大口徑老管道的廢除施工

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海西干線排水管道全稱為石洞口污水排放干線，是20世紀70年代初為改善蘇州河水質而建造的一條污水輸送干線，曾是上海市區一條主要的污水輸送干線。其將污水直接輸送到上海污水系統六大片區之一的石洞口片區進行處理，干線全長23.2 km，管道斷面為馬蹄形鋼筋混凝土和磚砌結構的平底半圓拱管，斷面面積7.61 m2，如圖1所示。

由于原設計標準低、結構薄弱，該管道運行30多年來已被嚴重腐蝕，污水冒溢多次發生，安全隱患多。新管道改造工程實施后，老西干線將予廢除。如此大規模的廢除工程埋于地下，隨著上海市大規模擴展和快速的社會經濟發展，其工程安全風險極大。為防止諸如因管道結構破壞而引起的安全隱患，對廢棄的西干線老管道進行充填處置非常必要。根據科研報告的調查，西干線管道的地面環境復雜，差別極大，除小部分可加固利用外，大部分需要進行有效充填。受制于地面環境的影響，充填的主要方式將為管內泥漿充填，充填材料總量約1.7×105m3。為防止管道結構破壞引起地面塌陷，必須選擇合適的材料將管道充填密實，管道充填方案應兼顧經濟、技術、環保和可行性的要求[1,2]。

2 填充材料分析

目前，國內存在的類似的廢棄管道、洞穴數量很大，如20世紀六七十年代大量修筑的地下人防工事以及長期以來大規模開采礦石遺留的廢棄礦井、巷道等。這些結構往往設計標準較低，年久失修，需要作有效的充填加固，防止上部建筑坍塌下沉。

在礦山采空區充填用料方面，由20世紀50年代的干式充填，到六七十年代采用以兩相流管道輸送方式的水砂充填和膠結充填，80年代至今試驗成功并推廣采用了高濃度膠結充填和高速凝全水固化膠結充填等技術工藝，充填工藝和充填材料已逐漸成熟，形成了不同礦種、不同地區技術水平的多種充填技術。

本次管道填充主要采用城市棄土泥漿，通過試驗段施工確定了填充材料的要求，設計要求的泥漿水固比為1.4～1.6，含水量為55%～60%，黏度≤0.675 Pa·s。但由于原科研工況為管道無水狀態下進行泥漿填充，后考慮到老管內部結構損壞嚴重，如抽水將會使老管內外壓力不平衡。為確保施工安全，采取管內滿水填充施工，施工工況有較大變化，原有的填充材料指標要求已不適用于新的施工環境。另外，泥漿含水量大有利于泥漿的流淌，增加填充長度。同時，泥漿中砂性土顆粒含量多能加速沉淀和增加強度，因此，實際施工時使用泥漿直接填充，泥漿中顆粒以砂性土為主且不能含有淤泥質土。

3 管道分段隔斷填充

由于地下排水管道距離長，且一般只在兩端的泵站設置截流閥門，如直接進行填充會因泥漿流動性大的特點造成流淌距離過長，導致施工面開展過長，不利于快速施工的要求。因此必須每隔一段距離在上下游管道設置工作井，通過工作井在管道內設置封堵墻對擬填充段進行隔斷，再利用填充管段上方設置的注漿孔進行注漿，通過多段、分層最終實現對管道的有效填充（圖2）。待分段、分層填充完成后，經施工質量檢測合格，再回填工作井、透氣井及注漿孔，完成填充。

圖2 管道內封堵墻示意

4 管道水下封堵

1）封堵墻厚3 m，高度為管底至管頂，采用袋裝砂袋堆砌而成，封堵位置為管道的上游方向；

2）封堵作業在管道內滿水狀態下進行，由潛水員重裝下井作業。下井前采用鼓風機對井口進行強制排風，并使用動物和儀器對管道內有毒有害氣體進行檢測，確認其含量處于安全范圍后方可安排作業人員下井；

3）由于老管道使用年限長，管道內存在較多的懸浮物和沉積物，影響施工安全，因此管道封堵前需將懸浮物和管底淤泥清理干凈；

4）管內雜物清理完成后實施封堵墻作業，施工時先在底部填筑高1 m的砂袋，然后采用階梯形由下至上堆砌至管頂，堆砌時上下層砂袋錯開，以增加墻體強度（圖3）；

圖3 封堵墻施工步驟

5）泄水管設置：封堵墻施工至頂部時設置3根泄水管，沿拱頂環形布置，泄水管下游管口設置單向閥，防止管道內污水倒灌入上游已完成填充的管段內。

5 管道填充

5.1 第1次泥漿填充

填充物采用以含砂性土為主的泥漿，含砂量不得小于10%，若含砂量小于10%，則可在泥漿中摻加黃砂。填充設備為泥漿箱和15 kW泥漿泵。

泥漿槽罐車卸漿口后方設置泥漿箱，泥漿箱內設置1臺15 kW泥漿泵，泥漿泵與注漿孔之間采用橡膠管道連接，測試合格的泥漿由槽罐車卸至泥漿箱內后通過泥漿泵和輸送管道泵送至注漿孔下老管道內。

泥漿填充分多段、分層進行填充，每個施工段內泥漿填充從上游向下游進行，每個注漿孔內泥漿須填充至滿管后方可移位。

5.2 第2次泥漿填充

管道內第1次泥漿填充完成后并靜置3～5 d，以利于管內泥漿沉淀和固結。靜置固結完成后進行第2次泥漿填充，填充的材料和順序均與第1次泥漿填充相同，每個注漿孔填充至管頂后移至下一個注漿孔。

6 施工質量檢測

第2次泥漿填充完成并靜置固結3～5 d后進行施工質量檢測，檢測項目為靜力觸探和管內充盈率。

檢測測點布置間距為100 m，檢測點設置可利用原工作井位或注漿孔位，也可進行地面開孔設置。

靜力觸探檢測：靜力觸探采用專業檢測儀器，使用前經過標定，將測杠壓入管底，檢測數據通過測管上的傳感器輸送至操作儀器上，判斷檢測結果是否滿足設計要求。

管內充盈率檢測：人工將自制帶刻度鋼管壓至管底，拔出后通過觀察鋼管上泥漿附著的刻度位置確定管道內的泥漿填充高度，推算出管內充盈率。

7 結語

采用城市棄土泥漿填充方法來廢除大口徑排水管道，有效地解決了大口徑廢除管道破壞引起地面塌陷的風險，減少了城市棄土泥漿對環境的污染。為今后類似的大口徑老管道或廢棄采礦區的廢除施工提供了較為成功的范例，具有一定的借鑒和參考價值[3-5]。