雨水管非開挖修復技術研究

上海機場建設指揮部 上海 201202

1 工程概況

某地道地基已經過堆載處理，共有東西2 條地道，西側地道全長568 m，東側地道全長294 m（遠期預留）。雨水管在地道最深處W7段和E4段從底板下橫穿2 條地道，并沿地道向南延伸，見圖1。

圖1 地道雨水管位置平面示意

W7段和E4段為地道遮光段，長度38 m，底板厚度1.1 m，墻板厚度1 m，光柵梁0.8 m×0.6 m，間距3 m。W7段和E4段無地基加固，設有3 排共36 根Φ800 mm鉆孔灌注抗拔樁，底板下的DN800雨水管有鋼筋混凝土加固措施，落低井寬度為0.3 m，如圖2所示。

本工程所修復的雨水管材質為球墨鑄鐵，底板結構內外采用軟接頭連接，其余采用承插式接頭，彎頭采用45°彎頭。雨水管埋深約9 m，下有厚20 cm中粗砂墊層，位于黏質粉土層。

圖2 西側地道W7段雨水管處剖面

2 雨水管損壞情況及原因分析

地道工程竣工1 年之后，從與雨水管相通的泵站中發現抽出大量泥沙，并且在W7段結構邊地表發現一個Φ0.8 m的塌陷洞口，從而判斷雨水管可能損壞。通過在地道底板上重新開設工作井，切割開雨水管，進入管內發現最西面的雨水管軟接頭已損壞，橡膠頂部被撕裂且結構內外雨水管有輕度錯位，其余3 個軟接頭也有損壞（圖3）。

圖3 雨水管接頭處損壞情況（由西至東）

根據損壞的情況，推斷雨水管橡膠軟接頭外側的鋼套管在填土后發生變形或移位，未起到有效的保護作用，在上方9 m深回填土的重壓下軟接頭橡膠頂部撕裂，導致周圍砂土隨地下水涌入雨水管，并加劇了軟接頭的損壞，而非差異沉降造成。

經過對4 個接頭損壞情況的觀察，發現2 條地道間的接頭損壞情況較外側2 個接頭要好很多。通過分析發現，中間的2 個接頭四周分別被工法圍護和水泥土攪拌樁包圍，與外界水系一定程度地隔離了，從而推斷地下水的含量也是影響雨水管損壞情況的重要因素之一。

3 雨水管修復技術[1-6]

探明損壞情況以及損壞原因后，擬訂了開挖和非開挖2 種修復方案來進行修復。開挖修復法為重新打設圍護，然后開挖至雨水管底，對雨水管接頭進行徹底的修復；非開挖修復法為利用工作井，鉆入雨水管采用內襯鋼套筒的方法對軟接頭進行修補。開挖修復法的優點是能夠保證修復質量，缺點是費用較高、工期長；非開挖法的優點是影響小、工期短、費用低，缺點是修復質量受施工現場條件影響且修復后過水截面變小。由于地道已移交給運行單位，故選擇了安全性和可操作性更強的非開挖修復方案。

非開挖修復方案施工流程：開鑿工作井→CCTV檢測→清淤→內襯修復→高壓旋噴管底加固→塌陷土體翻挖→工作井恢復

3.1 工作井開鑿

為盡量減少對既有結構的影響，開鑿主要采用人工風鎬打鑿混凝土和氧氣切割鋼筋相結合的方法。雨水管采用砂輪切割機切割。

工作井尺寸1.6 m×0.8 m，雨水管修復后恢復成0.7 m×0.7 m的檢修井，故開鑿時根據規范要求預留鋼筋連接長度，鋼筋采用擠壓套筒連接。混凝土打鑿的實際尺寸為1.8 m×0.8 m，橫向Φ28 mm、Φ25 mm的鋼筋預留長度15 cm，縱向Φ15 mm的鋼筋預留長度20 cm（過程中先彎起以留出工作面）。

3.2 內襯修復

施工前需對雨水管壁內表面進行清洗，清除表面垃圾，使修復的材料與原雨水管壁接觸充分、無空隙。

施工流程：鑿開變形滲漏點→水玻璃和聚氨酯凝固損壞點上方土體→聚氨酯堵注→快干水泥補平→瀝青麻絲嵌縫→安裝O形橡膠止水帶及鋼套環

軟接頭鑿開后立即用泵將水玻璃和聚氨酯混合物注入上方土體進行初步封堵，防止土進入雨水管，再進一步用聚氨酯進行堵漏，完成后鑿除多余部分用水泥補平，將兩邊O形橡膠止水帶放置到位，中間用瀝青麻絲填充，最后安裝鋼套環。鋼套環分上下2 片，左右兩邊各有1 個螺絲，安裝好后擰緊螺絲，將鋼套環上下撐到位（圖4）。

鋼套環安裝完成后用遇水膨脹條填補邊上的縫隙，并找平邊上的坎，避免積淤。修復完成后雨水管過水斷面Φ75 cm，過水斷面面積減少了12%（圖5）。

根據雨水管水流速度計算公式：Q=ω×V，其中Q為單位時間過水量，ω為過水斷面面積，V為水流速度。由此計算出面積減小后水流速度增加了14%。另考慮到雨水管修復后表面的粗糙程度改變對水流的影響，實際水流速度的增加約在18%左右。

圖4 雨水管橫斷面

圖5 雨水管縱斷面

3.3 高壓旋噴管底加固

為了防止結構內外后期可能的差異沉降以及塌陷滲漏造成的空洞對雨水管再次造成損壞，保證修復效果，對管底進行高壓旋噴加固（圖6）。

圖6 高壓旋噴加固平面示意

雨水管接頭兩邊50 cm、距離結構邊150 cm各打一根Φ1 200 mm高壓旋噴樁，采用P.O 42.5水泥。水泥摻量為25%，水灰比為0.7～1.0 ，高壓泵壓力5 MPa，提升速度不大于100 mm/min。

樁長為6 m，雨水管上部2 m，雨水管下部3 m，雨水管中心標高為-3.81 m。雨水管部位噴射壓力為上部和下部壓力的80%，且同時觀察壓力值有無異常、雨水管內有無滲漏。

3.4 工作井恢復

雨水管修復完成后按照原設計配筋對底板進行恢復，新鋼筋與既有鋼筋的連接采用A級擠壓套筒連接。恢復后在檢修井內設置一把不銹鋼爬梯，并在井口蓋鑄鐵蓋板。

4 綜合物探

因雨水管及泵站中清運的流砂方量較大，軟接頭周邊土體可能存在掏空現象，會對上方機場滑行跑道土面區造成安全隱患，故在注漿之后再對滲漏影響范圍進行綜合物探，采用地質雷達法、高密度電阻率法、跨孔電阻率CT法等多種方法相結合來達成探測目的。

地質雷達是利用介質間的電導率、介電常數等電性差異分界面對高頻電磁波的反射來探測地下目標體的。高密度電阻率法通過A、B電極向地下供電，從而得出記錄點的電阻率，進行計算與分析，獲得地層中的電阻率分布來達成探測目的。跨孔電阻率CT法是高密度電阻率法的一種技術改進。

根據現場環境情況，布置雷達測線12 條，總長度480 m，高密度電阻率法測線12 條，總長度480 m，跨孔電阻率CT法測線2 對。通過上述方法進行探測后，沒有發現雨水管軟接頭周圍存在土體空洞。

5 結語

通過對地道底板下雨水管軟接頭損壞情況原因的分析，就2 種修復方案進行了比選，最終采取了非開挖修復的技術對雨水管進行修復。修復完成后，經過半年時間的觀察，不再發現有漏水或者流砂的現象；同時非開挖修復使得軟接頭處的過水斷面減少了5 cm，但雨水管本身管徑較大，對水流速度影響不大。綜上所述，非開挖修復技術對損壞情況較輕微的雨水管軟接頭具有良好的效果。