既有工作井内续建接入大型排水管道施工技术

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

上海市虹梅南路高架合流污水改造W1标φ2 000 mm污水顶管需接入秀水苑6 层居民楼小区边的工作井内，管道埋深9.68 m。工作井为穿越上海重要内河淀浦河的污水总管检查井，井位无法变动，且满水运营。原设计方案为紧贴工作井设置一座钻孔桩围护、高压旋喷桩止水的外包井（图1），但外包井紧贴居民楼，居民强烈反对，无法实施。通过对技术方案的优化，采用地下对接的方式，使新建管道与工作井顺利连接，且不影响周边居民生活。

图1 顶管接入工作井原设计方案

2 顶管与工作井地下对接

为尽可能地减少施工对小区居民的影响，我们优化了施工方案，具体情况如下：

将顶管顶至设计位置，紧贴现状顶管接收井，报废顶管机头，取出机头内的刀盘等设备，利用顶管机头外壳作为外模，内部浇筑与顶管接平的钢筋混凝土[1]。

1）机头采用特殊加工处理，机头顶部设计与工作井外径相吻合的钢板，使之与顶管井接触密实。机头顶部、两侧、底部设置注浆孔，在顶管顶至设定位置时，通过设置的注浆孔，将机头顶部、两侧、底部的土体进行注浆加固。

2）顶管顶至指定位置后，采用人工开凿方式，将厚100 cm的井壁开凿约60 cm，然后顶管顶进60 cm，并采用井壁钢筋与机头焊接方式，使机头和井壁合为一体。

3）在机头离井壁3 m处采用垂直顶升技术，设置1 座检查工作井。在检查井的北侧（管道侧）封堵头子，并将3 m的管道内注入清水，使水位与现状污水井内水位一致（2.5～3.0 m）。然后采用水下切割方式将后继的厚40 cm井进行切割完成（图2）。

图2 管道与工作井对接平、剖面示意

3 顶管工具管加工措施

1）工作井为内径9 m、壁厚1 m的沉井，为使本工程φ2 000 mm顶管机头顶部与工作井接触密实，通过计算，在顶管工具管顶部设置1～13 cm的弧形钢板（图3）。

图3 φ2 000 mm工具管改装示意

2）在顶管工具管两侧、底部设置注浆孔，在顶管顶至设定位置时，通过设置的注浆孔，将机头顶部、两侧、底部的土体进行注浆加固（图4）。

图4 机头面板处注浆孔布置

3）在机头离井壁3 m处采用垂直顶升技术，垂直顶升位置预留高250 cm的φ1 000 mm顶升洞口（图5）。

图5 顶升预留孔示意

4 洞口土体加固技术

待顶管对接施工完成后，对φ2 000 mm管道两侧对接处进行φ800 mm高压旋喷桩加固，水泥掺量为20%，加固宽度为3 排φ800 mm高压旋喷桩，约2 m，深为12 m（管底以下3 m）。为减小工具管内水土流失对地面建（构）筑物产生影响，在管接头外侧土体进行跟踪注浆，如发现土体流失，则及时补浆加固。

5 接口处理方案

在完成土体加固后，开始对机头及管道内设备等进行拆除及切割；该阶段的设备拆除、土体清除、肋板切割、补充注浆等施工流程控制对工程安全和管道质量要求比较高，在施工中需严格控制和管理[2,3]。

6 对接管道现浇方案

1）依据顶管管道原有内径尺寸以及管节配筋进行钢筋绑扎施工，按要求固定好预埋铁件；

2）将整个管节分3 次浇筑。依照对接区管节现浇分节示意（图6），依次进行第1次、第2次施工，采用常规混凝土浇筑方法进行混凝土振捣浇筑施工，注意保证浇筑质量；

3）进行第3次模板施工，顶部预留浇筑孔，加工储气泡、混凝土投料斗简易设备，利用空气压缩机将混凝土用软管送入模内，有效保证混凝土浇筑的密实度。

图6 对接区管节现浇分节示意

7 垂直顶升

1）本工程由于顶管与工作井连接处与顶管工作井距离长，为减少施工给现状排水系统的影响，计划在接口处北侧3 m，垂直顶升1 处检查井，用于井壁切割时人员、工具及渣土的上下通道。

φ1 000 mm顶升管的管节（立管）钢壁厚1.8 cm，每节长60 cm，总长6 m。

2）顶升施工相关理论计算如下：

式中：N1——垂直顶升管盖帽（4#件）迎面被动土压力（kN）；

式中：r——土的加权平均重度，此处r=17 kN/m3；

h——初顶时盖帽覆土深度，此处h=6.63 m；

φ——土的内摩擦角，此处④层号土φ=10°；

S1——盖帽迎面有效面积，此处S1=0.785 m2；

P——垂直顶升盖帽迎面土体抗剪强度（kN）。

式中：c——土的黏聚力，此处c=10 kPa；

σ——剪切滑动面上的法向应力，此处剪切高度2 m，σ=r×（h-2/3）=13.58 kN；

S2——初始剪切面积，S2= 7.28 m2。

4 只油缸最大顶力600 kN＞F，顶力满足要求。

8 井壁破除施工

1）位于秀水苑小区内的工作井，根据设计图纸，该井内径9 m，井壁厚1 m。井底标高为-6.90 m，埋深为11.5 m。为使设计顶管与现状W5井连接，且尽量减少对居民的影响，施工采用顶管向井内切割洞口的方式。

拆除φ2 000 mm顶管井壁洞口需开设φ2 440 mm的洞口1 个，连接井井壁拆除分2 个阶段进行，第1阶段采取钻孔施工，第2阶段采取潜水风镐拆除施工。后期潜水风镐拆除施工期间需泵站配合，以稳定水位。

2）根据钻孔位置将钻孔机底座通过膨胀螺栓固定安装于井壁；开启钻机开关进行钻孔；在钻孔机运行的过程中，应保证必要的冷却水，以防钻头温度过高产生损坏或卡在井壁内；此外，由于井内通风较差，下井人员可配备活性炭过滤呼吸装置。

3）潜水风镐拆除：先对离井壁3 m的检查井（以下称检查井）北侧进行头子封堵，并注水至和连接井常水位一致。完成后由专业潜水人员佩戴好潜水装具下井，使用风镐进行拆除井壁工作。潜水员于检查井下对井壁混凝土进行开凿、拆除，并将拆下的井壁混凝土块清捞上岸。拆除施工步骤为：联系相关泵站控制水位→管道侧潜水员风镐拆除井壁。

9 结语

居民区内采用地下对接方式接入大型管道的工期为60 d，相比基坑开挖（工期90 d） ，工期缩短1/3，极大地减少了对居民的影响，且工程造价较低，施工中地面作业面较小，大大缓解了居民与施工方的矛盾，达到了采用地下对接施工的目的[4-6]。

在实际施工过程中，技术运用效果非常明显，确保了居民的正常生活，并控制了施工对周围居民楼的沉降影响。为今后类似的管道接入施工提供了较为成功的范例，具有一定的借鉴和参考价值。