西寧市雨污分流管網改造工程管道結構技術問題探討

趙 磊,邊燕紅,王延凱

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

在城市更新的背景下，現有地下管網建設規模已經不能滿足城市發展的需求[1]。在國家相關政策引導下，全國各地進行大規模的雨污分流管網改造工程。管網改造前，需對現有地下管網進行綜合物探分析，作為設計及施工的依據。通過對西寧市地下管網進行綜合物探發現，該地區地下管道錯綜復雜，管位緊張、錯接混接問題很多[2]，結構設計人員需要結合相關規范及施工現場具體情況綜合考慮方案的#行性。

2 管道結構技術問題及解決策略

在西寧市雨污分流管網改造項目結構設計及施工配合的過程中，主要發現以下共性問題并提出相應的解決方案。

1）新建管道與現有管道交叉碰撞，新建管道按照常規設計無法施工

常規設計時，根據綜合物探圖及地形平面圖對新建管道鋪設位置進行分析，盡量避開現有管道及障礙物。西寧市由于歷史原因，管道建設管理比較落后，私接管道較多，很多不明管道未標注在主管部門管網布置圖上，設計人員無法獲知，導致施工人員按照設計圖紙無法實施，設計人員需要根據現場實際情況做相應調整。比如西寧市八一路某排水管網建設工程，管道溝槽開挖時，一根直徑DN 400 mm的不明管道（管材為球墨鑄鐵管），橫跨新建管道溝槽，管道中心標高與新建管道中心標高重合。新建管道為雨水管，管材為鋼筋混凝土II級管，管徑DN 500 mm。工藝專業設計人員經過核對標高，提出調整新建管道標高，從不明管道上方橫跨，結構專業設計人員配合出具基礎加固做法。經分析，該道路為城市次干道，上部有大車通過，管道需要包封加固處理，但包封后管道基礎侵占道路結構水穩層，通過與道路專業設計人員溝通，以包封加固體作為道路結構持力層。為防止道路水穩層與加固體結構剛度存在差異，導致路面出現細微裂縫，需在道路基層與面層之間增加玻纖土工格柵,玻纖土工格柵鋪設范圍為基坑頂兩側向外延伸不小于1.5 m。同時，對不明管道采取素混凝土包封加固處理，加固后不明管道底部做300 mm厚級配砂石墊層。管道加固做法如圖1所示（圖中DN為管道直徑，標注尺寸均以毫米計）。

圖1 管道碰撞加固做法斷面圖

當遇到污水管道與現有管道因標高相同，發生垂直碰撞的情況時，#通過以下方式解決。（1）在碰撞的位置設計非標準污水檢查井，對現有管道（管徑≤DN1 000 mm）采取防腐措施，將其包封在檢查井內。污水檢查井內設置流槽，污水管道坡度系數保持不變，使管道污水先流到檢查井內，然后通過流槽從污水檢查井另外一個接口排出。檢查井不能按照國標圖集做法施工，需要工藝專業人員根據現場實際情況設計檢查井凈尺寸及標高，將現場條件反饋給結構設計人員，由結構設計人員進行受力計算出具配筋施工圖。（2）對管徑大于DN1 000 mm的現有管道，因管徑較大，采用第一種方法施工不便，#采取在現有管道兩側各設置檢查井一座，垂直現有管道上下側各設置一根管道連通兩座檢查井。垂直現有管道下側設置的管道，其管道直徑通過《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）流量及流速計算公式計算確定[3]；垂直現有管道上側設置的管道，其管道直徑為原設計污水管道直徑的0.8倍，且不小于DN400 mm，工作原理跟倒虹吸類似，利用位能和壓能守恒原理，通過下側管道將污水從現有管道左邊的檢查井引到右邊檢查井，再通過污水管道排出。上側管道為溢流管，當下側管道堵塞或污水流通不暢時，液位到達溢流管管口，通過溢流管將左邊檢查井污水排到右邊檢查井。管道溝槽采用中粗砂回填（粒徑不大于40 mm），壓實系數按照《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB 50268—2008）執行[4]。

當遇到污水管道從現有管道底部垂直穿過時，結構通常做法是從現有管道底部兩側進行溝槽開挖，挖通后采用300 mm厚素砼包封處理，包封長度為兩側距離現有管道外壁不小于1 m。當現場不具備放坡條件，比如新建管道頂部距離現有管道底部小于500 mm、兩側有建筑物等障礙物、現有管道為燃氣管道或者軍用光纜，相關部門不同意底部開挖時，#采取頂管施工的方式，采用大直徑套管（直徑不小于1 m）頂過去，將新建管道從套管內部穿過，然后采用中粗砂固定套管內部管道，對套管兩端采用磚砌封堵處理。

當管道溝槽開挖發現有其他管道在新建管道位置并排鋪設，現有管道與新建管道水平距離較近，管中心間距小于1.5 m，且新建管道在現有管道下部，管道位置無法調整時，#對現有管道支護處理，然后采取直槽開挖。比如西寧市柴達木路某雨污分流改造工程，因工期緊張，甲方沒有做綜合物探，根據現有資料未發現雨水管道與污水管道中間鋪設有燃氣管道。燃氣管道距離雨污水管道平均凈距小于1.5 m，為了保證燃氣管道安全，雨污水管道溝槽分別開挖，距離燃氣管道兩側各1 m位置采用拉森鋼板樁支護處理，保證溝槽開挖不會影響燃氣管道下部土層。局部為卵石土的場地做懸臂式微型鋼管樁，然后鋼絲網（?8@250×250）掛面，噴射60 mm厚C20混凝土罩面[5-6]。以上做法適用于項目投資比較充分的工程。對于投資控制比較嚴格的項目，#采取對燃氣管道豎向進行吊架固定，再每隔10 m設置一道橫向支架橫跨溝槽兩邊，將豎向吊架固定，然后進行雨污水管道溝槽開挖。燃氣管道為PE管道時，中間增加一道鋼絲繩吊架，吊架具體做法見圖2（圖中DN為管道直徑，標注尺寸均以毫米計）。

圖2 管道吊架斷面圖

2）新建管道管位緊張，按照常規設計無法鋪設

通常管道溝槽設計都是倒梯形斷面，管道兩側留有300～600 mm的空隙，方便施工，但有些項目特定部位因場地受限，現狀溝槽開挖寬度比設計管道直徑略小，導致管道無法鋪設。對于以上問題，結構專業#通過與工藝專業配合，將管道做成方形箱涵（預制鋼筋混凝土箱涵或者鋼制波紋箱涵）或者小直徑雙管鋪設。地下水位較高地區預制箱涵結構設計時一定要考慮抗浮及接口防水問題。小直徑雙管設計時考慮雙管間距及防止下管堵塞問題。比如西寧市南川河某水污染治理工程，管道在現狀橋下方穿過。施工單位現場挖探孔發現，溝槽左邊是現狀橋墩，右邊是泄洪箱涵池壁，兩者凈距離1.2 m，設計管道直徑1.4 m，管道無法鋪設。經現場勘查，發現管道位置在南川河旁邊，地下水位很高，設計還需考慮管道抗浮問題。若采用預制鋼筋混凝土箱涵，現場沒有施工作業面，預制鋼筋混凝土箱涵無法吊運到管道溝槽內。采用小直徑雙管鋪設埋深滿足不了工藝專業規范要求，最后確定方案為預制鋼制波紋箱涵，凈截面尺寸為b（寬）×h（高）=1 m×1.5 m，箱涵通過底部增加素混凝土配重，頂部增加覆土滿足結構抗浮要求。另外，預制鋼制波紋箱涵#現場組裝（分片運送，機械固定），施工較為靈活，縮短施工周期。

3）管道采用頂管施工，接口閉合不嚴實，閉水試驗不合格

管道穿越道路或者河道時，考慮到交通組織、人員安全等因素，需要改變溝槽開挖方式，采用頂管施工。頂管施工常規做法有機械頂管和人工頂管。機械頂管多用在地下水位較高、周圍環境復雜的地區[7]，查閱相關資料發現西北地區機械頂管一次性最大能頂通300 m管道[8-9]。人工頂管主要用在無地下水或地下水位較深的地區，查閱資料發現西北地區人工頂管一次性最大能頂通100 m管道[10]。2種頂管方式都存在管道接口問題。現場施工配合發現，管道閉水試驗不合格主要是管道接口閉合不嚴，存在縫隙。結構設計時#對該節點進行特殊處理，先將頂管施工完的管道接口縫隙處采用瀝青麻絲填實，內襯12 mm內罩鋼套環（鋼材為Q235B，防腐處理），然后采用1∶2水泥砂漿抹平鋼套環與管道接口處，具體做法見圖3（圖中標注尺寸均以毫米計）。

4）混凝土管道因地基處理不當，引起基礎沉降，導致管道接口處脫開，污水外溢污染土壤

西寧市“1·13”公交車站路面塌陷重大事故處理完畢，政府委托有關單位對西寧市管網進行全面排查，發現管網存在的主要問題是管道間接口及管道與檢查井接口處理不當，存在漏水，管道鋪設在濕陷性黃土層，濕陷性黃土遇水會發生沉陷，路基失穩造成路面坍塌。對于上述問題，政府出臺相關文件規定：（1）公交站處管道必須素混凝土包封處理；（2）道路下部鋪設污水管道，對應檢查井井口位置必須做鋼筋混凝土承載板。此種處理方式固然安全#靠，但從專業角度分析，管道受力是管道胸腔與底部共同受力[11]，管道周圍的回填土壓實度必須滿足設計要求（施工時通常忽略這一點，壓實度達不到設計要求），而管道基礎按照常規圖集設計即#，不需要按照文件規定的管道全包封處理，管道塌陷主要是管道接口處漏水，只需鋼筋混凝土包封管道接口即#，具體包封斷面做法見圖4（圖中標注尺寸均以毫米計）。

圖4 鋼筋混凝土管接口詳圖

對于管道與檢查井接口位置，管道管材不同，處理方式不一樣。對于鋼管，在接口位置井壁埋設防水套管，與檢查井相接的管道，距離井壁1.5 m范圍內管道基礎采用180°素混凝土基礎，根據管道溝槽斷面圖顯示，基礎由厚度C1和C2兩部分組成，厚度C1的墊層下部鋪設?8@200x200鋼絲網片，鋼絲網片延伸到檢查井底板墊層內部不小于1.5 m。對于鋼筋混凝土管、鋼帶增強雙壁波紋管、球墨鑄鐵管，在井壁預留洞位置，沿管道外壁纏繞膨脹止水條兩道，管道與預留洞口縫隙采用瀝青麻絲搗實，外部采用防水砂漿抹平[12-13]。管道基礎及底部防沉降加固措施同鋼管處理措施。

3 總結

西寧市雨污分流管網改造項目，結構設計及施工過程中遇到的常見問題及解決策略如下：

（1）新建管道與現有管道交叉碰撞，常規設計無法施工，#上穿或者下穿現有管道，對管道加固處理，并排鋪設管道無法移除時#設置豎向吊架固定管道。

（2）新建管道管位緊張，常規設計無法鋪設時，#采用小直徑雙管鋪設或者鋪設方形箱涵（包括鋼筋混凝土箱涵和鋼制波紋箱涵）。

（3）頂管施工管道，接口閉合不嚴實，#采取瀝青麻絲填實接縫，內襯12 mm內罩鋼套環，水泥砂漿抹平鋼套環與管道接口部位。

（4）未按圖施工，地基發生沉降，管道間接口及管道與檢查井接口處脫開，污水外溢，管道結構設計時#通過鋼混凝土包封管道接口及管道與檢查井接口特殊處理來解決問題。