南淝河中游重點(diǎn)排口初雨污染控制工程新技術(shù)總結(jié)與分析

夏倫學(xué)

（合肥市排水管理辦公室，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

本工程截流工程起點(diǎn)為和平路礦機(jī)南泵站，終點(diǎn)為巢湖南路西李郢泵站，沿線(xiàn)截流礦機(jī)南泵站、二里河、池郢泵站、西李郢箱涵初期雨水；管線(xiàn)全長(zhǎng)約2.4km，管道埋深現(xiàn)狀地面以下18m，最大管徑3m，施工過(guò)程中在安徽省首次采用大管徑、長(zhǎng)距離曲線(xiàn)頂管技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管線(xiàn)兩次穿越南淝河目標(biāo)。調(diào)蓄工程由調(diào)蓄池、進(jìn)水泵房、除臭間組成，均為地埋式，建成后地上空間利用為濱河公園。調(diào)蓄池位于銅陵路橋與巢湖南路交口東北側(cè)，緊鄰南淝河5m，最大埋深14.8m，容量5 萬(wàn)m3，為安徽省目前首座最大單體容量調(diào)蓄池。

2 本工程施工難點(diǎn)分析

2.1 截流工程難點(diǎn)

1.截流管線(xiàn)穿越老城區(qū)，兩次穿越南淝河。南淝河歷經(jīng)多次改道、自然沖刷、人工拓寬形成目前河道現(xiàn)狀，歷次治理河道中保留的木樁、砌石擋墻、混凝土灌注樁擋墻因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，無(wú)法勘察具體位置，截流管頂進(jìn)施工充滿(mǎn)未知性；截流管線(xiàn)穿越交通繁忙、建筑物密集的老城區(qū)，綠化、桿管線(xiàn)遷移量大，且施工場(chǎng)地受限；由于接駁點(diǎn)位于南淝河兩岸，截流管的貫通需要兩次橫穿南淝河，因南淝河流域地質(zhì)情況復(fù)雜、土質(zhì)較差，暫無(wú)頂管施工橫穿南淝河成功案例。

2.頂管穿越混凝土排樁。5#-28#管道頂管施工穿越南淝河北岸防洪墻樁基，樁基為三排φ400mm 的鋼筋混凝土灌注樁，管道與樁基交叉，管道需穿越破除樁基6 根。

3.19#-20#井頂管穿越直徑2m 污水管道。直徑3m截流主管穿越銅陵路，與現(xiàn)狀銅陵路2m 污水主管交叉，垂直凈距2.38m，原設(shè)計(jì)方案為頂管前注漿加固，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)三次試驗(yàn)，由于加固層土體密實(shí)度高，漿液無(wú)法注入。該老管道為南淝河左岸服務(wù)范圍內(nèi)唯一進(jìn)水主管，收水面積35.4km2，滿(mǎn)負(fù)荷情況下污水量約24 萬(wàn)m3/d，該管道的運(yùn)行狀況對(duì)片區(qū)的污水收集起到關(guān)鍵性作用，如何保證在頂進(jìn)過(guò)程中管道不受破壞是本工程難點(diǎn)之一。

4.頂管穿越河床沉積巖層。南淝河河道范圍內(nèi)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)報(bào)告中雖顯示管線(xiàn)所在土層為⑤粉土層，但在5#～10#井頂進(jìn)至18m 時(shí)，頂管機(jī)頭正前方遇到大量石塊，導(dǎo)致該段頂管無(wú)法正常施工。

2.2 調(diào)蓄工程難點(diǎn)

1.相鄰基坑影響。調(diào)蓄池基坑115.5m*59.5m，基坑深度14m；進(jìn)水泵房工程基坑為長(zhǎng)方形，沿南北向布局，基坑長(zhǎng)約40m，寬約30m，基坑深度23m。兩基坑相鄰最短距離僅為17.6m，在各自基坑影響范圍內(nèi)。

2.調(diào)蓄池與進(jìn)水泵房深基坑止水。本工程跨汛期施工，調(diào)蓄池和進(jìn)水泵房基坑緊鄰南淝河，最短距離僅為5 米，南淝河汛期水位為10.1m，調(diào)蓄池池底高程-1.73m，水位差11.83m；進(jìn)水泵房池底高程-8.9 高程，水位差19m。施工區(qū)域內(nèi)土層分布為透水性大的雜填土、淤泥和粉土（含細(xì)砂），透水率極高。

3.調(diào)蓄池深基坑支護(hù)。調(diào)蓄池基坑115.5m*59.5m，設(shè)計(jì)采用三道魚(yú)腹梁鋼支撐技術(shù)，該施工區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜且毗鄰南淝河，合肥暫無(wú)該技術(shù)使用的案例。

4.進(jìn)水泵房基坑支撐換撐與換撐。進(jìn)水泵房基坑平面尺寸31.8m*44.6m，深度23m，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)5 道鋼支撐，基坑開(kāi)挖至底層，內(nèi)部鋼支撐縱橫交錯(cuò)，支撐拆除與換撐制約主體結(jié)構(gòu)施工。

5.23 #截流井狹小空間導(dǎo)流。23#截流井井周邊原始桿管線(xiàn)較多，且處于巢湖南路上，附近居民比較集中，施工場(chǎng)地狹小，交通受限。每年6 月至9 月份西李郢泵站運(yùn)行正常排水流量在5m3/s；10 月份至次年5 月份，泵站在有臨時(shí)暴雨或間接性雨水期間需要正常運(yùn)行。

6.土方運(yùn)輸。本項(xiàng)目調(diào)蓄站與截流管頂管工程土方工程量約22 萬(wàn)m3，因項(xiàng)目周邊用地緊張，施工現(xiàn)場(chǎng)不具備堆土條件。土方工程施工跨越中高考期間，土方運(yùn)輸問(wèn)題制約本工程施工進(jìn)展[1]。

3 針對(duì)本工程施工難點(diǎn)的解決措施與新技術(shù)應(yīng)用

3.1 截流工程

3.1.1 大管徑、長(zhǎng)距離曲線(xiàn)頂管，解決導(dǎo)行難題

（1）為實(shí)現(xiàn)減少征拆面積、減輕對(duì)周邊居民交通出行影響、綠色施工目標(biāo)，通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)勘查，建設(shè)單位會(huì)同設(shè)計(jì)、施工單位，進(jìn)行管線(xiàn)線(xiàn)路優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)，通過(guò)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)和增設(shè)中繼間將工作井?dāng)?shù)量由27座減少至15 座；項(xiàng)目部通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)泥水平衡頂管工藝，成功完成曲線(xiàn)頂管1154m。該技術(shù)為安徽省首次采用泥水平衡式曲線(xiàn)頂管工藝進(jìn)行大管徑頂管施工，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

（2）針對(duì)5#井至28#井穿越南淝河頂管，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在沿管道頂進(jìn)方向上方鋪設(shè)防雨布，進(jìn)行黏土覆蓋，解決了因管頂覆土較淺和浮力較大導(dǎo)致河水倒灌的難題。

3.1.2 增設(shè)貝殼頭，解決穿越混凝土排樁難題

針對(duì)5 號(hào)井至28 井穿越南淝河混凝土排樁難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，借鑒TBM 工作原理，在泥水平衡頂管機(jī)頭前方設(shè)置貝殼頭研磨鋼筋混凝土排樁，同時(shí)在管道頂進(jìn)完成后對(duì)擋墻下部進(jìn)行注漿加固，防止了管道下方土體不均勻沉降。

3.1.3 采用MJS 工法樁加固技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有直徑2m污水管道

由于老管道下方為粉土層（混粉細(xì)砂），為了保證王小郢污水整體系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，并結(jié)合南淝河中游調(diào)蓄管d3000 管道的施工，擬采用MJS 工法樁對(duì)老管道正下方頂管層土體進(jìn)行加固。

3.1.4 旋挖鉆機(jī)鉆孔取石，解決穿越沉積巖層難題

針對(duì)穿越沉積巖層問(wèn)題，施工過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)勘，精準(zhǔn)定位巖層分布位置。頂管施工前，采用旋挖鉆機(jī)在機(jī)頭前方鉆孔，將石塊取出后回填黏土，解決了穿越沉積巖層的難題。

3.2 調(diào)蓄工程

3.2.1 科學(xué)計(jì)算+智慧監(jiān)測(cè)，解決相鄰基坑影響難題

為解決相鄰深基坑施工的影響，基坑施工前，我公司與設(shè)計(jì)單位采用GTS 軟件進(jìn)行了三維整體協(xié)同計(jì)算，對(duì)調(diào)蓄池及泵站基坑同時(shí)開(kāi)挖工況進(jìn)行模擬。且采用預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐技術(shù)，增強(qiáng)了水平支撐作用，減小了基坑變形，減少了相鄰基坑影響問(wèn)題，提高了基坑整體穩(wěn)定性。采用多功能監(jiān)測(cè)警報(bào)系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)支撐系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力，保障了支撐體系的有效性和安全性，顯著降低了支撐體系對(duì)基坑施工空間的影響，提高了基坑施工效率。同時(shí)調(diào)蓄池基坑在開(kāi)挖之前已將調(diào)蓄池抗拔樁施工完畢，避免開(kāi)挖后由于支護(hù)內(nèi)部鋼支撐的存在，在基坑底無(wú)法施工抗拔樁。項(xiàng)目部根據(jù)模擬工況，調(diào)整基坑支護(hù)與開(kāi)挖方案，確定了“調(diào)蓄池分區(qū)開(kāi)挖，進(jìn)水泵房慢開(kāi)挖、快支撐”開(kāi)挖與支護(hù)原則，同時(shí)在支撐構(gòu)件上安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警與報(bào)警。2019 年9 月22 日完成調(diào)蓄池15m 深基坑土方開(kāi)挖工作、2019 年10 月4 日完成進(jìn)水泵房23m 深基坑土方開(kāi)挖工作，為主體結(jié)構(gòu)施工爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間[2]。

3.2.2 高壓旋噴+新三軸攪拌樁，解決止水難題

我公司根據(jù)前期施工灌注樁繪制的詳細(xì)土層分布圖，對(duì)樁間高壓旋噴及外側(cè)三軸攪拌樁施工參數(shù)隨土層分布情況進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)對(duì)三軸攪拌樁機(jī)攪拌頭進(jìn)行二次改進(jìn)，解決了三軸攪拌樁機(jī)在硬質(zhì)土層中無(wú)法成樁的難題。基坑開(kāi)挖完成后，基坑內(nèi)壁無(wú)滲透點(diǎn)，有效止水，實(shí)現(xiàn)基坑安全。

3.2.3 預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐技術(shù)，鋼材重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)快速出土

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐技術(shù)，魚(yú)腹梁每層支撐安裝與挖土順序相同，必須等每塊區(qū)域支撐安裝結(jié)束后，且施加預(yù)應(yīng)力達(dá)到100%后，則該區(qū)域內(nèi)土體可開(kāi)挖至下一層，邊坡需預(yù)留；如工期較長(zhǎng)，建議每層所有支撐體系全部完成時(shí)，再挖下層土體，沿拱形桿件拋物線(xiàn)方向布設(shè)鋼絞線(xiàn)，通過(guò)在下層基坑土體開(kāi)挖前施加預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)鋼桁架的剛度，實(shí)現(xiàn)大幅限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移，為主體結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造較大廣闊空間；拆撐過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置素混凝土換撐帶及支撐，限制支撐變形，解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換支撐帶來(lái)的結(jié)構(gòu)防水難題。同時(shí)有效地控制深基坑的變形，保證施工安全，在施工過(guò)程中對(duì)調(diào)蓄池基坑支護(hù)采用的水平可調(diào)節(jié)拱形裝配式鋼支撐施工方法，可以明顯減小深層土體的水平位移累積量，在基坑繼續(xù)開(kāi)挖的過(guò)程中，深層土體的水平位移的變化速率明顯減緩，達(dá)到有效控制深基坑變形的效果。各類(lèi)鋼構(gòu)件可重復(fù)使用，施工成本較傳統(tǒng)混凝土支撐降低了23.5%，也有效保證了施工質(zhì)量。

3.2.4 逆作法拆換撐施工技術(shù)，解決基坑穩(wěn)定難題

進(jìn)水泵房基坑深度為23m，設(shè)置5 道鋼支撐，為解決傳統(tǒng)進(jìn)水泵房?jī)?nèi)部鋼支撐縱橫交錯(cuò)不便于主體結(jié)構(gòu)施工，我公司會(huì)同設(shè)計(jì)院進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，利用泵房隔墻作為傳力構(gòu)件，在縱向側(cè)墻隔墻位置增加混凝土傳力帶。

1.換撐順序。主體結(jié)構(gòu)底板施工→澆筑素混凝土換撐帶→拆除底層拱形梁裝配式支撐→安裝斜拋撐→主體結(jié)構(gòu)板墻施工→澆筑中間層傳力帶→拆除上層支撐。

2.澆筑素混凝土換撐帶。在主體結(jié)構(gòu)底板施工過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在底板與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間澆筑素混凝土傳力帶，素混凝土換撐帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除底層拱形梁裝配式支撐。

3.安裝斜拋撐、澆筑中間層傳力帶。（1）主體結(jié)構(gòu)底板施工完畢后，利用底板上設(shè)置的混凝土牛腿安裝斜支撐，斜支撐頂部位于結(jié)構(gòu)外墻內(nèi)側(cè)；考慮斜支撐與建筑物支撐架交叉，板墻進(jìn)行鋼筋安裝時(shí)，在板墻鋼筋中預(yù)埋支撐鋼板，用臨時(shí)排架支撐斜撐，保證板墻鋼筋不受斜支撐自重影響整體偏移；板墻模板安設(shè)后，斜支撐與板墻一起成型，待板墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除斜支撐臨時(shí)支撐。（2）板墻混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足拆模要求后，拆除中間層傳力帶處外模板，在外墻和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間澆筑傳力帶鋼筋混凝土[3]。實(shí)現(xiàn)換撐體系轉(zhuǎn)換同時(shí)不影響主體結(jié)構(gòu)施工的目標(biāo)。

3.2.5 研發(fā)導(dǎo)流式基坑支護(hù)新體系，解決狹小空間導(dǎo)流難題

23#截流井基坑開(kāi)挖前，通過(guò)在待開(kāi)挖基坑外圍施工內(nèi)外兩圈高壓旋噴樁并分別內(nèi)插H 型鋼，內(nèi)外圈樁體均設(shè)置混凝土冠梁，且內(nèi)外圈樁體間隔采用梁支撐連接，在樁間開(kāi)挖形成導(dǎo)流槽，原箱涵側(cè)壁開(kāi)孔，與導(dǎo)流槽之間相連形成導(dǎo)流。

雙層支護(hù)體系形成滿(mǎn)足連續(xù)自流能力的導(dǎo)流槽，維持原有箱涵的過(guò)流能力，為23#截流井主體結(jié)構(gòu)施工提供了安全穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。

3.2.6 船運(yùn)土方，實(shí)現(xiàn)綠色施工

調(diào)蓄工程土方工程量約22 萬(wàn)m3，施工過(guò)程中充分運(yùn)用緊鄰南淝河地理優(yōu)勢(shì)，采用船運(yùn)方式，有效節(jié)約土方工期3 個(gè)月，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保目的。

4 總結(jié)

此工程為解決二里河、史家河、池郢泵站及西里郢泵站排口對(duì)南淝河干流中游段的污染，同時(shí)在濱水公園內(nèi)新建調(diào)蓄站一座，其中調(diào)蓄池容量為5 萬(wàn)方，另有進(jìn)水泵房及除臭間等設(shè)施，調(diào)蓄站主體結(jié)構(gòu)為地埋式設(shè)計(jì)，建成后恢復(fù)原有公園；且在濱河路、巢湖路新建截流管一道，管道長(zhǎng)度2400 米，管徑d1200-3000mm。

其中調(diào)蓄池為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，平面尺寸112.1*63.7m，開(kāi)挖深度約15m，基坑圍護(hù)采用“鉆孔灌注樁+三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+三道裝配式預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐”；進(jìn)水泵房為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，平面尺51.2*25.2m，開(kāi)挖深度約23m，基坑圍護(hù)采用“鉆孔灌注樁+三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+五道裝配式預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐”，除臭間為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，平面尺寸34.7*11.7m，開(kāi)挖深度約7m，管理用房為兩層鋼筋砼結(jié)構(gòu)，建筑面積789.61m2，計(jì)量井平面尺寸3.5*2.5m，開(kāi)挖深度3.6m；另有調(diào)蓄站運(yùn)行所需要的給水管、雨、污水管線(xiàn)等配套設(shè)施。

截流頂管工程在保證設(shè)計(jì)使用功能的前提下，采用長(zhǎng)距離曲線(xiàn)頂管施工工藝，將原設(shè)計(jì)28 座管井優(yōu)化為15 座，大大的減輕了城市交通壓力，降低了對(duì)周邊居民生活出行及環(huán)境影響，同時(shí)減少了大量珍貴苗木的遷移。其中d3000mm 管道總長(zhǎng)度為1700m，單次頂進(jìn)最長(zhǎng)長(zhǎng)度約400m，曲線(xiàn)率半徑為920m，是安徽省首例大口徑長(zhǎng)距離曲線(xiàn)頂管成功的先例。實(shí)施過(guò)程中，項(xiàng)目部克服種種困難，控制頂進(jìn)速度、泥倉(cāng)壓力、注漿量等方法，兩次順利地穿越南淝河河道以及銅陵路原有污水主管道。

通過(guò)新型止水體系、預(yù)應(yīng)力魚(yú)腹梁鋼支撐、狹小空間導(dǎo)流式支護(hù)新體系等技術(shù)應(yīng)用，調(diào)蓄工程提前3個(gè)月主體結(jié)構(gòu)完成、23#截流井提前4 個(gè)月改造完成發(fā)揮工程效益，為實(shí)現(xiàn)5 月底通水目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。大管徑、長(zhǎng)距離曲線(xiàn)頂管技術(shù)的應(yīng)用，不僅節(jié)約了工程成本，同時(shí)大幅度減少綠化、桿管線(xiàn)遷移，減輕了老城區(qū)交通導(dǎo)行壓力，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。