山城市政道路配套污水管道頂管設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析

方俐

（重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 401121）

0 引言

城市的發(fā)展和人口的增加為城市污水管網(wǎng)建設(shè)提供了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。 近年來(lái)，國(guó)家各部委陸續(xù)印發(fā)相關(guān)文件，以推動(dòng)污水收集和處理設(shè)施的改造及建設(shè)。 目前，污水管道的施工方法包括開(kāi)槽施工與不開(kāi)槽施工（頂管法、盾構(gòu)法、淺埋暗挖、定向鉆及夯管法等）。 隨著科學(xué)技術(shù)的革新，污水管道的頂管施工技術(shù)日益成熟，這給設(shè)計(jì)帶來(lái)了多樣化的優(yōu)化方案。

1 工程概況

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)尚未開(kāi)發(fā)建設(shè)，區(qū)域主要為自然山體、河流、農(nóng)田， 零星分布有少量民房。 原始地形起伏較大， 最高標(biāo)高275 m，最低標(biāo)高170 m，高差105 m。 道路長(zhǎng)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(dú)立雙洞，雙向六車(chē)道，左右線(xiàn)隧道設(shè)計(jì)線(xiàn)最小間距19.8 m，左線(xiàn)隧道長(zhǎng)287.744 m，右線(xiàn)隧道長(zhǎng)251.424 m，隧道位于道路曲線(xiàn)段。

根據(jù)規(guī)劃資料，項(xiàng)目中的污水管道基本沿道路走向。 本次污水管道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約2.57 km，主管管徑為D 400 mm，管線(xiàn)埋深為2 m～38 m。 全線(xiàn)污水分為2 個(gè)系統(tǒng)，其中A 系統(tǒng)埋深為2.4 m～9.5 m，B 系統(tǒng)埋深為2 m～38 m。 該項(xiàng)目約有300 m 管道埋設(shè)深度大于10 m。

地勘資料顯示，B 系統(tǒng)管段所在的地層基本為泥巖、砂巖。考慮到B 系統(tǒng)開(kāi)挖困難（此段道路為隧道）、施工條件復(fù)雜、埋設(shè)隧道內(nèi)危險(xiǎn)性較大、維修時(shí)影響交通，結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，將此段改線(xiàn)后沿隧道外側(cè)敷設(shè)，并采用頂管施工。

2 污水管道頂管設(shè)計(jì)

2.1 頂管段地形地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地屬淺丘剝蝕斜坡地貌，穿越一小矮丘，場(chǎng)地大部分地段被第四系殘坡積粉質(zhì)粘土覆蓋，局部地段基巖出露。 頂管起點(diǎn)段地形坡度22°～25°，中部為場(chǎng)地內(nèi)最高點(diǎn)且地形坡度較陡，兩側(cè)地形相對(duì)較緩，頂管終點(diǎn)段地形坡度20°～24°，局部呈陡坎，最高點(diǎn)標(biāo)高為274.61 m，最低點(diǎn)標(biāo)高為214.12 m，相對(duì)高程約60.49 m。

場(chǎng)地位于大盛場(chǎng)向斜東翼， 無(wú)斷層通過(guò)。 巖層呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為291°∠60°，局部充填泥質(zhì)，結(jié)合程度差，為硬性結(jié)構(gòu)面。 場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工填土、殘坡積粉質(zhì)粘土、殘坡積塊石土及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖、砂巖。

2.2 片區(qū)排水分析

擬建場(chǎng)地屬淺丘斜坡地貌， 有利于地表水及地下水的排泄。場(chǎng)地內(nèi)泥巖為相對(duì)隔水層。其地下水主要為強(qiáng)風(fēng)化基巖的風(fēng)化裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。 場(chǎng)地土層及基巖強(qiáng)風(fēng)化帶在雨季可能存在季節(jié)性上層滯水， 雨季施工時(shí)有可能對(duì)工程有一定影響。 片區(qū)地勢(shì)為東高西低，東側(cè)為山體、西側(cè)為河流及其支流；南北方向?yàn)橹虚g高南北低，故雨水總體走向?yàn)橹虚g向南北兩側(cè)， 然后由東至西接入下游道路雨水系統(tǒng)，最終排入河流。 污水管道頂管段位于片區(qū)北側(cè)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(tǒng)，最終匯入位于項(xiàng)目西北方向的已建污水處理廠(chǎng)。

2.3 污水頂管段設(shè)計(jì)

分離式單拱隧道東西向延伸， 左線(xiàn)隧道長(zhǎng)281.744 m，右線(xiàn)隧道長(zhǎng)251.424 m，洞內(nèi)凈寬14.25 m，單向三車(chē)道。 本次設(shè)計(jì)污水管道沿隧道敷設(shè)， 與隧道外側(cè)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為15 m， 覆土最高達(dá)38 m， 故考慮該段污水管道實(shí)施采用頂管方式。 通過(guò)計(jì)算及規(guī)范要求， 本段管徑采用d 800 mm， 坡度為2.1%，設(shè)置2 個(gè)工作井及2 個(gè)接收井。

3 污水管道頂管段優(yōu)化分析

3.1 頂管工作井優(yōu)化

頂管施工的工程費(fèi)用與頂管的頂進(jìn)長(zhǎng)度有關(guān)， 頂進(jìn)長(zhǎng)度越長(zhǎng)工程費(fèi)用越高，但頂管井的數(shù)量相應(yīng)減少。 同樣，若縮短頂管井之間的距離，雖然頂管工程費(fèi)用降低，但頂管井?dāng)?shù)量增加，工程費(fèi)用亦隨之增加，因此需對(duì)其進(jìn)行綜合比較分析。

頂管段全長(zhǎng)約300 m， 且與隧道結(jié)構(gòu)最小水平距離為15 m。 將頂管段分為2 段，中間1 個(gè)接收井，起止點(diǎn)為工作井。 較之在起止點(diǎn)中間設(shè)置1 個(gè)工作井與1 個(gè)接收井的方案更合理。 接收井在施工完成后可優(yōu)化為通氣井。

在滿(mǎn)足工作面和使用功能的前提下，為便于現(xiàn)場(chǎng)施工，節(jié)約造價(jià)，結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)后將結(jié)構(gòu)外尺寸由7.8 m×4.3 m 調(diào)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(zhì)情況下的采用，安全性高。 可通過(guò)減少修建工作井的數(shù)量和減小工作井尺寸來(lái)降低造價(jià)，加快施工進(jìn)度，并減小施工難度。

3.2 頂管管徑優(yōu)化

接收井深度達(dá)38.3 m， 屬于超深井。 施工時(shí)存在如下問(wèn)題：①該段隧道爆破震動(dòng)容易落石，對(duì)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(jìn)場(chǎng)便道上，施工時(shí)影響材料進(jìn)場(chǎng)等操作；③施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高，管道空間狹小、埋深大，不便于施工人員施工；④井深帶來(lái)檢修不便，建成后利用率不高；⑤施工進(jìn)度慢，影響整體工期。

基于上述原因，頂管段管徑由原設(shè)計(jì)的D 800 mm 調(diào)整為D 1200 mm。施工過(guò)程中施工人員及建成后檢修維護(hù)人員均可進(jìn)入管道進(jìn)行實(shí)施或檢修，相對(duì)較為方便和安全。

3.3 頂管管道坡度優(yōu)化

為保證施工更好地控制精度、 利于施工人員在通道內(nèi)運(yùn)輸及作業(yè)，坡度不宜過(guò)大；但為了保證污水管頂管工程的運(yùn)行安全和疏浚順暢，頂管坡度不宜過(guò)緩。

結(jié)合本工程實(shí)際情況， 將排水縱坡由2.1%調(diào)整為0.6%，同時(shí)保證下游坡度大于等于上游坡度。設(shè)計(jì)上游坡度為0.3%，下游坡度為2.38%， 經(jīng)過(guò)計(jì)算滿(mǎn)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(jìn)一步保證頂管段管道的排水順暢， 頂管段與上下游開(kāi)挖段管道銜接采用管底平接，并在頂管段前設(shè)置沉泥井。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)發(fā)展， 排水設(shè)計(jì)理念與方法的提高為排水施工的創(chuàng)新提供了有利條件， 同時(shí)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。綜上優(yōu)化，工程總投資從原來(lái)的189.2 萬(wàn)元下降至183.4萬(wàn)元，減少了將近6 萬(wàn)元，通過(guò)頂管段整體設(shè)計(jì)優(yōu)化達(dá)到節(jié)約造價(jià)的目的。 本項(xiàng)目的污水管道頂管段管徑的優(yōu)化及采用管底平接的方式， 突破了以往設(shè)計(jì)對(duì)于管道不同管徑的管道銜接的變化習(xí)慣。 頂管工作井的尺寸調(diào)整、逆作法的施工方法、接收井兼做檢查井的做法等，對(duì)類(lèi)似工程極具借鑒作用，有助于推動(dòng)城市建設(shè)進(jìn)程。