城區排澇通道改造施工方法比選

石迎霞 黃凌鳳

（1.武漢市三峽光谷水環境投資有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢芳笛環保股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著城市的發展，城市排水管網承擔的輸水壓力越來越大,管道中出現的問題也越來越多,管道溢流、滲漏、淤積以及分流制排水系統中存在的初期雨水污染等問題日益嚴重，破壞了城市水環境，嚴重制約了城市的發展。為深入貫徹落實政府關于水旱災害防御工作的重要指示精神和省市關于加快重點漬水綜合整治的有關工作要求，某市通過系統治理和局部整治相結合的方式，開展全市漬水點綜合整治，降低城市積水風險，以保障人民群眾生命財產安全。本文以某城區漬水點問題為案例，分析比較了排澇通道改造的施工工法并進行科學選用。

1 漬水問題及解決措施

1.1 漬水問題

該城區匯水區匯水面積約8.3km2，現狀排水箱涵過流能力不足，導致箱涵雍水，且末端地勢較低，導致箱涵內雨水通過與之連接的檢查井和雨水口溢流出地面，同時隨著降雨量的不斷增加，雨水不斷在該低洼路段聚集，頻繁漬水。

1.2 解決措施

本工程解決思路是：通過新增排水通道進行分流，增大片區雨水排水能力，解決該處漬水點問題。根據《室外排水設計標準》[1（]GB 50012-2021），該市屬于超大城市，管渠設計重現期P 取3～5a，低洼地段或重要地區采用5a。該漬水點為片區低洼漬水點，故管渠設計重現期按5a設計過流量及管徑。

當P=5a 時該匯水區設計流量為78.6m3/s，現狀管渠實際過流流量為45.1m3/s，流量缺口達45.4m3/s，水力計算分析如表1 所示。根據水力計算結果，通道管徑初步定為4500mm，此等規模的排水通道管徑較大，暫未調查到同等直徑的工程案例，從實施角度出發，考慮對管道縱斷面進行優化，增大管道坡度，盡可能減小管道斷面尺寸。經優化調整后，管道內徑尺寸為4250mm，坡度為0.0013，管道過流量與d4500 基本相當。通過相關的資料調查及收集，目前已有內徑4250mm 的排水隧道實施案例，故本工程擬采用d為4250mm的排水通道尺寸。

表1 水力計算表

2 通道路由比選

從工程造價、排水條件、可實施性三個方面對通道路由進行比較，見表2。

表2 路由比選表

從排水條件來看，方案三管底高程較高，排水條件較好，能有效降低頂托風險；從可實施性來看，方案一、方案二施工難度大于方案三；從工程造價來看，方案二＞方案一＞方案三。綜合考慮推薦方案三。

3 施工方案的比較

目前，長距離傳輸管道工程施工技術主要有明挖法、盾構法、頂管法和礦山法。

3.1 明挖法

明挖法是從地表開挖基坑，施工結束后用土石進行回填的淺埋隧道、管道或其他地下建設工程的施工方法。明挖法主要有敞口明挖和蓋挖兩大類。明挖施工的特點是可以適用于各種不同的地質情況，減少埋深，施工工藝簡單，技術成熟。但當施工區域位于城市道路或居民密集區時，明挖法施工對地面交通的干擾較大，地下管線遷改工作較大，且基坑深度大時基坑支護費用較高。

3.2 盾構法

盾構法[2]是采用盾構掘進機進行開挖，鋼筋混凝土管片作為襯砌支護的隧道暗挖施工法。盾構法施工對周圍建筑及地面變形控制較好、施工速度快，施工環境好，且隨著盾構機制造技術的成熟，其造價已接近甚至已低于礦山法隧道或明挖法隧道。盾構法隧道的主要特點有：

（1）盾構管徑不受限制；

（2）盾構曲線半徑R≥250m為安全轉彎半徑；

（3）管片的拼裝，需在施工過程中掘進一段距離后組裝和內襯相應的管片；

（4）工作井滿足盾構施工需求即可；

（5）單次頂進長度不受限制，可按需求制定單次掘進長度。

3.3 頂管法

頂管法[3]是地下管道或隧道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物采用的一種暗挖式施工方法。頂管法的主要特點有：

（1）頂管管徑：一般適用于頂進DN≤4000mm；

（2）頂管曲線半徑：R≥600m為安全轉彎半徑；

（3）中繼間：為保證長距離頂管過程中的安全及頂力的保證，采用中繼間；

（4）工作井：提供一定強度的工作井（后背墻），保證頂進的安全；

（5）單次頂進長度：需根據實際的土層地質資料，在保證施工安全的前提下而制定單次頂進距離，一般安全距離為≤1000m。

3.4 礦山法

礦山法主要是用鉆眼爆破方法開挖斷面而修筑隧道及地下工程的施工方法。其斷面根據限界要求一般設計為馬蹄形斷面，采用復合式襯砌。初期支護一般采用網噴+錨桿+鋼格柵的聯合支護形式，當地層條件較差時，可增加預注漿或旋噴加固地層，管棚超前支護等工程措施，盡可能限制圍巖的松馳變形。二次襯砌采用現澆模筑混凝土，根據隧道所穿越的不同地層及埋設深度，分別采用不同的支護形式。礦山法施工的主要缺點是地表沉降較大且不易控制，對周邊的建筑物的安全影響較大，防水效果相對較差。

4 施工方法的選擇

老城區建成時間較長，要解決道路排水不暢問題，必須在分析排澇通道控制因素的基礎上對施工方法進行科學選擇。

4.1 控制因素分析

（1）穿越的土層主要為雜填土、粉質黏土和紅黏土層，局部穿越中風化石灰巖；

（2）部分道路地面起伏較大，管內底深3.8～14.5m；

（3）道路紅線寬度分別為25m、30m，交通量較大；排水通道位于現狀機動車道范圍；

（4）橫穿現狀交通主干道；

（5）現狀管線眾多且下穿110kV電力隧道2次。

4.2 施工方法的選擇

由于明挖法對城市交通、既有管線等影響較大，且對于埋深較大的基坑支護經濟性較差，一般不予采用。通過對國內外排水隧道的資料收集可以發現：對于直徑小于2m 的排水隧道，采用頂管法居多；對于直徑大于2m、小于4m，盾構法、頂管法均有成功案例，對于直徑大于4m，暫無頂管法實施案例。

結合控制因素分析，若全線采用明挖法施工，部分基坑深度較大，施工風險高，施工措施費高，且需管線遷改及交通疏解量大，因此不推薦全線采用明挖法實施，僅在埋深較淺的起點與終點處采用明挖法施工。剩余段考慮暗挖法施工。本工程路由較長，若采用礦山法在現狀道路下方施工，洞頂覆土深度5.5～9.6m，約1～2 倍洞徑屬淺埋隧道，施工輔助工法較多，且施工機械化程度低，防水效果較差，施工速度慢，施工風險大，因此不推薦采用暗挖法施工。以下進行盾構法與頂管法的工法比選。針對本工程，頂管法施工存在幾個突出問題：

（1）考慮頂管管節運輸、頂管施工技術水平等因素，目前國內在建或已實施完成的最大尺寸的頂管內徑為4000mm，暫無內徑＞4000mm的頂管實施案例。

（2）根據《給水排水工程頂管技術規程》[4（]CECS 246-2002）5.4.1節“管頂覆蓋層厚度在不穩定土層中宜大于管道外徑的1.5 倍，并應大于1.5m。”及5.3.2 節“鋼筋混凝土管和玻璃纖維增強塑料夾砂管不宜小于1 倍管道外徑，且不應小于2m。”，根據工藝布置，下穿電力隧道處難以保證2m 的豎向凈距；且考慮頂管覆土要求，穿越主干道處覆土僅為6m（其中3.5m 為素填土），需采用明挖，工程實施的協調難度較大。

（3）該工程位于中心城區，現狀道路交通量大，且管線眾多，頂管法與盾構法相比，在控制地面沉降方面效果較差。盾構法實施對周圍建筑及地面變形控制較好、施工速度快，施工環境好，施工工作井少，對地面交通影響小，且隨著盾構機制造技術的成熟，其造價已接近甚至已低于礦山法隧道或明挖法隧道。

盾構法在施工豎井設置上相對靈活，地層適應性較強，且單次掘進能力強，平面布置相對靈活，對地面及地下建構筑物影響也相對較小，而頂管法在工期、造價上相比盾構法更具優勢，由于本工程受平面線型的限制及設置工作井的便利性和經濟性，且考慮到既有建構筑物的影響，推薦采用盾構法（＞5m 覆土范圍）+明挖法（局部埋深較淺處）作為推薦工法。

5 結束語

綜上所述，在中心城區新建排水通道，可增大片區排水調入過流能力，提高片區排澇標準，降低漬水風險；在中心城區新建長距離大管徑排水通道，在埋深允許的情況下推薦采用盾構法，可實施性更強；排水設施的正常運行依賴于日常的管理維護，尤其要加強對排水設施的清淤，恢復其過流能力。