大管徑補水鋼管下穿高速公路暗涵施工技術研究

范 建 平

(中電建生態環境集團有限公司， 深圳 寶安區 518100)

1 概 述

廣州市白云區潭涌暗涵水體黑臭嚴重，其主要原因是暗涵段水體流動性差，需要在潭涌暗涵下游閘壩前新建泵站一座，取上游石井河內的水補潭涌內的水，使潭涌內的水流動起來以最終達到消除黑臭河涌的目的。

該工程為潭涌暗涵下游閘壩前新建的一座泵站，泵井結構尺寸為4.9 m×7.9 m，補水水泵的安裝采用導軌自動耦合裝置，泵站內只配備一臺水泵，維修時采用停水檢修的方法。對于水泵要求其流量不低于1 300 m3/h。在暗涵出口和加油站處分別設置了DN500補水點和DN300補水點。主要施工內容為：暗涵內新建長度為400 m的DN500補水管道，暗涵外新建的DN300補水管道長度為193 m，同時封堵暗涵內排口。其主要施工難點為：(1)工期緊。根據市水務局要求，該工程需要在8月底完成，故其施工期只能安排在雨季的7、8月份；(2)工程量大。暗涵內存在大量的淤泥，厚度為1.5～2.3 m。由于補水管道的鎮支墩數量多達62個，故其大基礎底板施工難度大；(3)鋼管在暗涵內運輸困難，暗涵內無法采用機械設備，且因每根鋼管的安裝重達0.8 t，暗涵長度400 m 內只能開設一個下暗涵通道，由于鋼管運輸距離長，內支墩高度平均為3 m，導致鋼管吊裝難度大；(4)受雨季影響。根據歷年水文資料得知：暗涵內在汛期雨水會上漲1.5～2 m，而暗涵的總高度僅為3.6 m，因此，雨季面臨施工機具及材料被沖出箱涵的危險；(5)暗涵內存在有毒有害氣體，作業環境惡劣，施工時可能會造成工人中毒等。項目部針對以上難點對其施工技術進行了研究，介紹具體的研究過程。

2 暗涵內輸水管道采取的施工方法

暗涵內補水鋼管采用D500螺旋鋼管，每6 m一根，采用法蘭連接。支墩、鎮墩采用現澆方式，混凝土強度等級為P8.C25。支墩與暗涵底板和側墻采用插筋連接并灌注M20砂漿，支墩間距按6～8 m設置。暗涵段采用鎮墩及支墩形式架設DN500管道，共設鎮墩8個，支墩54個，水平段包封19.59 m。DN300補水管道采用明挖鋪設，補水點處設鎮墩2個，過加油站進出口時采用混凝土滿包通過。

施工流程：施工準備→運輸管道通道開口→暗涵段通風及照明→圍堰施工→搭設施工通道→管道安裝、混凝土鎮支墩澆筑→拆除圍堰→閉水試驗。

2.1 施工準備

在巴士公交中心處進行封閉式圍蔽，圍蔽高度為2 m，圍蔽長度為75 m，并將其做為臨時二次轉運場地及加工場地。圍蔽內增設一開口，用于管道運輸通道和運輸混凝土的入口，開口處根據街道和業主的要求將違建圍墻拆除。

2.2 運輸管道通道的開口

因本段暗涵與慶槎路、許廣高速路、石潭西路斜交通過，部分通過美景大酒店停車場，導致施工開口空間受限，且因慶槎路、許廣高速路、石潭西路交匯處人、車流量大，導致所制定的慶槎路、石潭西路上占道開口交通疏解方案未獲批。因此，只有在美景大酒店停車場處開設進入暗涵的唯一通道，在補水泵井處采用PC320液壓錘破除混凝土地面，寬度不小于4.5 m，坡比為1∶8，并拆除了原有圍墻、河涌邊擋墻做為DN500補水管道及混凝土的運輸通道。暗涵段頂部共設開口5處用于通風。開口處采用圍擋防護，將工作面兩端井口圍蔽作為施工場地，嚴禁無關人員進出，每個井口的圍擋范圍為4 m×4 m方可滿足施工要求，材料采用彩鋼板，每個工作段中間打開的井段采用水馬進行臨時圍蔽，停工期間采用防護蓋板進行覆蓋。

2.3 暗涵段的通風

暗涵作為雨污合流的排水通道，其內部沼氣濃度非常高。為保證作業人員的施工安全，在人員下到暗涵底之前，必須提前對工作斷面進行通風處理。對每個工作段間隔不超過30 m打開一個井蓋，若現場勘察沒有可打開的預制蓋板時，則需要向暗涵工作面新增送風點。必須根據不同的施工段采用不同的送風設備，從每個工作段的上游送新鮮空氣至暗涵內，待2 h后用儀器檢測暗涵內有害氣體的含量，同時進行活檢試驗，待滿足人員下井操作的條件后方可允許人員進入，且每隔0.5 h再檢測一次，以確保涵內的含氧量達到人員進入施工的要求。

(1)通風設備的選擇及配置。暗涵通風設備按以下條件配置：暗涵段總長370 m，圖1中B段上部共開3個孔，在暗涵側面開一個口作為滿足通風及出渣的通道口，寬度不小于12 m，主要考慮其為設備機械及材料的運輸通道。主要采用5G-2D離心式通風機和自然通風(必要時采取局扇通風)，當進入慶槎路下部暗涵時，考慮到該段長度為168 m，遂配置了2臺SDF(C)-No.11軸流風機、φ1 000 mm的風管壓入式通風。風管采用便于裝卸和維修的軟風管。

圖1 通風口設置示意圖

(2)通風管的布置。在系統布置上，堅決杜絕各種形式的“循環風”。將出風口到工作面的距離控制在30～45 m范圍內，出風口的氣體沿風管壁擴散后能反向流出工作面，對工作面通風換氣有利。

(3)安全注意事項。因暗涵內堆積了十幾年的生活垃圾未清理，在清淤裝袋和攪動污泥時可能會產生大量的有毒有害氣體，加之工期緊，為確保安全，項目部采取了以下保護措施：

由于涵洞內黑暗、潮濕，施工人員進入涵洞施工需配備符合安全標準的照明燈，照明燈電壓必須小于36V。安裝風管或照明設備時，施工人員需配戴防毒供氧設備。開始施工前，需提前1.5 h送風將原箱涵內可能含有的有害氣體排干凈，施工人員進入前需再次檢測空氣中的氧含量，氧含量達不到要求不得進行施工作業。氧含量的檢測方法：施工前放活體動物進入箱涵工作面30 min后取出，查看其生命體征。

施工期在暗涵內分段布置氣體檢測儀并派專職人員每2 h攜帶便攜式有毒有害氣體檢測報警儀入洞持續檢測，如出現異常，涵內的作業人員須馬上撤離并發布氣體安全警報。警報未撤除前，非專職人員不得入洞[1]。

施工期間，在潭涌上游設置水位觀察員一名，并與潭涌上游的石井河水閘管理處建立應急聯系方式，確保下游施工人員的安全，施工前申請《有限空間安全作業證》并獲得批準[2]。

2.4 照明措施

為保證暗涵內的正常施工，需要在暗涵壁上安裝防爆燈，防爆燈采用功率為100 W的LED帶燈罩防護的樣式，按照每10 m一個的要求將防爆燈固定安裝于暗涵壁上，每10 m設置一個∠5×50的角鋼支架，將防爆燈固定在支架上，共設置40個防爆燈。

2.5 支墩圍堰及基礎清理

暗涵內共設鎮墩7個，支墩54個，共計61個鎮支墩。施工時需要考慮圍堰施工，每個支墩圍堰的中心結構尺寸為：3 m×6 m，圍堰寬1.5 m，高度平均為3 m。每個圍堰內設置一個功率為5.5 kW的水泵進行抽排，每個鎮支墩 的平均施工周期為7 d，施工總工期為42 d，共設6個班組循環施工，每個班組需要10臺水泵，備有5臺。

2.6 在暗涵內分段設置圍堰

因潭涌暗涵段內的排口共有17個， 其中5個為雨污合流口且有不同程度的排水；5個合流口在旱季也在排水，其中包括一直徑為1 500 mm的合流口，污染源為潭村潭石西路以南慶槎路至西約3 km范圍內的兩側雨水管錯混接點，其平時流量較大，在利用出口提升泵站無法滿足抽排上部污水的要求時，根據流量大小分別在上游設置了3個水泵，下游設置了2個水泵進行抽排。經了解暗涵內此排口在不停的排水。為保證基礎清疏工作的順利進行，采取了對暗涵分段實施清理垃圾的方式，按每段長度30 m進行磚墻封堵形成封閉空間。由于暗涵條件復雜且此次清理暗涵的時段處于雨季，考慮采用專業潛水蛙人進行磚砌圍堰封堵。圍堰施工形成全斷面圍堰，封堵磚墻采用50墻。圍堰封堵前，采用蛙人先進行基底清理、然后進行50磚墻封堵，封堵高度超過正常水位面1 m。

2.7 基礎清理

對于有底板的區段將淤泥全部清理。同時，為確保現狀河堤和橋梁等建筑物的安全，施工過程中嚴禁對河堤造成破壞，對兩岸河堤、橋梁等建筑物2 m范圍內應加強監控以避免將建筑物的基角外露；對于無底板的區域，將其清理到邊墻基角處再采用拋石擠淤的方式進行處理。

人工清淤在原有施工準備的基礎上按以下施工工序進行：搭設雙排綜合腳手架，在其上面鋪設竹膠板做為疏浚施工的通道。 人工清除暗涵雜物→人工疏浚裝袋→手推運至吊裝點初濾水→裝車外運至指定棄渣場，人工清疏嚴格遵循每2 h換班制度。

雜物清理后，采用人工對淤泥進行清理，同時裝袋、堆放至吊裝點。裝淤泥袋為0.6 m×0.3 m×0.2 m的定制土工袋。由人工搬運到運輸車內，由封閉車外運至指定棄渣場。

2.8 混凝土鎮/支墩施工

(1)基礎處理。因鎮/支墩處于暗涵淤泥層內，根據施工前進行的暗涵內鋼釬觸探得知：其下層存在淤泥層，故在混凝土鎮/支墩施工時均應考慮基礎處理。經設計人員現場復核后確定采用拋石擠淤的方式進行基礎處理，拋石擠淤深度為1.5 m，拋石擠淤后在其上回填20 cm厚級配碎石墊層，再采用10 cm厚的C15混凝土進行基礎封閉。

(2)模板工程：備料 → 放大樣 → 排料加工 → 試拼裝 → 測量驗收 → 編號 → 存放備用。木模板在每次使用前應清洗干凈。為拆模方便，不得采用污染混凝土的油劑，不得影響混凝土或鋼筋混凝土的質量。若檢查發現在已澆筑的混凝土面上沾染了污跡，應采用洗滌劑等有效措施予以清除。

(3)混凝土施工。混凝土施工的作業程序：先進行基礎墊層澆筑，待基礎墊層達到設計要求的強度后安裝模板，最后澆筑混凝土；模板采用普通木模板；混凝土可采用商品混凝土，混凝土標號的抗滲等級須符合設計要求，同時加強對原材料的控制，制定科學的管理措施[3]。

混凝土施工時，各澆筑塊的基礎面清洗、模板安裝等工序可先行一步、不占用循環作業時間。在混凝土澆筑施工過程中，要對卸料區的混凝土及時進行鋪攤，做到隨澆隨鋪，嚴禁發生堆積現象[4]。

待混凝土運輸至暗涵開口處后，采用人工手推車二次轉運至澆筑倉面，運輸平臺采用Φ48 mm鋼管搭設并用十字回旋扣固定，并在施工平臺上鋪設5 cm厚的木方，間距50 cm，在其上鋪設1.2 cm厚的竹膠板，運輸平臺的立桿間距為1 m，立桿采用4 m/每根，平臺搭設在高度2.5 m處。搭設寬度為1.5 m，兩側高出平臺1.2 m并做安全防護，掛設安全防護網，每6 m設一剪刀撐，沿管道線路全程鋪設。

2.9 管道安裝

管道的安裝順序：運輸→吊管就位→穩管→焊接/連接。

(1)管道運輸。在管道裝卸、運輸到施工現場時，必須采取必要的保護措施防止管道零配件、內外的防腐漆受到損壞，這些措施包括合適的吊鉤、卡箍、起重橫梁、加強型帆布帶、保護性封堵、支撐、運往指定地點的專用拖車等所有其他必要的措施。

管道暗涵內的運輸。因管道安裝與暗涵內的清淤同步進行，兩者施工時段相同，導致管道運輸時受暗涵內淤泥和汛期雨水的影響，此時應結合暗涵內的實施情況，采用運輸筏板手拉葫蘆及漂浮運輸相結合的方式運輸，在暗涵內頂板上每10 m設置一處吊點作為手拉葫蘆的牽引支點。管道安裝因受施工空間的影響，在管道連接方面亦采用法蘭盤連接。

首先采用盲板進行管道封堵，盲板的制作與法蘭盤相對并確保盲板安裝后暗涵內的水不進入管道，由此形成了一個中空鋼管，采用汽車吊將管道吊入暗涵開口處，并在鋼管上方捆綁3根充氣內輪胎，利用水的浮力使鋼管漂浮在水面后，采用人工牽引的方式將管道運輸到相應的位置。

(2)吊管就位。管道運輸至安裝點后，在管道上方或側面設置兩個吊點作為臨時吊裝就位，待吊裝就位后立即搭設雙排腳手架做支撐架，支撐架應牢固可靠，避免因河水沖刷導致其偏移錯位，直到鎮/支墩澆筑后7 d方可拆除雙排架，以此工序依次向前施工。每個吊點共設置2個5 t手拉葫蘆，根據工期安排，暗涵內需設置20個手拉葫蘆。

(3)穩管。吊管就位后需要穩管，防止其因河水沖刷導致偏移錯位。穩管可利用墻壁上原有的拉結筋將雙排架與拉結筋緊緊地連接在一起，同時，在雙排架上加設定位卡具，確保管道安裝無偏移。

彎管、傾斜管安裝時應注意各節彎管下中心的吻合和管口傾斜，如有偏移，可在相鄰管口上各焊一塊擋板，在擋板間用千斤頂頂轉鋼管，使其中心一致[5]。

(4)焊接/連接。因管道安裝是在有限的空間內操作，為減少有害氣體對人體的影響，施工時可采用法蘭盤連接。法蘭盤應在工廠提前制作并與管道焊接，當遇到轉角處無法采用法蘭連接時，可采用現場焊接的方式施工。

3 結 語

潭涌補水工程是以黑臭河涌整治為基礎，使潭涌支流內的河水流動為目的。因其施工空間受限，且因暗涵長度400 m 內只能開設一個下暗涵通道，加之鋼管在暗涵內的運輸距離長，因此，鋼管如何運輸及吊裝是補水工程成敗的關鍵。在實施過程中，利用盲板浮運有效地解決了暗涵內鋼管運輸的難點，同時將汛期暗涵內有水的不利條件充分利用，在1個月時間內成功且高效地完成了該段補水管道的安裝工作。