既有工作井內續建接入大型排水管道施工技術

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市虹梅南路高架合流污水改造W1標φ2 000 mm污水頂管需接入秀水苑6 層居民樓小區邊的工作井內，管道埋深9.68 m。工作井為穿越上海重要內河淀浦河的污水總管檢查井，井位無法變動，且滿水運營。原設計方案為緊貼工作井設置一座鉆孔樁圍護、高壓旋噴樁止水的外包井（圖1），但外包井緊貼居民樓，居民強烈反對，無法實施。通過對技術方案的優化，采用地下對接的方式，使新建管道與工作井順利連接，且不影響周邊居民生活。

圖1 頂管接入工作井原設計方案

2 頂管與工作井地下對接

為盡可能地減少施工對小區居民的影響，我們優化了施工方案，具體情況如下：

將頂管頂至設計位置，緊貼現狀頂管接收井，報廢頂管機頭，取出機頭內的刀盤等設備，利用頂管機頭外殼作為外模，內部澆筑與頂管接平的鋼筋混凝土[1]。

1）機頭采用特殊加工處理，機頭頂部設計與工作井外徑相吻合的鋼板，使之與頂管井接觸密實。機頭頂部、兩側、底部設置注漿孔，在頂管頂至設定位置時，通過設置的注漿孔，將機頭頂部、兩側、底部的土體進行注漿加固。

2）頂管頂至指定位置后，采用人工開鑿方式，將厚100 cm的井壁開鑿約60 cm，然后頂管頂進60 cm，并采用井壁鋼筋與機頭焊接方式，使機頭和井壁合為一體。

3）在機頭離井壁3 m處采用垂直頂升技術，設置1 座檢查工作井。在檢查井的北側（管道側）封堵頭子，并將3 m的管道內注入清水，使水位與現狀污水井內水位一致（2.5～3.0 m）。然后采用水下切割方式將后繼的厚40 cm井進行切割完成（圖2）。

圖2 管道與工作井對接平、剖面示意

3 頂管工具管加工措施

1）工作井為內徑9 m、壁厚1 m的沉井，為使本工程φ2 000 mm頂管機頭頂部與工作井接觸密實，通過計算，在頂管工具管頂部設置1～13 cm的弧形鋼板（圖3）。

圖3 φ2 000 mm工具管改裝示意

2）在頂管工具管兩側、底部設置注漿孔，在頂管頂至設定位置時，通過設置的注漿孔，將機頭頂部、兩側、底部的土體進行注漿加固（圖4）。

圖4 機頭面板處注漿孔布置

3）在機頭離井壁3 m處采用垂直頂升技術，垂直頂升位置預留高250 cm的φ1 000 mm頂升洞口（圖5）。

圖5 頂升預留孔示意

4 洞口土體加固技術

待頂管對接施工完成后，對φ2 000 mm管道兩側對接處進行φ800 mm高壓旋噴樁加固，水泥摻量為20%，加固寬度為3 排φ800 mm高壓旋噴樁，約2 m，深為12 m（管底以下3 m）。為減小工具管內水土流失對地面建（構）筑物產生影響，在管接頭外側土體進行跟蹤注漿，如發現土體流失，則及時補漿加固。

5 接口處理方案

在完成土體加固后，開始對機頭及管道內設備等進行拆除及切割；該階段的設備拆除、土體清除、肋板切割、補充注漿等施工流程控制對工程安全和管道質量要求比較高，在施工中需嚴格控制和管理[2,3]。

6 對接管道現澆方案

1）依據頂管管道原有內徑尺寸以及管節配筋進行鋼筋綁扎施工，按要求固定好預埋鐵件；

2）將整個管節分3 次澆筑。依照對接區管節現澆分節示意（圖6），依次進行第1次、第2次施工，采用常規混凝土澆筑方法進行混凝土振搗澆筑施工，注意保證澆筑質量；

3）進行第3次模板施工，頂部預留澆筑孔，加工儲氣泡、混凝土投料斗簡易設備，利用空氣壓縮機將混凝土用軟管送入模內，有效保證混凝土澆筑的密實度。

圖6 對接區管節現澆分節示意

7 垂直頂升

1）本工程由于頂管與工作井連接處與頂管工作井距離長，為減少施工給現狀排水系統的影響，計劃在接口處北側3 m，垂直頂升1 處檢查井，用于井壁切割時人員、工具及渣土的上下通道。

φ1 000 mm頂升管的管節（立管）鋼壁厚1.8 cm，每節長60 cm，總長6 m。

2）頂升施工相關理論計算如下：

式中：N1——垂直頂升管蓋帽（4#件）迎面被動土壓力（kN）；

式中：r——土的加權平均重度，此處r=17 kN/m3；

h——初頂時蓋帽覆土深度，此處h=6.63 m；

φ——土的內摩擦角，此處④層號土φ=10°；

S1——蓋帽迎面有效面積，此處S1=0.785 m2；

P——垂直頂升蓋帽迎面土體抗剪強度（kN）。

式中：c——土的黏聚力，此處c=10 kPa；

σ——剪切滑動面上的法向應力，此處剪切高度2 m，σ=r×（h-2/3）=13.58 kN；

S2——初始剪切面積，S2= 7.28 m2。

4 只油缸最大頂力600 kN＞F，頂力滿足要求。

8 井壁破除施工

1）位于秀水苑小區內的工作井，根據設計圖紙，該井內徑9 m，井壁厚1 m。井底標高為-6.90 m，埋深為11.5 m。為使設計頂管與現狀W5井連接，且盡量減少對居民的影響，施工采用頂管向井內切割洞口的方式。

拆除φ2 000 mm頂管井壁洞口需開設φ2 440 mm的洞口1 個，連接井井壁拆除分2 個階段進行，第1階段采取鉆孔施工，第2階段采取潛水風鎬拆除施工。后期潛水風鎬拆除施工期間需泵站配合，以穩定水位。

2）根據鉆孔位置將鉆孔機底座通過膨脹螺栓固定安裝于井壁；開啟鉆機開關進行鉆孔；在鉆孔機運行的過程中，應保證必要的冷卻水，以防鉆頭溫度過高產生損壞或卡在井壁內；此外，由于井內通風較差，下井人員可配備活性炭過濾呼吸裝置。

3）潛水風鎬拆除：先對離井壁3 m的檢查井（以下稱檢查井）北側進行頭子封堵，并注水至和連接井常水位一致。完成后由專業潛水人員佩戴好潛水裝具下井，使用風鎬進行拆除井壁工作。潛水員于檢查井下對井壁混凝土進行開鑿、拆除，并將拆下的井壁混凝土塊清撈上岸。拆除施工步驟為：聯系相關泵站控制水位→管道側潛水員風鎬拆除井壁。

9 結語

居民區內采用地下對接方式接入大型管道的工期為60 d，相比基坑開挖（工期90 d） ，工期縮短1/3，極大地減少了對居民的影響，且工程造價較低，施工中地面作業面較小，大大緩解了居民與施工方的矛盾，達到了采用地下對接施工的目的[4-6]。

在實際施工過程中，技術運用效果非常明顯，確保了居民的正常生活，并控制了施工對周圍居民樓的沉降影響。為今后類似的管道接入施工提供了較為成功的范例，具有一定的借鑒和參考價值。