山城市政道路配套污水管道頂管設計及優化分析

方俐

（重慶市交通規劃勘察設計院有限公司 重慶 401121）

0 引言

城市的發展和人口的增加為城市污水管網建設提供了挑戰與機遇。 近年來，國家各部委陸續印發相關文件，以推動污水收集和處理設施的改造及建設。 目前，污水管道的施工方法包括開槽施工與不開槽施工（頂管法、盾構法、淺埋暗挖、定向鉆及夯管法等）。 隨著科學技術的革新，污水管道的頂管施工技術日益成熟，這給設計帶來了多樣化的優化方案。

1 工程概況

項目區域內尚未開發建設，區域主要為自然山體、河流、農田， 零星分布有少量民房。 原始地形起伏較大， 最高標高275 m，最低標高170 m，高差105 m。 道路長度約2.57 km，其中有一段為分離式單拱隧道1 座，隧道采用上、下行分離式獨立雙洞，雙向六車道，左右線隧道設計線最小間距19.8 m，左線隧道長287.744 m，右線隧道長251.424 m，隧道位于道路曲線段。

根據規劃資料，項目中的污水管道基本沿道路走向。 本次污水管道設計長度約2.57 km，主管管徑為D 400 mm，管線埋深為2 m～38 m。 全線污水分為2 個系統，其中A 系統埋深為2.4 m～9.5 m，B 系統埋深為2 m～38 m。 該項目約有300 m 管道埋設深度大于10 m。

地勘資料顯示，B 系統管段所在的地層基本為泥巖、砂巖。考慮到B 系統開挖困難（此段道路為隧道）、施工條件復雜、埋設隧道內危險性較大、維修時影響交通，結合地質勘查報告經過技術經濟比較后，將此段改線后沿隧道外側敷設，并采用頂管施工。

2 污水管道頂管設計

2.1 頂管段地形地質條件

擬建場地屬淺丘剝蝕斜坡地貌，穿越一小矮丘，場地大部分地段被第四系殘坡積粉質粘土覆蓋，局部地段基巖出露。 頂管起點段地形坡度22°～25°，中部為場地內最高點且地形坡度較陡，兩側地形相對較緩，頂管終點段地形坡度20°～24°，局部呈陡坎，最高點標高為274.61 m，最低點標高為214.12 m，相對高程約60.49 m。

場地位于大盛場向斜東翼， 無斷層通過。 巖層呈單斜產出，巖層產狀為291°∠60°，局部充填泥質，結合程度差，為硬性結構面。 場地內地層自上而下依次為：第四系全新統人工填土、殘坡積粉質粘土、殘坡積塊石土及侏羅系中統沙溪廟組泥巖、砂巖。

2.2 片區排水分析

擬建場地屬淺丘斜坡地貌， 有利于地表水及地下水的排泄。場地內泥巖為相對隔水層。其地下水主要為強風化基巖的風化裂隙水，主要由大氣降水補給，水文地質條件簡單。 場地土層及基巖強風化帶在雨季可能存在季節性上層滯水， 雨季施工時有可能對工程有一定影響。 片區地勢為東高西低，東側為山體、西側為河流及其支流；南北方向為中間高南北低，故雨水總體走向為中間向南北兩側， 然后由東至西接入下游道路雨水系統，最終排入河流。 污水管道頂管段位于片區北側穿越小矮丘處，污水總體走向由東至西接入下游道路污水系統，最終匯入位于項目西北方向的已建污水處理廠。

2.3 污水頂管段設計

分離式單拱隧道東西向延伸， 左線隧道長281.744 m，右線隧道長251.424 m，洞內凈寬14.25 m，單向三車道。 本次設計污水管道沿隧道敷設， 與隧道外側結構最小水平凈距為15 m， 覆土最高達38 m， 故考慮該段污水管道實施采用頂管方式。 通過計算及規范要求， 本段管徑采用d 800 mm， 坡度為2.1%，設置2 個工作井及2 個接收井。

3 污水管道頂管段優化分析

3.1 頂管工作井優化

頂管施工的工程費用與頂管的頂進長度有關， 頂進長度越長工程費用越高，但頂管井的數量相應減少。 同樣，若縮短頂管井之間的距離，雖然頂管工程費用降低，但頂管井數量增加，工程費用亦隨之增加，因此需對其進行綜合比較分析。

頂管段全長約300 m， 且與隧道結構最小水平距離為15 m。 將頂管段分為2 段，中間1 個接收井，起止點為工作井。 較之在起止點中間設置1 個工作井與1 個接收井的方案更合理。 接收井在施工完成后可優化為通氣井。

在滿足工作面和使用功能的前提下，為便于現場施工，節約造價，結合專家意見后將結構外尺寸由7.8 m×4.3 m 調整為5.5 m×3.6 m。 施工井的施工方法采用逆作法，非常適合在巖石地質情況下的采用，安全性高。 可通過減少修建工作井的數量和減小工作井尺寸來降低造價，加快施工進度，并減小施工難度。

3.2 頂管管徑優化

接收井深度達38.3 m， 屬于超深井。 施工時存在如下問題：①該段隧道爆破震動容易落石，對井下施工人員造成重大安全隱患；②接收井剛好位于施工進場便道上，施工時影響材料進場等操作；③施工難度大、安全風險高，管道空間狹小、埋深大，不便于施工人員施工；④井深帶來檢修不便，建成后利用率不高；⑤施工進度慢，影響整體工期。

基于上述原因，頂管段管徑由原設計的D 800 mm 調整為D 1200 mm。施工過程中施工人員及建成后檢修維護人員均可進入管道進行實施或檢修，相對較為方便和安全。

3.3 頂管管道坡度優化

為保證施工更好地控制精度、 利于施工人員在通道內運輸及作業，坡度不宜過大；但為了保證污水管頂管工程的運行安全和疏浚順暢，頂管坡度不宜過緩。

結合本工程實際情況， 將排水縱坡由2.1%調整為0.6%，同時保證下游坡度大于等于上游坡度。設計上游坡度為0.3%，下游坡度為2.38%， 經過計算滿足上游流速小于下游流速，避免因管徑增大流速變小引起的淤積。 為進一步保證頂管段管道的排水順暢， 頂管段與上下游開挖段管道銜接采用管底平接，并在頂管段前設置沉泥井。

4 結語

隨著技術發展， 排水設計理念與方法的提高為排水施工的創新提供了有利條件， 同時為社會經濟的發展起到了促進作用。綜上優化，工程總投資從原來的189.2 萬元下降至183.4萬元，減少了將近6 萬元，通過頂管段整體設計優化達到節約造價的目的。 本項目的污水管道頂管段管徑的優化及采用管底平接的方式， 突破了以往設計對于管道不同管徑的管道銜接的變化習慣。 頂管工作井的尺寸調整、逆作法的施工方法、接收井兼做檢查井的做法等，對類似工程極具借鑒作用，有助于推動城市建設進程。