城市現狀排水干管接入及保護方案

呂所祥

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著經濟和社會的發展，城市排水標準逐步提高，老城區現狀排水管道普遍存在年久失修或管徑不能滿足現行排水標準的問題，亟待改造。該類改造工程環境較為復雜，新建管道一般緊鄰現狀建筑，所在道路下方管道或其他構筑物錯綜復雜。當新建管道埋深較深時，從保護周邊環境考慮，不適宜采用開槽埋管，可視管徑大小采用頂管或牽引等非開挖施工方式，此時新建管道接入現狀管道節點為工程難點。被接入的管道一般為排水干管，接入施工需盡量減少被接入管的斷水時間，同時還需對其進行保護，以保證在施工期間該區域的排水安全。本文針對上海某改建道路新建頂管接入現狀管道節點以及對現狀管道保護的方案進行研究。

1 工程概況

1.1 工程問題

某道路改建工程位于上海市區，沿改建道路下新建一根雨污合流管，管徑d1 800。采用頂管施工，收集上游以及沿線的雨、污水后，接入下游已建的d2 200合流總管。

1.2 周邊環境

工程周邊環境較為復雜，道路兩側有多座重要歷史保護建筑，道路下現狀管線復雜交錯，另有兩條地鐵盾構區間沿著道路下運行，盾構結構頂覆土 16～26 m。

1.3 現狀合流總管情況

根據相關竣工圖及物探資料，該工程擬接入的現狀d2 200合流管建于2010年，采用頂管施工，管材為鋼筋混凝土管，管節之間采用F形接口，管道埋深約5.46 m。

1.4 地質條件

場地為典型的上海軟土地質，根據地勘報告，場地土層可分為四個大層，各土層名稱及相關參數見表1。

表1 地勘土體參數表

2 接入方案

2.1 接入方式

接入位置位于改建道路端頭的十字路口處。根據現狀資料，接入位置附近有一現狀鋼筋混凝土四通交匯井，該井尺寸較小，底板埋深較淺，約5.5 m；而新建管道為避讓沿線的現狀管道，埋深較深，接入處埋深約7.36 m，無法直接接入此現狀檢查井內。若考慮改造此井以接入管道，則施工難度較大，且施工對下方地鐵影響較大。

綜上所述，將d1 800管道的頂管接收井設置在d2 200管道上，在接收井內新建包管井，新建管道與現狀d2 200管道通過新建的包管井相接。

2.2 基坑設計

為減小對交通的影響，降低施工風險，該接收井分兩個基坑進行開挖，其中南側基坑深8.76 m，北側基坑深6.78 m。基坑圍護選用?600@750的鉆孔灌注樁，在北側和南側基坑之間設置一排灌注樁，止水帷幕采用?700@500雙軸水泥土攪拌樁，坑底和現狀d2 200管道處采用 ?3 200 MJS旋噴樁進行加固。南側基坑采用一道鋼筋混凝土支撐、兩道鋼支撐；北側基坑采用一道鋼筋混凝土支撐、一道鋼支撐。基坑的平面圖和剖面圖如圖1、圖2所示。

圖1 頂管接收井基坑平面圖（單位：mm）

圖2 頂管接收井基坑剖面圖（單位：mm）

基坑主要以止水為主，水泥土攪拌樁止水帷幕進入相對不透水層，坑底5 m內MJS旋噴樁滿堂加固，形成封閉止水帶，坑內地下水采用明排。

2.3 基坑及管道接入施工步驟

（1）施工止水帷幕、灌注樁、坑底及現狀管道下加固，在灌注樁與止水帷幕間隙壓密注漿。

（2）南側基坑開挖并依次設撐。

（3）開挖至坑底后澆筑南側檢查井底板及井壁，并依次拆撐。

（4）d1800頂管頂入，取出機頭。

（5）南側檢查井覆蓋預制蓋板，回填，其上恢復交通。

（6）北側基坑開挖至現狀d2 200管道處，對現狀d2 200管采取吊管保護，期間依次設撐。

（7）北側基坑開挖至坑底，澆筑北側檢查井底板及井壁，并依次拆撐。

（8）待北側檢查井底板達到設計強度后，拆除第一道鋼支撐。

（9）北側檢查井達到設計強度后，在中間排灌注樁以及對應井壁位置開孔，安裝連通管。

（10）割斷現狀的d2 200管道，割除作業在晴天進行，同時d2 200管道臨時斷水，斷水區間需采用臨時調水措施。

（11）覆蓋北側檢查井蓋板，回填并恢復交通。

3 管道保護方案

3.1 管道保護標準

管道的位移限值不僅與管道的管材、接口方式有關，也應考慮管線施工時的初始變形以及使用期間管線的長期沉降等因素[1]。劉月梅[2]提出既有管線在基坑施工時的位移、沉降每次不得超過3 mm，累計不超過10 mm。上海市《基坑工程施工監測規程》（DG/TJ 08-2001—2016）[3]規定剛性管道位移的監測報警值累計量不超過10～30 mm，變化速率不超過2～3 mm。該工程中d2 200合流管為排水干管，綜合考慮管線重要性等因素后，確定該管道的保護標準為位移不超過10 mm。

3.2 管道保護措施

對現狀d2 200管道的保護包括三個方面：一是減小基坑開挖對其的影響；二是施工過程中對現狀d2 200管道進行監測；三是基坑開挖期間對其吊管的保護。

3.2.1 減小基坑開挖影響措施

（1）控制基坑變形，基坑按環境保護等級一級[4]進行設計，有效控制圍護結構的位移是保證地下管線安全性的關鍵[5]，施工過程中嚴密監測基坑的圍護樁變形。

（2）采用雙軸攪拌樁止水帷幕、MJS旋噴樁坑底加固等輔助措施。其中，MJS旋噴樁直徑為3.2 m，保證d2 200管底下搭接不小于300 mm。

（3）不進行坑外降水，坑內明溝排水。

3.2.2 現狀d2 200管道監測

在施工期間對現狀d2 200管線的水平和豎向位移進行監測，監測點間距在5～10 m。其中，基坑開挖深度兩側1.5倍范圍內應布設直接點，1.5倍范圍外應布設模擬點。如管道位移變化速率達到2 mm/d或者位移累計值達到10 mm時，應進行報警。

3.2.3 吊管保護

北側基坑開挖期間需對d2 200現狀合流管進行吊管保護，進行吊管保護前需先通過開挖樣槽確定坑內現狀管道的管節位置，根據管節位置確定吊管方案，每根管節不少于兩個吊點。

4 管道影響分析

4.1 有限元模型建立

4.1.1 土體本構模型與參數

土體采用莫爾-庫倫本構模型。計算中各圖層的重度、黏聚力、摩擦角等參數按勘察報告。

4.1.2 結構參數

?600@750的灌注樁根據抗彎模量相等原則簡化為460 mm的鋼筋混凝土墻，結構材料參數根據材料類別取相應參數，支撐按照型鋼型號選取。

4.1.3 網格劃分

計算區域：幾何模型寬度為基坑以外3倍以上開挖深度范圍；計算深度為坑底以下3倍以上開挖深度范圍。對兩側垂直邊界施加水平向約束，底部水平邊界施加垂直向約束。有限元模型如圖3所示。

圖3 有限元模型

4.1.4 施工工況模擬

為了反映初始應力狀態及基坑開挖的施工過程，此次計算在土體初始應力場的基礎上，模擬各相應土層的開挖和支撐的加設。考慮北側基坑開挖至管底后，d2 200合流管已采用吊管保護，此時坑內管道的變形與基坑施工無直接關系，因此有限元模擬至北側基坑開挖至d2 200合流管管底為止。

4.2 有限元計算結果

經有限元計算，d2 200合流管的水平位移圖和豎向位移圖如圖4、圖5所示。

圖4 d2 200管道水平位移圖

圖5 d2 200管道豎向位移圖

通過有限元分析，d2 200現狀合流管在施工期間管道的水平最大位移為0.47 mm，豎向最大位移為3.0 mm，變形均在管道保護標準范圍內。

5 結 語

本文結合實際工程，給出了頂管施工的排水管接入現狀排水干管的接入方案以及對現狀排水干管的保護方案，并通過有限元對施工過程進行了模擬。模擬結果表明，在本文提出的接入和保護方案下，現狀排水干管變形控制在保護標準范圍內，本文提出的管道接入和保護方案可行。管道接入與保護涉及設計、施工及監測等多方面，應綜合考慮多方面因素。本文對于類似的管道接入工程具有一定的借鑒參考意義。