城市管網工程中管道施工水土流失問題探討

吳玉恒，黃倩楠，魏 偉

(1.上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335；2.上海諾山工程設計咨詢有限公司，上海 200062)

1 引言

城市管網工程主要包括城市供水、排水(雨水和污水)、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業等管線管道及其附屬設施等工程，按照管道開挖方式的不同可分為開槽埋管施工、不開槽管道施工，其中開槽管道施工可分為放坡開挖管道施工和支護結構開挖管道施工，不開槽管道施工可分為頂管法、盾構法、淺埋暗挖法、夯管法[1]。由于施工方式的差別，導致工程占地面積、土石方開挖量的不同，所布設的水土保持措施也有一定的區別。

本論文以上海市某污水處理廠排海管工程為例，從水土流失影響因素、水土保持防治措施等角度出發，對該工程中出現的兩種管道施工方法(支護結構開挖管道施工、頂管施工)進行分析，為城市管網工程施工中水土流失防治提供參考。

2 工程概況

上海市某污水處理廠排海管工程位于上海市浦東新區臨港新城重裝備區，按污水廠遠期規模35萬m3/d設計，工程主要內容是新建1座排海泵房、1座高位井、1座壓力井、1座配水井和2根排海管(包括陸域管道和海域管道)、泵站和排海管平面布置，以及配套電氣、儀表自控、暖通等。

排海管分為陸域段和海域段兩部分，其中，陸域段排海管主要為污水處理廠新建高位井到新大堤處的新建壓力井處的管道，距離約520 m；海域段(壓力井至排放口)排海管長度約為2.6 km，總長度為3120 m。

陸域段管道分為三部分：第一部分為新建排海泵房至新建高位井間的DN2400出水管，管道長度35 m，埋深約6～7 m，采用開槽埋管施工。采用拉森鋼板樁+內支撐支護開挖，坑底旋噴止水。第二部分為新建配水井至新建高位井間的應急連通管，DN1400管道。管道埋深約3～4 m，采用開槽埋管施工。采用拉森鋼板樁+內支撐支護開挖，坑底旋噴止水。第三部分為新建高位井至新建壓力井間的管道，2根DN2200管道，長度520 m。此處管道采用頂管施工，利用新建高位井和壓力井作為頂管工作(接收)井。本工程海域段管道采用兩根DN2200鋼管，長度為2600 m，采用頂管施工。

本工程施工生產生活區共布2處，其中1#施工生產生活區利用高位井作為工作井，占地約0.56 hm2，主要包括施工材料堆放區、頂管施工區等。2#施工生產生活區利用壓力井作為工作井，占地面積約2.13 hm2，主要包括辦公區、頂管施工區、泥漿池、沉淀池等。

工程總占地3.00 hm2，其中永久占地0.06 hm2，臨時占地2.94 hm2。工程挖方3.45萬m3，填方0.67萬m3，借方0.04萬m3，余方2.82萬m3。本工程水土流失防治責任范圍劃分為主體工程防治區、施工生產生活防治區和臨時道路防治區3個一級防治分區。

工程開工時間為2020年8月，計劃完工時間2021年12月，總工期19個月。

3 施工工藝

本工程陸域段的管道敷設同時采用了開槽埋管施工和頂管施工兩種方法。

3.1 開槽埋管施工

開槽埋管主要施工流程包括定位放線→鋼板樁支護→管槽開挖、支撐→墊層施工→管道鋪設→管道接縫處理→水壓試驗→管道塢磅→回填土[2]。施工過程中常在管道沿線兩側布設作業帶，以管道軸線為中心，在軸線的一側進行管道堆放、布管、組焊，以及吊管機、挖掘機、空壓機、切割機、推土機等機械運輸車輛行走和施工作業；另一側臨時堆放管溝開挖土方，堆土邊界管溝邊緣0.5 m以外，堆置高度不超過2.5 m。開槽埋管作業帶布設如圖1所示。

3.2 頂管施工

工程采用泥水平衡頂管施工，泥水平衡式頂管是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質的機械自動化頂管施工法[3-4]。其主要施工流程包括施工準備→測量定位→工作井開挖→設備安裝→入洞→頂進→出洞→設備拆除→泥漿置換→竣工測量。頂管施工工作井地面上方需要配備頂進控制室、配電房、送風空壓機、管節堆場、泥漿房、泥漿存儲器、工具間、倉庫、施工便道等。井內沿頂管軸線方向安裝剛性后座以及布置主頂千斤頂、導軌、剛性頂鐵、環形頂鐵等頂進設備[5]。

圖1 開槽埋管作業帶示意

4 管道工程水土流失特點

從適用范圍、施工難易程度、擾動面積、土石方量、損壞植被面積、水土流失量和危害、工程投資等方面對兩種管道施工方法進行水土流失影響分析(表1)和評價。

4.1 開槽埋管施工水土流失特點

管槽的開挖和回填是產生水土流失的重要環節，管線兩側的臨時堆土區和施工作業帶是產生水土流失的重點區域，主要侵蝕營力為水力侵蝕[6]。棄土主要來源于管槽開挖產生的多余土方，土方開挖較大，擾動面積較大，擾動時間較長，水土流失呈線狀[7]。加強對堆土的苫蓋措施和作業帶的排水措施是后續水土保持工作的重點。

4.2 頂管施工水土流失特點

頂管工作井和接收井的基坑開挖以及頂管出土是產生水土流失的重要環節，頂管工作井和接收井的施工區域是產生水土流失的重點區域，主要侵蝕營力為水力侵蝕[8]。棄土主要來源于頂管工作井接收機基坑開挖土方、鉆孔灌注樁產生的鉆渣、頂管出土產生的泥水混合物，工程土方開挖量較小，擾動面積較小，擾動時間較短，水土流失呈點狀。加強頂管出土和鉆渣的處置是后續水土保持工作的重點。

表1 管道施工中主要施工工藝的水土流失分析

5 防治措施

5.1 開槽埋管作業帶的水土流失防治措施

施工前對開槽埋管作業帶和臨時堆土區域進行表土剝離，將表土臨時堆存保護[9]。施工期間，管槽開挖產生的臨時堆土暫時存放在管溝一側，為防止土體坍塌流失以及雨季的沖刷，在臨時堆土坡腳處堆砌裝土編織袋攔擋，堆土面采用密目網苫蓋，防止堆土表層的水土流失。施工期間施工車輛出入開槽埋管的作業帶，為防止泥土散落和雨季沖刷，根據施工現場周邊現有排水情況，沿施工作業帶布設臨時排水溝和沉沙池，排水溝順接到廠區排水系統[10]。施工結束后回填表土，對整個作業面進行場地恢復和綠化，由于開槽埋管段位于污水廠內部，按照污水廠擴建工程綠化部分執行，與污水廠擴建工程同步實施。

5.2 頂管工作(接受)井施工區域的水土流失防治措施

施工前對頂管工作(接受)井施工區域進行表土剝離，并注重對表土進行臨時堆存保護。施工期間，為了防止雨季水土流失，在場地內布置完善的排水系統，沿場地施工便道一側設置排水明溝，排水溝拐角處和出口布設沉沙池[11]。為了防止施工車輛出入施工區域攜帶泥沙、泥漿，施工出入口處布置洗車平臺和三級沉淀池。由于鉆孔灌注樁施工和頂管施工過程中會產生大量廢棄泥漿和鉆渣，在施工場地周邊采用直挖形式布置泥漿沉淀池，鉆渣在泥漿沉淀池中固化后，抽入封閉式的車輛運至政府制定的棄土場，由于鉆渣泥漿呈流塑狀，需密閉車輛運輸[12]。施工結束后對整個施工區域進行場地恢復和綠化，由于施工場地靠近海邊，場地恢復和綠化應著重考慮耐鹽堿植被。

6 結語

(1)開槽埋管施工擾動面積較大，水土流失呈線狀，施工單位應注重對土方開挖過程中的水土流失治理，對施工作業面沿線布設臨時排水、沉沙措施，對堆土坡面進行苫蓋保護。

(2)頂管施工過程中重點注意頂管工作(接受)井區域的水土流失治理，產生的鉆渣、泥漿對環境污染大，施工單位應注重對鉆渣、泥漿的處置和防護，運至政府指定棄渣消納場所。