新舊污水井的不停水快速接駁施工

葉銳聰

廣東省基礎工程集團有限公司 廣東 廣州 510620

目前國內(nèi)市政管道施工過程中，新建污水管道往往需要通過接駁施工與既有污水管道進行連通，管道駁接一直都是市政管道施工的重難點。特別是污水主次干管之間的接駁施工，由于既有污水主管內(nèi)的作業(yè)環(huán)境復雜、管道埋置較深、污水流量大、流速快等特點，給管道駁接施工帶來了很大難度及質量安全風險[1-4]。一般污水管道接駁施工，有2種常用工藝：

1）利用既有污水管的既有污水井作為接駁目標井，水下用氣囊封堵目標井上下游，過程中持續(xù)調排的方式，實現(xiàn)接駁目標井斷流，形成干作業(yè)環(huán)境，新建污水管道直接接入目標井，如圖1所示。

圖1 利用既有污水井作為接駁井

2）在既有污水管上新建騎馬井作為目標井，新建污水管道以頂管或是明挖的方式接入，最后以水下破除既有污水管的方式完成接駁施工，如圖2所示。

圖2 新建騎馬井作為接駁井

2種接駁工藝在市政管道施工過程中使用較多，但都具有自身的局限性。

采用既有污水井接駁工藝的缺點有以下3個方面：

1）污水調排工程量大，購置水泵、調排管道等一次性投入大。

2）施工場地如在市區(qū)內(nèi)，污水調排工作不便于開展；若調排水泵規(guī)格型號與市政管道流量不匹配，易造成積淹。

3）臨時封堵一般采用氣囊水下封堵，封堵后接駁目標井上下游水位高差大，氣囊存在爆裂風險，井內(nèi)作業(yè)人員安全無法保證。

采用新建騎馬井接駁工藝的缺點有以下2個方面：

1）既有污水管道的位置往往不能準確定位，騎馬井的位置不好把握。

2）新建騎馬井必須將既有管道的一部分包含在內(nèi)，同時保證新建管道有足夠的作業(yè)空間，這樣造成騎馬井的尺寸相對較大，施工周期變長，成本較大。

1 工程概況

海珠生態(tài)城內(nèi)流域河涌治理工程（一期）廣州大道東側污水主干管工程施工項目位于廣州市海珠區(qū)，施工內(nèi)容為管道敷設（其中部分管道采用頂管法施工）及附屬構筑物等的施工，工程實施過程中涉及市政工程路面修復等。管道管徑為d800～d2 000，長3 770 m，管道埋深5.06～8.89 m，新建污水主干管與現(xiàn)狀污水管接駁點位于南洲路轉入廣州大道（城市主干道）匝道位置，現(xiàn)場交通繁忙，污水主干管直徑達到3 m，污水量大，污水井離商鋪及居民區(qū)較近，現(xiàn)場施工場地狹小，現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復雜，存在10 kV電纜和通信管線。

2 地質情況

地面以下土層為雜填土、淤泥、淤泥質細砂層、細砂、粗砂層等軟弱土層，場地地勢低平，為地下水和地表水徑流排泄區(qū)，場地地下水類型主要為賦存于第四系填土層中的上層滯水、第四系砂土中的孔隙潛水、承壓水。根據(jù)鉆孔終孔24 h后觀測，場地地下水位隨地形變化而變化，地下水混合穩(wěn)定水位埋深一般為1.40～3.00 m。地下水位變化幅度一般為0.50～2.00 m。本場地地下水位淺，根據(jù)觀測，初見水位與混合穩(wěn)定水位相差不大。

3 施工現(xiàn)場情況

施工范圍在南洲路轉入廣州大道（城市主干道）匝道位置，交通繁忙，污水井離商鋪及居民區(qū)較近，現(xiàn)場施工場地狹小，現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復雜，存在10 kV電纜和通信管線，且遷改難度大。

4 不停水快速接駁原理

4.1 預封堵原理

1）預封堵方案是在舊污水井接駁口一側安裝弧形閘板，弧形閘板的兩垂直長邊緊貼檢查井壁。弧形閘板安裝前，弧形閘板兩側長邊及底部范圍包裹棉絮層，可有效提高閘板與井壁的貼合度，有利于降低由于井壁不平整造成的滲漏，形成低滲透和第1道防滲層。弧形閘板頂部做潤滑處理，采用2臺離心式抽水機對閘內(nèi)進行抽水處理，頂部反套加厚帆布袋后澆筑混凝土，袋裝輕質混凝土順利填充滿弧形閘板內(nèi)部，形成最終防滲層（圖3）。

圖3 弧形閘板＋輕質混凝土預封堵處理

2）弧形閘板緊貼檢查井壁及井底安裝，形成自上而下的封閉空間，封邊的棉絮既能提高閘板與井壁、井底的貼合度，又可有效增強抗?jié)B效果。袋裝水泥混凝土澆筑時，部分細砂及水泥漿會滲出布袋，由于棉絮層弧形閘板受擠壓后，空隙減小，細砂無法通過，只能堆積于棉絮層外部與水泥漿共同作用，構筑成類似于纖維混凝土的防滲結構，既確保了袋裝輕質混凝土的質量，又提高了抗?jié)B效果（圖4）。

圖4 弧形閘板＋袋裝輕質混凝土預封堵處理

3）污水井內(nèi)水位高，水壓大，即使對弧形閘板進行了防滲處理，也難以完全抽干內(nèi)部污水，如果對弧形閘板內(nèi)部直接澆筑混凝土，底部混凝土很容易離析，接駁管道很容易發(fā)生強滲漏。采用水下混凝土澆筑施工工藝，很難實現(xiàn)超灌，頂部混凝土質量無法保障，且污水井接駁后，鑿除混凝土很困難。采用弧形閘板套布袋澆筑輕質混凝土的施工方法，布袋可有效包裹新澆筑的輕質混凝土，避免水泥砂漿流失，由于混凝土自重大，澆筑過程中可迅速把閘板內(nèi)的積水排出，布袋始終隔斷著水與混凝土，澆筑過程結束，水被徹底排出。最后弧形閘板與輕質混凝土形成雙重結構剛性自防水體系，水泥砂漿滲透布袋和封邊棉絮形成半剛性纖維結構，加強細部防水效果。

4）弧形閘板的曲面設計，可有效降低其對流水的阻力，整個施工過程對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的影響非常小。在動水條件下，流水作用在弧形閘板的力可分解為2個方向的力，分別平行于水流方向和垂直于水流方向，垂直水流方向的力順著弧形閘板傳遞到弧形閘板的長邊，使得封邊的棉絮被擠壓得更密實，增強弧形閘板與井壁的防滲效果，其產(chǎn)生的水平力，可通過預先對水流方向的判斷，讓弧形閘板的另外一邊緊貼水流反方向的井壁，或通過增加型鋼支撐，把水平力傳遞給檢查井，抵消其不利影響。在靜水條件下，水平力可互相抵消，垂直方向的力可提高防滲效果。

4.2 快速接駁原理

快速接駁是通過在現(xiàn)狀污水井旁安裝小型鋼沉箱接駁井＋短距離敞開式頂管實現(xiàn)，與一般鋼筋混凝土沉井相比，鋼沉箱薄壁，有利于下沉，鋼內(nèi)支撐施工方便快捷，可預制加工，整體性好，可焊接接長，具有施工速度快、抗?jié)B效果好的優(yōu)點。為了降低施工過程對現(xiàn)狀污水井的影響，預封堵用的弧形閘板封堵范圍比較小，直接在污水井旁新建接駁井，采用短距離的敞開式人工頂管接駁，可準確到達接駁預封堵位置，并可避免長距離頂管因輕微偏移而導致無法實現(xiàn)接駁的情況發(fā)生。

4.3 鋼套管防滲接駁原理

防滲接駁主要是通過雙鋼管內(nèi)澆筑微膨脹混凝土實現(xiàn)，頂管采用φ2.5 m鋼管，接駁采用φ2 m鋼管，φ2 m鋼管安裝完畢后，把2根鋼管之間的空隙用微膨脹混凝土進行澆筑封堵。由于鋼套箱接駁井工作面很小，無法整節(jié)安裝接駁管，必須采取分段頂進，分段焊接接長，管道底部外側無法施焊，焊接質量無法保障，且在頂進安裝過程中，由于擠壓外力及頂管等原因，有可能造成焊接的地方出現(xiàn)破壞導致滲漏。因此φ2.5 m鋼管頂進到位后，再分段焊接安裝φ2 m鋼管，由于后安裝的鋼管并未固定卡死，可以對鋼管內(nèi)外進行焊接處理及檢查確保焊接質量，最后在2根鋼管之間澆筑微膨脹混凝土，形成雙鋼管混凝土防滲體系，達到防滲目的。

5 方案實施

5.1 舊檢查井頂板開口

根據(jù)施工方案對施工區(qū)域進行圍蔽，利用貝雷架對現(xiàn)狀地下管線進行暴露及保護，破除舊污水井范圍內(nèi)的路面，分層開挖至檢查井頂板，拆除檢查井筒及連接污水管，先用水磨鉆對舊檢查井頂板進行定位開孔，利用繩鋸切割頂板進行局部開口，切口大小為4 m×6 m矩形。

5.2 弧形閘板安裝及預封堵處理

施工流程及方法如下：測量放線→工廠預制弧形閘板→舊污水井蓋板鉆孔、繩鋸切割、吊裝→弧形閘板安裝，加固→輕質混凝土澆筑。

現(xiàn)狀南洲路污水主干管長期處于高水位運行狀態(tài)，不具備停水接駁的條件。在檢查井內(nèi)安裝弧形閘板，利用弧形閘板將舊井空間一分為二，讓一邊保持正常水位運行（動水），一邊形成封閉區(qū)域。考慮接駁管為φ2.5 m鋼管，為降低安裝誤差造成的滲漏風險，預封堵的袋裝混凝土厚度需準確控制并最大限度降低對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的運行影響。預制鋼制弧形閘板弦長按3.5 m，弧長4.14 m，半徑為2.1 m，開口角度為113°設計，同時安裝在接駁口一側，緊貼檢查井井壁及底部，弧形閘板周邊用棉絮封邊處理，提高抗?jié)B效果，安裝及加固完畢后，抽干閘板內(nèi)污水，然后用防滲布袋套在弧形閘口，快速澆筑輕質混凝土，利用袋裝混凝土自重擠出弧形閘內(nèi)積水，達到接駁口預封堵處理目的。

5.3 旋噴樁加固

鋼沉箱周邊土體主要是雜填土、淤泥質細砂層及細砂層為主，必須提前進行加固施工，包括沉井底部及周邊加固，基底加固可以防止沉井下沉，周邊加固可以防止開孔后水流入沉井內(nèi)部，鋼沉箱與舊結構連續(xù)墻之間旋噴樁加固置換中間土體，舊結構連續(xù)墻與舊檢查井之間旋噴樁加固置換中間土體，防止在頂管過程中土體松散掉落。鋼沉箱加固采用φ600 mm旋噴樁雙管旋噴樁作止水樁，旋噴樁抽芯檢驗達到規(guī)范要求后，逆作法井才能進行施工。旋噴樁采用XPB-20旋噴機作業(yè)。

5.4 鋼沉箱接駁井施工

鋼沉箱施工流程：管線調查及保護→開挖→工廠預制鋼沉箱→基地及周邊旋噴樁紅加固→沉井下沉→沉井接長→封底→鋼沉箱內(nèi)支撐安裝。

在舊污水井旁預制安裝鋼沉箱作為接駁井，超短距離敞開式人工頂管實現(xiàn)新舊污水管道的快速接駁施工。根據(jù)場地實際情況，鋼沉箱截面采取梯形設計，梯形長4 m，寬1.5 m，高3.5 m，分2節(jié)預制加工，單節(jié)長度5 m。鋼沉箱一體性好，抗?jié)B效果佳，現(xiàn)場分段開挖，分節(jié)下沉，分節(jié)安裝，可通過現(xiàn)場焊接快速接長，實現(xiàn)連續(xù)下沉，利用鋼沉箱的井壁薄的優(yōu)點，利于破土順利完成沉箱下沉。鋼沉箱距離檢查井內(nèi)井壁只有1.7 m，主要施工難度是要通過2層鋼筋混凝土結構，分別是厚0.6 m的污水井外井壁及厚0.3 m的檢查井井壁，利用水磨鉆打孔，分塊解小，鋼管分段頂進，分段焊接安裝接長的方法，直至穿越檢查井壁到達袋裝混凝土位置實現(xiàn)接駁目的。

現(xiàn)場施工條件有限，110 kV電纜無法遷移，周邊房屋密集而且距離基坑邊較近，現(xiàn)場選用鋼沉箱作為沉井施工。一方面能利用其小空間，對周圍環(huán)境影響小，另一方面能利用鋼沉箱的破土能力順利完成沉箱下沉。

5.5 新舊污水井不停水接駁施工

不停水接駁施工工藝流程：測量放線→鋼沉箱開孔→φ2.5 m鋼管頂進→水磨鉆打孔鉆進連續(xù)墻→鋼管頂進穿越連續(xù)墻→鋼管頂進至舊檢查井→水磨鉆打孔鉆進檢查井→鋼管頂進至輕質混凝土→φ2.5 m套管內(nèi)安裝φ2 m鋼管→內(nèi)襯結構施工→拆除弧形閘板及輕質混凝土→通水。

鋼沉箱下沉到位后采用混凝土進行封底處理，測量定位確定接駁位置，進行氧割開孔后，先用水磨鉆在舊污水井井壁試打孔，確定沒有水流出后繼續(xù)鉆進，水磨鉆機環(huán)形打孔直徑達2.5 m，鉆通后可以采取風鎬或水磨鉆十字分塊解小后外運，每鉆進1層鋼筋混凝土后安裝鋼管套管，套管為工人工作提供足夠的工作空間，確保安全施工。重復水磨鉆打孔→安裝套管施工至輕質混凝土面。

6 結語

隨著地下工程的迅速發(fā)展，本技術在復雜地質條件的新舊污水管段接駁施工中的應用必定會更加受青睞，該成功經(jīng)驗可為類似工程施工提供借鑒，對污水管網(wǎng)施工技術的發(fā)展有較大促進作用。