市政道路排水管網工程施工及其技術研究

文｜福建雙林建設有限公司 林小清

1 市政道路排水管網施工概述

1.1 排水管網的重要性分析

排水管網施工作為市政道路工程的重要組成部分，其在工程造價、施工難度以及施工時間上都占據著整個市政道路工程的前列。根據我國的城市排水體制，城市中的排水管網是由雨水管網和污水管網等兩大組成部分共同組成，其中雨水管網負責收集自然降雨期間城市中所產生的地表徑流，并通過雨水管網系統向自然河道等受納地排放；而污水管網則負責收集城市中生活生產所產生的各類污水，并將其運送至污水處理廠。如若城市中缺乏上述兩項管網系統，城市中不僅會受到嚴重的內澇影響，而且大量污水也會四處流淌極大地影響到城市環境。

1.2 排水管網施工分類及其適用范圍分析

通過對目前使用性較為廣泛的排水管網施工工藝進行歸納和總結，其按照施工過程中是否需要對地面進行開挖作業這一條件，分為開挖型施工工藝與非開挖型施工工藝。其中開挖型施工工藝十分傳統，其在鋪設管網時挖掘一條足夠寬且足夠深的基槽用于放置雨污水管線；而非開挖型施工工藝通常不開挖或少量開挖地面便可開展施工作業，例如頂管法、盾構法、水平定向鉆法等。

開挖型施工工藝由于造價相對低廉且對施工工藝要求較低，十分適合部分新建區域的管網施工，非開挖型施工工藝對于施工場地周邊環境影響較小且能夠克服較為復雜的地下構筑物分布，適用于道路改擴建項目。

2 項目概況

本項目屬于廈門市體育中心周邊道路改造工程，項目實施范圍內道路全長2.2 公里，其中各類排水管道全長5 公里，鑒于本次工程為城區范圍內的道路改建項目的附屬工程，在項目實施中根據現場實際情況將排水管網施工分為非開挖型施工與開挖型施工兩大部分。

3 非開挖型排水管網工程施工技術研究

3.1 施工難點分析

在本項目中所布置的非開挖型排水管網施工均位于建筑物較為密集，且地下各類管線錯綜復雜的區域。鑒于非開挖型排水管網施工工藝除了起止點及中繼井的作業面處有部分開挖外，其余管線施工均在地下進行，全程都無法用肉眼對施工情況進行觀察，無論是管道頂進方向還是頂進的深度均必須通過鉆頭的鉆速進行控制，故施工難點在于管線跟蹤與調整。同時，管道在頂進過程中不僅需要注入泥漿進行減阻潤滑，而且還需要利用泥漿的壓力來應對周邊土壤的擠壓力，這也是非開挖型管線施工的難點之一。

3.2 地下構筑物排查

非開挖型排水管網施工中通常都在采取地下鉆進作業，其在施工過程中無法對地下設施進行全面的排查，而市政道路在建設過程中難免會遇到與現有道路之間的交匯，這就造成了非開挖型管道施工中經常會遇到各類管線和其他構筑物，如果事前未能及時地排查出管道頂進段下方的構筑物，有可能會造成鉆頭斷裂或其他構筑物破損等施工質量事故。

其一，在正式施工前可向當地城建檔案館調閱管網沿線現有管線及其他構筑物的竣工資料，亦可在當地新聞媒體上將施工情況予以公告以便沿線的管線與構筑物所有單位知曉施工內容后及時告知施工方。同時，在施工圖審查期間可邀請市政管網、電力電信、供熱供氣等相關單位再次對沿線地下既有設施的分布情況進行專題會商，從而起到查漏補缺的作用。

圖1 頂管技術示意圖

其二，可在排水管線頂進的方向上適當布設少量豎向探測孔，如既有道口兩側、管位轉向處等，兩處探測孔的間距不得超過200m，通過探測孔可進一步了解現有地下構筑物的走向。

其三，在頂進作業前還可使用各類探測儀器對下個構筑物進行全面的探測，如使用金屬探測儀可發現埋藏在地下的各類金屬管線以及混凝土構件中的配筋；水聽器則可通過辨別管道中液體流動的聲音來判斷管網的走向；探測聲吶可對各類管線進行“外科手術式”的掃描。同時，探測聲吶還可結合GPS 定位技術可直接將探測出的各類管線利用編輯軟件進行處理，從而在地形圖上標記各類管線的走向、管徑、埋深等數據。

3.3 管位調整

在管道頂進的過程中會因地下土質劇烈變化、遭遇無法穿透的構筑物等原因產生一定的管位偏移，故為了減少施工對周邊環境的影響需要對管線管位進行實時調整。在施工過程中應當對鉆進作業進行全程的跟蹤監管，如遇到管位突然發生大幅度的變化則需要通過各類技術手段來判斷造成管位偏移的原因，并采取一定措施予以調整。

本項目在管道頂進的過程中曾經遭遇過地下空鼓和局部砂質土壤，由于管道內的泥漿無法提供足夠的壓力來支撐起周邊土壤，施工人員當時也采取了加大泥漿壓強和灌注量的應急措施期望對空鼓段和砂質土壤起到加強支護的目的，但在采取上述措施后頂管位移幅度加劇，不得不立即停止施工。后經過設計人員的商討決定采用空壓機向管道頂端輸送部分發泡固化劑劑，通過旋噴管道所噴射的固化劑可滲透到地下空鼓或砂質土壤內容，進而在固化過程中形成穩定度較好的毛細組織，待固化劑完全固化后再進行鉆進作業便可順利穿越地下空鼓或砂質土壤區。在局部空鼓或砂質土壤面積較大，還曾出現在灌注大量固化劑后區域內土壤結構依舊十分松散，此時施工人員將鉆頭推出，并將一段長度超過空鼓區域鋼管插打入空鼓區或砂質土壤區，并以此來作為頂進作業的“支護”繼續完成剩余頂進作業量。

另外，在本項目施工過程中管道頂進時還遇到其他管道或構筑物，施工人員立即停止鉆進作業并將鉆頭后退出一定安全距離，隨后利用聲吶裝置對管線或構筑物的位置和大小進行測量，并按照頂管作業規范以一定坡度下降至障礙物底部或向左右兩側避讓構筑物。在避讓障礙物后管位應在最短距離內回到原來的管位，以免進一步擴大偏離距離。

3.4 注漿減阻

頂管作業時管道內部泥漿不但能起到支護管道的作用，而且其在頂進作業時發揮減阻潤滑的作用。鑒于膨脹土在與水混合后期重量可達到原重量的六至七倍，其經過充分的攪拌后即可呈現出絮凝狀的流質，當膨脹土泥漿與管壁充分接觸后便可形成一層潤滑層，達到降低頂進助力的作用。為了保證泥漿具有更好的和易性，可在其中添加少量純堿、纖維素或緩凝劑。

在頂管作業期間為避免管道坍塌必須始終保持管道內有足夠壓強的泥漿，因泥漿在作業期間會存在一定的流失或滲透，故應當不斷觀察泥漿池中的泥漿儲備量，一旦出現泥漿不足則必須及時進行補充。在注漿開始前應對輸送管道和噴頭進行仔細檢查，以免管道或噴頭堵塞而導致注漿量不足。同時，作業期間應當根據管線所處的地形、土質、地下水位等情況的變化及時調整泥漿配備、壓強和輸送量，在出漿口應設置單項止回閥以防止泥漿回流到管道內。由于部分管道頂進長度過長，為了確保泥漿有足夠的壓強可在頂進管位的中途設置中繼泵來穩定注漿的壓力。頂管作業完成后應當使用純水泥漿對管道內的觸變泥漿進行灌洗，從而降低管線的沉降量。

4 開挖型排水管網工程施工技術研究

4.1 施工難點分析

雖然非開挖型排水管網施工工藝適應性較強，但其所使用的鉆頭大小有所限制，通常情況下只能滿足直徑在1000mm 以下的管線施工需求，而本項目中有一條直徑在2000mm 的排水干管只能依靠開挖型排水管網施工工藝進行實施。在開挖型排水管網施工過程中，對其影響較大的因素主要為地下水位高度、基坑開挖深度、管線回填質量、管道接縫等。

4.2 基坑排水

項目所在地的地下水位普遍較高，在開挖型排水管網基坑開挖過程中勢必會產生大量的地下水滲漏，如不及時對其進行處理將會大大延緩基坑開挖進度，地下水長期浸泡基坑后還會引發基坑坍塌等一系列工程事故。

在組織基坑排水時首要全面掌握水位資料，并根據相關資料成果編制出切實可行的基坑降水方案。通常情況下通過在基坑內布置排水溝、集水井以及潛水泵等設施可保證基坑內地下水及時排除，但如施工期處于雨季時大量的地表徑流會大大增加基坑內的積水量，因此在無特殊情況下建議將基坑開挖時間安排在當地降水量較小的季節進行。在利用排水溝組織排水時排口溝應當朝向集水井進行放坡以免出現排水不暢的情形，部分有條件的地區還可在排水溝上覆蓋排水板以減少基坑內淤泥對排水溝的堵塞。同時，基坑內的集水井一般布置在基坑四周，如部分基坑長度較大則可在基坑中部增設幾處集水井，集水井的大小應當與基坑的排水量和潛水泵的功能相匹配，在滿足潛水泵滿負荷運作的條件下盡可能地控制基坑大小和深度。

對于部分基坑排水需求量大或施工期遭遇頻繁降雨，除了提高集水井體量和增加潛水泵功率等措施外，采取階梯式降水策略也有助于提高基坑排水效率。此項措施便是在基坑主要地表徑流或地下水滲透方向上距離基坑外側3 至5m 范圍內開挖一條深度1.5m、寬度30 至50cm 的排水邊溝，從而形成“二次排水”的效果大大減少直接流入基坑內地表徑流或地下水的流量。

4.3 基坑支護

基坑支護作為保護基坑開挖及后續管道鋪設期間基坑安全穩定的安全措施，一旦基坑坍塌輕則造成施工中斷和部分返工，大規模的塌方還將危及在基坑內部作業的施工人員。同時，由于排水管網的基層多呈帶狀布置，其基坑的寬度無法按照逐步放坡的方法來保持基坑邊坡的穩定性，通常采用插打松木樁、鋼板樁來形成一道垂直方向上的擋土構筑物，將基坑周邊土壤的側向壓力通過松木樁或鋼板樁來傳遞給基坑下方的基層。

在地質條件允許的前提下施工單位通常會選擇松木樁作為樁式支護材料，在采用松木樁進行支護時應當根據基坑開挖的深度和當地的地質條件來確定松木樁的梢徑、長度以及插打的密度。松木樁的梢徑和長度越大，其采購價格越大，出于施工成本的考量在需要使用長度超過了過8m 或梢徑超過35cm 的松木樁時，可采用鋼板樁進行代替。同時，鋼板樁在部分基坑底部碎石含量較大的區域進行施工時，其便利性遠超過松木樁，而新近研發的互鎖式密打松木樁還可起到一定的擋水作用。在進行插打作業時可采用振動式或錘擊式作業機械，雖然振動式插打機械的施工效率略高于錘擊式，但其對基坑周邊既有構筑物的影響較大，容易在施工過程中造成周邊區域地基沉降，故在基坑周邊既有建筑物過近時應當采用錘擊式設備插打松木樁或鋼板樁。另外，在拔除松木樁或鋼板樁支護時一般采用振動式拔除設備，其通常會對周邊地質情況產生一定影響，為了保證基坑周邊構筑物的穩定性，部分區域可采用“割樁”的形式減少地基沉降。

4.4 基坑回填

開挖型管道鋪設完成后需要對所開挖的基坑進行徹底的回填，所形成的回填土能起到分散地面荷載、保護內部管線以及支撐管道基坑的作用。我國北方地區基坑開挖時所產生的土方經過嚴格的過篩后可少量用于基坑回填，而在南方地區基坑開挖中所產生的大量淤泥質土則不得重新回填。在回填時基坑底部應當采用級配碎石進行回填，利用施工機械沿著基坑壁緩慢地傾倒入基坑或沿著特制的滑坡道滑入基坑內，從而減少對基坑內管道的沖擊使其產生位移甚至傾覆，帶級配碎石回填到距離管道底部5cm 時需以人工作業的形式對管道底部的級配碎石進行壓實，以免底部形成空鼓。每回填30cm 厚度的級配碎石需靜置2 天后方可進行上層回填施工，集配碎石回填高度不得超過50cm。在集配碎石的上層可采用透水性好的黃沙進行回填，由于下沉的配碎石墊層具有較大的空隙度，故回填黃沙時需靜置數日使部分黃沙能夠滲透進級配碎石的空隙中，如發現黃沙墊層厚度有所下降則繼續回填部分黃沙使之達到規定要求。黃山回填完畢后可在其上方繼續鋪設黃土，期間所使用的黃土需經過3 輪過篩從而去除其中的樹根、垃圾、石塊等雜物。在基坑回填過程中嚴禁采用碾壓設備對回填土方進行壓實作業，盡可采用人工夯實的方法對回填土方進行處理。

圖2 基坑支護

5 結語

排水管網與城市居民的日常生活息息相關，其也成為保障市民正常生活生產的必要設施，隨著城市化水平的不斷提高，在其中新建或改擴建各類排水管線的難度將進一步加大，故必須不斷改進現有的施工技術才可保證排水管網的施工質量。

圖3 基坑回填