某污水管網工程破損分析及修復

蔣 瞳 瞳

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概況及現狀

某新開發區一條主干道路于2012年竣工完成，布設的污水管網工程隨道路建設也一并建成。2015年在W31污水檢查井處出現路面開裂及塌陷，2017年初W35污水檢查井處路面突發塌陷，險情擴大升級。W31和W35井塌陷范圍主要為現狀道路及其綠化帶，其位置分別位于××大道與××路交口東側約150 m和330 m處，地面影響范圍以檢查井為中心，沿管道方向縱向發展30 m，合計長度約100 m，破壞面積超過300 m2，最嚴重處塌落深度將近1 m(見圖1)。

現狀調查發現，坍塌的路面下面埋設該新區的主干污水管道，污水管道已近乎不通。現狀判斷，污水管道已經發生了破壞。現場還發現位于W39污水檢查井下游有一座污水提升泵。該泵站因設備損壞，無法正常運行，并且壓力出水管也已破壞。污水沿管道流至此泵站后，直接排入臨近水溝內。

道路的坍塌給行車安全、行人安全帶來隱患；并對路燈、燃氣管等其他市政設施帶來損壞。污水管道的破壞，使新區生活污水不能得到正常排放與處理，污水無法正常收集，另一方面雨水進入污水管道內，混流的雨污水又被直接抽排至臨近溝渠，給周邊水環境帶來污染。因此，必須盡快對此段污水管的破壞情況、受損范圍進行更深入全面的調查，對污水提升泵站是否仍能正常運行進行調查，并對管道及泵站的破壞程度給出客觀評價，并在此基礎上提出修復方案。

2 工程問題調查與分析

工程問題調查首先要確定調查范圍及內容，考慮到該主干道路是按獨立分項工程施工建設完成，因此將該道路建設的起點及終點為調查的范圍，全長4.15 km。調查的內容為，收集原設計工程數據，工程地質勘察資料，現狀污水管道的斷裂、破壞、錯位、淤塞等問題探查，道路方面主要是，坍塌的范圍與深度，隱蔽在地面下的空洞分布及范圍等數據。

2.1 對原設計的調查

本工程2012年完成施工圖設計，設計文件表明：該工程管道管徑d400～d1 000，埋深4 m～8 m，管材有鋼筋混凝土管和PE雙壁波紋管，全長4.15 km。

破壞的兩處管道都為d800管徑，鋼筋混凝土管，埋深7.07 m～7.24 m，設計為機械頂管施工。

2.2 委托檢測單位的調查

專業的檢測公司采用CCTV機器人對工程范圍內管道破壞情況進行檢測，其中1管段～3管段(W30～W35)由于淤堵嚴重未做管道內部檢測。4管段～32管段(W39～州來路口)的檢查結果，分為結構缺陷和功能缺陷。其中存在結構缺陷2級4處，1級缺陷1處；功能缺陷1級3處，3級3處，4級14處。

提出的報告結論：1號～3號(W30～W35)井段急需進行處理，7號～8號(W45～W47)井段破裂需修復處理，4號～26號及27號～32號(W39～以后)井段需進行清淤養護。

2.3 工程地質勘察調查

工程地質勘察報告結論要點：該地段土性多為粉土和砂性土，土顆粒均勻，級配不良。剖面中的②層、④層為擾動土層，分別位于道路結構層下和管道上方，其為土顆粒流動引起的；W31檢查井邊沿管道方向，約30 m范圍內的勘探孔土質異常，地表有裂縫發展，可能亦受擾動。除了已發生的塌陷區段，沒有勘查到隱蔽在地面下的空洞。

2.4 原因分析

通過以上調查，可以分析出問題的主要原因。我們認為，路面結構的塌陷由下部土顆粒流失，土體掏空引起，路面塌陷的本質是由于管道破損而產生。而道路下原本填滿的土顆粒會流失，必須具備兩個條件，一個是推動土顆粒運動的力，一個是土顆粒流走的空間，路面下的污水管道完全滿足了上述的條件，由此污水管道的修復是本問題解決的核心。

從現場情況及地勘報告可以知道道路塌陷區主要沿污水管道縱向發展，而管道兩側的塌陷和土體擾動范圍遠遠小于縱向，因此我們可以推定這次的道路塌陷原因是與污水管道密切相關的。地勘報告中揭示擾動土層就在污水管道的上方，檢測報告中得知管道內淤積大量泥砂，由此可以確定在本次塌陷事故中污水管道成為了土顆粒流失的通道。

從污水管道的相關資料中來看，還存在三方面的不利影響因素：

本次污水管道位于 ⑤1層粉細砂夾粉土，其構成顆粒細小，粘粒含量低，在地下水位以下受擾動后易形成流砂。

1)而此處正是地下水豐富地段，承壓水水位高于管頂2 m以上。

2)另外，本工程的兩處塌陷段都是采用頂管法施工，管材為F型接口的鋼筋混凝土預制管，管道下部直接為土弧基礎，當管道下的土顆粒受到擾動時管道接口容易變形錯位。

根據本區域其他地市的多個工程案例來看，在此種條件下當施工未對這些不利因素給予足夠的重視、控制不嚴，則很容易留下引起管道接口變形的隱患。例如頂管進出工作井時，管道與洞口連接未作好留下縫隙；或是施工期降水反濾措施未做好，抽水時將細小土顆粒帶走，引起了管道接口的錯位。

由于本場地土顆粒很細小，高處的地下水就會帶著土顆粒從這些管道接口的縫隙流入管道內，管道內的水又會帶著土顆粒向前流，在流速較慢處沉積下來。隨著管道上部的土顆粒不斷帶走，管道產生更大的變形，更多的土被帶走，道路下的土體大量被掏空，最終路面結構層不能承受上部荷載而破壞塌陷。

3 修復方案

3.1 管道修復方案

方案一：在原W30和W36井旁新作頂管工作井，以其作為起始點另選路線頂管實施新的污水管段，再將新建管道與原有檢查井溝通。考慮到與現狀污水管道銜接新建污水管道坡度采用0.008 3，管道仍采用d800的F型鋼筋混凝土管。W45～W47井段，埋深3.5 m，采用支護開挖，重新更換管段的方法修復，經復核管道直徑、坡度及管材可以保持不變。

對于W30～W36段的舊管道注漿填充防止土顆粒繼續流失，對上部道路帶來新的破壞；另外根據地質勘探報告確定擾動土體范圍，對管道上部進行注漿加固，并按原設計標準對道路路面進行恢復。方案一的建安費為526.64萬元。

方案二：W30～W36采用拉森鋼板樁支護開挖，再于鋼板樁后壓密注漿增強封閉止水效果；在溝槽內采用井點降水措施，將溝槽內的地下水位降至槽底0.5 m以下，將損壞管道取出，再在原位重新鋪設管道，管道直徑、坡度及管材保持不變；以灰土分層夯實回填溝槽后，按原設計標準恢復道路路面。W45～W47井段方案同上一致。方案二的建安費為587.52萬元。

方案一的優點是施工難度低、進度快，工程影響范圍小，工程造價更經濟；缺點是原有管道需封堵處理，隱蔽施工質量不易控制。

方案二的優點是修復工作的簡單直觀，可以為今后的城市發展保留更多的地下空間，但施工難度大，且工程造價也比方案一高76.75萬元。

綜合以上因素，推薦方案一對W30～W36及W45～W47管段進行修復。后期管線修復及施工時，需對管道進出工作井處的土體采取注漿加固的措施，使其不易受擾動，并且嚴格把控管道與洞口的連接質量。另外，施工時應采取合理可靠的降排水方案，做好反濾措施，以防塌方及涌土、流砂等危害人身安全或影響工程質量的情況發生。

3.2 污水泵站修復方案

方案一：將泵池內淤積泥砂清除后，檢查泵站結構是否有裂縫或破損。若結構無破損，則利用泵房原有結構體，更換水泵等損壞的設備，水泵流量及揚程與原設計保持一致，并且增設閘門井、粉碎性格柵機及溢流管道，在原位重新鋪設壓力管道，壓力管道直徑、埋深及管材保持不變。同時改造電控設備，實現無人值守功能。方案一的建安費為225.03萬元。

方案二：若老泵站結構損壞無法使用，則廢除新建設一座一體化泵站。一體化泵站規模與原設計保持一致；同時原位重新鋪設壓力管道，壓力管道直徑、埋深及管材保持不變。方案二的建安費為395.67萬元。

方案一利用原有泵站結構只更換水泵等損壞設備，并對原設計的工藝和電氣設計升級改造，修復后不僅滿足原有功能，還能實現無人值守的自動化管理功能，且工程投資較經濟；方案二工程總投資較高，但當原結構損壞不能使用時，該方案也具有施工速度快，后期管理自動化的優點，是一個很合適的備選方案；建議根據結構檢查情況確定最終選擇的方案。

4 方案實施及總結

本工程在實施工程中，采用了管道修復方案一與泵站修復方案一，目前該工程已按此方案修復。

總結本次工程修復問題特點，就是需要透過現象看本質，路面塌陷是結果，也是比較容易看到的問題，我們需要認識到路面塌陷的真正原因是污水管道的破損，當我們找到問題的主因時，也就不難找到解決的方法，也只有這樣才能徹底解決問題。