷桩进行加固，逆作井井内管道周围采用桩径为 500 mm 的高压旋喷桩进行加固，逆作井井外同样采用高压旋喷桩止水护壁。井内高压旋喷桩起到固定旧管道及止水作用，防止开挖井壁土方时扰动旧管道，后期进行开挖井壁时逐层破除高压旋喷桩2。旋喷桩采用单管技术，桩与桩之间重叠 15 cm。（2）井内悬挂保护系统：接驳的逆作井是将旧管道包围在井内，当逆作井开挖至最后一米时，旧管道会悬空在底板上 50 cm，需要使用一套悬挂保护系统对旧管进行加固防止旧管道接口断裂。设计井口按照井字型布置 4 根 60A 工字钢，使用 4 根直径 30 mm 钢丝绳穿过旧管道，使得钢丝绳处于初始受力状态，吊起旧管道。每道钢丝绳上使用 4 个 20 t 手拉葫芦，每个手拉葫芦预加 8 t 拉力。底板浇筑完成后在旧管下方放置枕木与旧管下表面贴合，防止悬挂体系长时间受力变形导致管道下沉，造成接口断裂涌水3。3.2.2 顶管顶进施工新建管道采用顶管施工技术。顶管施工前先完成工作井和接收井的建造，包含有旧污水管的接收井不得作为工作井使用。顶管施工方法较多，目前一般多采用泥水平衡式顶管施工方法。泥水平衡的顶管掘进机是采用机械切削泥土，水力输送弃土，同时利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力。在进行顶管前需要计算出理论顶力。钢筋混凝土管顶管段顶管参数计算如下：F0=D1Lfk+Nf（1）式中：F0为总顶力标准值，kN；D1为管道的外径，m；L 为管道设计顶进长度，m；fk为管道外壁与土的平均摩阻力，kN/m2；Nf为顶管机的迎面阻力，kN。顶管施工采用全自动设备由专业操作人员，在地面控制室外内操作并仔细检测整个操作系统、观察掘进机内的土压、油压、激光束位置。顶管顶进过程中控制好轴线方向与姿态、顶力、高程等重要参数，同时要注意顶进排泥浆和管壁触变泥浆系统。排出的泥浆经过泥浆池沉淀后，再通过进浆泵送入顶管机泥水仓中，实现循环利用。顶管顶至接驳井后完成，在接收井封门破坏后掘进机头应迅速、连续顶进管节，尽快缩短出洞时间。掘进机整体进洞后应尽快把机头和混凝土管节分离，并按设计要求对管节和接收井的接头进行处理，减少水土流失。3.2.3 管道接驳施工逆作法施工沉井作为接驳井。接驳井的井壁开挖一节支护一节，每节井壁如竹节一样从地面向下施作。在开挖至管道顶面时需要特别注意观察旧管道是否有漏水或移位，这是不停产接驳最关键的环节，也是决定不停产接驳成败的关键因素。如果出现漏水，应及时采取措施进行修复，管节接缝的位置需要进行加固，防止在向下开挖过程中出现移位，管道污水喷涌进污水井内。在开挖时管道接口位置施作环向防水卷材，工程技术与应用 662023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究然后浇筑一层 30 cm 厚的混凝土，保证开挖暴露过程中不发生漏水和移位。沉井施工完成后进行封底4。新建管道顶进至新建接驳井后完成新管道接驳，机具设备从接驳井吊出仓。接驳后需要进行管道功能切换，废除旧管道，启用新管道。管道功能切换，应先切换下游管道，然后切换上游管道。切换管道涉及拆除接驳井内的旧管道，旧管道拆除采用绳锯法施工。在接驳井内预先将切割绳套在管道上，切割机摆放在井室外，一切准备就绪后再行切割。同时需要将吊车起吊绳套在管道，切割完旧管后可直接吊出管道实现管道切换。污水将顺流至新建的排水管内。新建管道正常排水后需要封堵旧管道。旧管封堵采用止水墙的方式进行封堵，旧管封堵时需要用气囊将旧管口临时封堵，防止灌注水下混凝土时流至井内。在临近旧管口位置开挖至管节上方，然后在旧管内灌注水下混凝土填充旧管道，填充长度为 3 m5。4 不停产顶管接驳施工技术优势分析工程设计采用顶管技术对城区的交通条件和环境状况基本无干扰，能够穿越地下构筑物和地下管线、公路、铁路、河道的特点，极大程度降低沿线的拆迁工作量，同时占地面积少，噪声和震动低，施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用。顶管施工技术主要适用于在市区交通量大的街道施工，现场没有空余场地或采用开挖深度较深的作业。不停产接驳技术采用沉井套管的形式可以解决在管道正常运行的情况下修筑接驳井，最后实现新建管与旧管道功能的切换。4.1 社会效益显著不停产顶管接驳施工对旧管道日常运行不产生任何影响，该技术适用于管道修复、翻新、局部迁改等。能够穿越地下构筑物和地下管线、公路、铁路、河道，极大程度上降低沿线的拆迁工作量，解决停产停水等带来的一系列问题。传统技术多为将旧管道的污水引排至附近其他管网，封堵上游管道再进行开挖接驳施工，不仅工期长而且对周边其他管网负荷大，容易产生超负荷涌水等现象，影响环境。4.2 经济效益提高不停产顶管接驳施工将工程施工由地面转入地下，避免了地面施工产生的大量场地占用，消除了对城市交通的严重影响，施工产生的振动、噪声、粉尘等也得到了最大程度的降低。新的施工技术将促进地下工程施工质量提升，社会效益和环境效益明显。该技术与同类地下工程的技术相比，工程的地面部分小，场地易于布量、工程进度快、干扰因素少。经济效益高，顶管施工与开挖深度 8 m 的管道施工进行成本比对，每延米节约造价约 2 100 元。4.3 安全性增强不停产顶管接驳施工技术实现人员在地面操作，机械化水平高，不需要工人在管道内工作，这样不仅消除了工人繁重的体力劳动，安全也有了足够的保证。避免因开挖深度深，危险暴露时间长。在接驳时只需要人工在地面切除旧管道，避免因密闭空间施工，通风不畅而造成中毒事件的发生，可有效保障人员生命安全。5 结论（1）逆作法沉井施工需要注意当地基承载力较差，在进行第二模、第三模的制作时，将会出现沉井所在周围土体下沉，这将引起井的不均匀沉降，从而影响下一道工序的质量。对此应早做预防，具体措施为在第一模井壁顶增设锚固钢筋，或在井壁边的土体周围插入钢筋以防止井壁在浇注后因自重增加而下沉。（2）顶管工程在条件允许的情况下，应尽量增加顶管的埋深，增加覆土重量，防止在顶管顶进过程中因覆土厚度不足导致顶管机姿态上偏，给施工带来较大的难度；同时埋深超过 8 m 的大直径顶管管道敷设相较于开挖施工更为经济。（3）不停产顶管接驳施工技术核心在于逆作法沉井施工过程对旧管道的保护和加固。沉井套住旧管道，保证旧管道的沉降在允许范围内，不出现井内漏水。新旧管道接驳成功后进行管道功能切换。新技术适用范围广泛，解决了新旧管更换、修复、局部迁改的难题。参考文献1 唐超.微型顶管在排水管道建设中的应用J.工程技术研究,2020,5(20):135-136.2 林永江,屈新龙.非开挖微型顶管法在污水管道施工中的应用J.施工技术,2018,47(S4):1528-1530.3 牛运君.微型顶管技术在非开挖污水管线施工中的应用J.建筑技术,2018,49(11):1216-1217.4 李育强,潘喜峰,朱能发.综合探测方法在顶管定位中的应用J.城市勘测,2021(1):172-175.5 项婉,刘仰鹏,阎岩,等.顶管下穿既有热力隧道的影响分析J.区域供热,2019(6):74-82.