大口径老管道的废除施工

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

上海西干线排水管道全称为石洞口污水排放干线，是20世纪70年代初为改善苏州河水质而建造的一条污水输送干线，曾是上海市区一条主要的污水输送干线。其将污水直接输送到上海污水系统六大片区之一的石洞口片区进行处理，干线全长23.2 km，管道断面为马蹄形钢筋混凝土和砖砌结构的平底半圆拱管，断面面积7.61 m2，如图1所示。

由于原设计标准低、结构薄弱，该管道运行30多年来已被严重腐蚀，污水冒溢多次发生，安全隐患多。新管道改造工程实施后，老西干线将予废除。如此大规模的废除工程埋于地下，随着上海市大规模扩展和快速的社会经济发展，其工程安全风险极大。为防止诸如因管道结构破坏而引起的安全隐患，对废弃的西干线老管道进行充填处置非常必要。根据科研报告的调查，西干线管道的地面环境复杂，差别极大，除小部分可加固利用外，大部分需要进行有效充填。受制于地面环境的影响，充填的主要方式将为管内泥浆充填，充填材料总量约1.7×105m3。为防止管道结构破坏引起地面塌陷，必须选择合适的材料将管道充填密实，管道充填方案应兼顾经济、技术、环保和可行性的要求[1,2]。

2 填充材料分析

目前，国内存在的类似的废弃管道、洞穴数量很大，如20世纪六七十年代大量修筑的地下人防工事以及长期以来大规模开采矿石遗留的废弃矿井、巷道等。这些结构往往设计标准较低，年久失修，需要作有效的充填加固，防止上部建筑坍塌下沉。

在矿山采空区充填用料方面，由20世纪50年代的干式充填，到六七十年代采用以两相流管道输送方式的水砂充填和胶结充填，80年代至今试验成功并推广采用了高浓度胶结充填和高速凝全水固化胶结充填等技术工艺，充填工艺和充填材料已逐渐成熟，形成了不同矿种、不同地区技术水平的多种充填技术。

本次管道填充主要采用城市弃土泥浆，通过试验段施工确定了填充材料的要求，设计要求的泥浆水固比为1.4～1.6，含水量为55%～60%，黏度≤0.675 Pa·s。但由于原科研工况为管道无水状态下进行泥浆填充，后考虑到老管内部结构损坏严重，如抽水将会使老管内外压力不平衡。为确保施工安全，采取管内满水填充施工，施工工况有较大变化，原有的填充材料指标要求已不适用于新的施工环境。另外，泥浆含水量大有利于泥浆的流淌，增加填充长度。同时，泥浆中砂性土颗粒含量多能加速沉淀和增加强度，因此，实际施工时使用泥浆直接填充，泥浆中颗粒以砂性土为主且不能含有淤泥质土。

3 管道分段隔断填充

由于地下排水管道距离长，且一般只在两端的泵站设置截流阀门，如直接进行填充会因泥浆流动性大的特点造成流淌距离过长，导致施工面开展过长，不利于快速施工的要求。因此必须每隔一段距离在上下游管道设置工作井，通过工作井在管道内设置封堵墙对拟填充段进行隔断，再利用填充管段上方设置的注浆孔进行注浆，通过多段、分层最终实现对管道的有效填充（图2）。待分段、分层填充完成后，经施工质量检测合格，再回填工作井、透气井及注浆孔，完成填充。

图2 管道内封堵墙示意

4 管道水下封堵

1）封堵墙厚3 m，高度为管底至管顶，采用袋装砂袋堆砌而成，封堵位置为管道的上游方向；

2）封堵作业在管道内满水状态下进行，由潜水员重装下井作业。下井前采用鼓风机对井口进行强制排风，并使用动物和仪器对管道内有毒有害气体进行检测，确认其含量处于安全范围后方可安排作业人员下井；

3）由于老管道使用年限长，管道内存在较多的悬浮物和沉积物，影响施工安全，因此管道封堵前需将悬浮物和管底淤泥清理干净；

4）管内杂物清理完成后实施封堵墙作业，施工时先在底部填筑高1 m的砂袋，然后采用阶梯形由下至上堆砌至管顶，堆砌时上下层砂袋错开，以增加墙体强度（图3）；

图3 封堵墙施工步骤

5）泄水管设置：封堵墙施工至顶部时设置3根泄水管，沿拱顶环形布置，泄水管下游管口设置单向阀，防止管道内污水倒灌入上游已完成填充的管段内。

5 管道填充

5.1 第1次泥浆填充

填充物采用以含砂性土为主的泥浆，含砂量不得小于10%，若含砂量小于10%，则可在泥浆中掺加黄砂。填充设备为泥浆箱和15 kW泥浆泵。

泥浆槽罐车卸浆口后方设置泥浆箱，泥浆箱内设置1台15 kW泥浆泵，泥浆泵与注浆孔之间采用橡胶管道连接，测试合格的泥浆由槽罐车卸至泥浆箱内后通过泥浆泵和输送管道泵送至注浆孔下老管道内。

泥浆填充分多段、分层进行填充，每个施工段内泥浆填充从上游向下游进行，每个注浆孔内泥浆须填充至满管后方可移位。

5.2 第2次泥浆填充

管道内第1次泥浆填充完成后并静置3～5 d，以利于管内泥浆沉淀和固结。静置固结完成后进行第2次泥浆填充，填充的材料和顺序均与第1次泥浆填充相同，每个注浆孔填充至管顶后移至下一个注浆孔。

6 施工质量检测

第2次泥浆填充完成并静置固结3～5 d后进行施工质量检测，检测项目为静力触探和管内充盈率。

检测测点布置间距为100 m，检测点设置可利用原工作井位或注浆孔位，也可进行地面开孔设置。

静力触探检测：静力触探采用专业检测仪器，使用前经过标定，将测杠压入管底，检测数据通过测管上的传感器输送至操作仪器上，判断检测结果是否满足设计要求。

管内充盈率检测：人工将自制带刻度钢管压至管底，拔出后通过观察钢管上泥浆附着的刻度位置确定管道内的泥浆填充高度，推算出管内充盈率。

7 结语

采用城市弃土泥浆填充方法来废除大口径排水管道，有效地解决了大口径废除管道破坏引起地面塌陷的风险，减少了城市弃土泥浆对环境的污染。为今后类似的大口径老管道或废弃采矿区的废除施工提供了较为成功的范例，具有一定的借鉴和参考价值[3-5]。