深埋大直径污水管带水迁改施工技术

肖磊

摘 要：本文研究的污水管道为紧邻污水处理厂的进水干管，该污水管为雨污合流管，埋深大，日流量大，污水水位高，无其他污水管可实行分流。针对这一现状，人们研究出一套如何掏底施作连接井、怎样带水切割改移并封堵旧管道的施工技术。这一技术的实施，成功地解决了带水作业的施工难题，通常不需要潜水员水下作业，提高了安全系数。

关键词：大直径污水管;带水切割;迁改;封堵

中图分类号：TU992.02 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）08-0082-04

Construction Technology of Water Relocation and Reconstruction in Deep Buried Large Diameter Sewage Pipe

XIAO Lei

（The First Engineering Co.，Ltd.， Railway Wuju Group，Changsha Hunan 410117）

Abstract： The sewage pipeline studied in this paper was the main inlet of the sewage treatment plant， which was a rain and sewage combined pipe， with large burial depth， large daily flow， high sewage water level， and no other sewage pipe could be used for shunting. In view of this situation， people have developed a set of construction techniques for how to dig the bottom to make connection wells， and how to cut with water to change and block old pipes. The implementation of this technology successfully solved the construction problems of water-borne operations， and normally did not require divers to operate underwater， which improved the safety factor..

Keywords： large diameter sewage pipe;cutting with water;relocation;plugging

随着轨道交通工程的迅猛发展，城市中的地下空间开发利用率日益提升。然而，城市地下敷设有各种类型、纵横交错的管道，给地下空间的挖掘带来极大的不便。特别是一些大直径的老旧污水管，埋深大、迁改难度高，一旦渗漏，将造成十分严重的后果。对于大直径污水管道，在新老管道拨接时，常用的做法是上游泵站在管线改移期间停泵或将污水改移至其他管道，通过降低流速达到潜水员水下砌筑封堵作业的条件[1-5]。

1 项目概况

1.1 工程概况

太原市轨道交通2号线某车站有一条直径2 m、埋深10～12 m、东西向斜穿的污水管道。该污水管道为紧邻城南污水处理厂的进水干管，污水流量大，每日流量超过20万m3，且无其他管线可为其分流。为配合地铁施工，须对该管道进行改迁，该污水管线迁改段共设立3个工作井、2个检查井、2个连接井，主管管内径为2 m，线路总长为418.4 m，管道埋深大于10 m，坡比为7‰，采用钢筋混凝土排水管，施工工艺为非开挖顶管掘进。具体迁改路径如图1所示。

1.2 施工重难点

既有管道与新管道连接节点处的连接井需要进行掏底施工。由于管道为承插型接口，施工过程中如果防护不当，有可能导致管道接口脱落而造成污水外涌，引发安全事故，施工风险极大。

既有管道割除及封堵難度大、危险性高，3#、4#接头井处需要割除、封堵既有[Φ]2 000 mm管道各一道，既有管道使用多年，污水流量较大，管道内存在硫化氢这种有毒有害气体。破除、封堵施工时均带水作业，难度较大、危险性较高。

2 污水管带水切割封堵施工技术

2.1 切割封堵方案

针对本工程的实际情况，项目部QC小组研制出一套无须水下作业的施工方案，总体思路是：预先悬吊旧污水管道，防止管道变形或下沉，掏底施工3#、4#连接井，施工连接井内的检查井期间，在旧污水管道环向预留吊装钢丝绳及绳锯链条，在井壁及井底预留止水钢闸板槽道;施工完3#、4#连接井内的检查井后，利用4台性能相似的钢丝绳绳锯切割机同时切割，将污水管切成若干段调离;随后在废弃的旧管道上、下游分别插设两道钢闸板堵水，钢闸板之间填充C35水下混凝土，将水改流至新敷设的管道，从而完成改水工作。

2.2 施工工艺流程

施工工艺流程为：掏底施工连接井→切割设备安装→管线切割→施工平台拆除、管线吊离→钢板封堵截流→钢板间混凝土浇筑。

2.2.1 掏底施工连接井。连接井内既有管道与新管道并存，由于旧管道贯穿整个工作井（见图2），井底板作业时，需要人工将旧管底的土进行掏除后再进行施工。在掏除过程中，如果不对旧管道采取保护措施，一旦管底大面积脱空，管道极有可能松动、下沉，造成承插型接口错位甚至脱离，导致污水外涌，危险性极大。

研究小组成员运用头脑风暴法进行集思广益，最终研究出一种悬吊法施工：在连接井冠梁上方横跨一根I63工字钢作为悬吊横梁，沿着垂直管道方向均匀掏设数个穿线孔，再沿着穿线孔穿设[Φ]25 mm钢丝绳，利用2个10 t及1个5 t的手拉葫芦预先悬吊，防止管线下沉或变形。

在施工过程中，对管道进行严密的监测，密切关注管线的变形情况，一旦出现微量变形，立即采取反填等措施，防止管线脱节，确保施工安全。

在实际掏底施工过程中，监测发现，管道最大变形量小于0.2 mm，在排除仪器测量误差后，可忽略不计，管道在施工全过程中也未见渗漏现象，成功地实现了全断面掏底施作底板。

底板施工时，由于底板浇筑完成后将与管底紧密贴合，为了方便穿吊装钢丝绳以及绳锯链条，底板浇筑前，需要在拟定的每处切割面环向预留至少3根[Φ]50硬质水管作为穿绳锯链条及吊装钢丝绳的通道，其中一根为穿钢丝绳用，一根为穿绳锯链条用，一条备用，管内穿上铁丝作为牵引绳备用。根据现场管节的位置布设，3#、4#连接井内须各布设3处9道预埋管道。

掏底施工完并检查井底板后，需要继续施工四周井壁，其中4#连接井的旧管道与新管道斜交角度较大，井内检查井无法做成常规的矩形，根据现场实际情况，在满足功能要求的情况下，做成异形井（见图3）。连接井内各结构面的高程及深度如表1所示，其中，井顶标高高于观测期间最高污水位约1.0m。

3#连接井井壁厚度为40 cm，混凝土标号为C30P8，其余技术参数如图3（a）所示。4#连接井井壁厚度为40 cm，混凝土标号为C30P8，其余技术参数如图3（b）所示。

底板及连接井井壁施工时，需要在井壁及底板环向预留两道止水钢板槽道，预留槽道宽15 cm、深5 cm，两道预留槽中对中间距为30 cm。其中4#井的槽道预留在下游侧，3#井的槽道预留在上游侧。

2.2.2 切割设备安装。具体流程为：首先搭设施工平台，然后安装绳锯机及导向轮，再安装绳索，最后接通水源。

2.2.2.1 施工平台搭设。切割平台搭建采用钢筋及[Φ]48×3.0 mm钢管作为骨架，骨架搭设完成后，面层铺设13 mm厚覆膜多层板作为工作平台。

2.2.2.2 安装绳锯机及导向轮。用M16螺栓固定绳锯主脚架于检查井井壁顶端，主脚架及辅助脚架导向轮安装一定要稳固，且轮的边缘一定要和穿绳孔的中心线对准，以确保切割面的有效切割速度，严格执行安装精度要求。要确保导轨安放平整，导轨之间连接牢靠，条件允许时可用水平仪校检水平度，倾斜度不宜过大，一般不超过10°。机台安装好后，调整主飞轮位置，使其与被切割面在同一个平面内。然后，调节两个导向轮的张开角度，调节串珠绳与主飞轮的接触长度。将绳锯链条穿过预埋管道后，沿切削方向手动拉绳锯，确保绳锯在交汇孔内灵活运动、无卡滞。

2.2.2.3 安装绳索。金刚石绳链利用铁丝牵引沿着预埋的管道进行穿设，环绕穿过污水管后，将串珠式金刚石绳对接成无极环状，套在金刚石锯机的驱动轮上。将金刚石绳索撑开，使二个导向轮在同一平面上，方向正确，不能偏斜。根据已确定的切割形式将金刚石绳索按一定的顺序缠绕在主动轮及辅助轮上，绳子的方向应和主动轮驱动方向一致。

金刚石绳锯使用前须连接一个闭合的循环。其操作方法及步骤为：两头裸露钢丝绳长度=接头长度;将两头裸露钢丝绳插入钢质接头，接头和相邻的串珠应无缝隙;采用金刚石繩锯专用液压钳，将接头扣压紧，扣压时，先将接头中部置于液压钳内扣压，每转动90°扣压一次，然后将接头两端置于液压钳中依次扣压，最后将接头中部再次置于液压中扣压;扣压后检查接头，用角磨机等将飞边和毛刺去除干净。

为了确保污水管能顺利吊出，两道绳索安装时应呈倒“八”字形，绳索与竖直方向的夹角约为2°。

2.2.2.4 接通水源。安装两根冷却水管，一根设置在绳的入口孔位置，另一根设在绳的出口位置，随着切割进度的深入，人们需要通过人工不断调整进水位置及出水方向，确保水源供给充足。顺着串珠绳的锯切方向加入冷却水，切割面较大时，可多加几个加水点。虽然本次切割为带水的污水管，但是上部的链条也需要时刻淋水冷却，防止绳链断裂。开启冷却水源，使冷却水喷射到绳锯上，确认冷却水进入切割面后，才能启动绳锯机进行切割。垂直切割时，冷却水喷嘴必须随着绳锯切割位置的改变而移动。冷却水量要适当，过少的水量会烧毁绳锯的注塑层，过多的水量会造成绳锯打滑或抛光，在切割时保持无粉尘喷出，喷出的水呈雾状和水汽最为合适。

2.2.3 管线切割。3#连接井井底标高为765.31 m，4#连接井井底标高为765.71 m，经过对污水水位进行测量，得出既有污水井内水位高于污水管管顶5 m左右，管内水压较大。一旦切割开管道，污水将涌入新建管线，届时两个连接井内都会受到污水的影响，因此3#、4#连接井4台切割设备需要同步施工。上下游两个连接井4台切割设备同时安装、调试完成后，即可进行切割。为了避免切割过程中卡绳，同时防止管线切断后在水流作用下产生位移而卡住，最终无法吊装，施工前需要用吊车预吊拟割除的管道。预吊既可以用于固定切割期间的管道，也便于切割完成后及时吊运。

切割期间，一旦管线被切开缺口，污水将沿着缺口漫入井内，污水中含有大量的硫化氢等有毒气体，虽然操作人员在距离管顶7～8 m的冠梁顶部，通风相对良好，但其依然存在一定的中毒风险。为此，3#、4#连接井各安排一人佩戴防毒口罩、手持ADKS-4气体检测仪，该气体检测仪可对硫化氢、一氧化碳、氧气、可燃物等四种气体进行检测。一旦发现气体含量超标，要加强通风，及时将人员撤离。

2.2.4 管道吊离。其间需要计算管节自重，通过计算合理选择钢丝绳，做好吊车选型。

2.2.4.1 管节自重计算。管节自重按最大尺寸计算，计算长度为3.5 m。管节为钢筋混凝土结构，重量取25 kN/m3计算。污水管壁厚为0.2 m，外径为2.4 m，每延米重达（3.14×2.3×0.2）×2.5=3.6 t，3.5 m长管节重达12.6 t。由于初始吊装时，管内充满水，故需要将水的重量也计算上。[G水]=（3.14×1×1）×1×3.5=11 t，故在水中时，总重量为23.6 t。

2.2.4.2 钢丝绳计算。钢丝绳的破断拉力与钢丝绳的直径、结构及钢丝的强度有关，钢丝绳破断拉力=换算系数×钢丝破断拉力总和。一般常用钢丝绳换算系数如下：6×19+1钢丝绳取0.85，6×37+1钢丝绳取0.82，6×61+1钢丝绳取0.80。单股钢丝绳允许破断拉力为：

[[Fg]=CFg/K]                                    （1）

式中，[[Fg]]为单股钢丝绳允许破断拉力，kN;[Fg]为选用钢丝绳的钢丝破断拉力总和，kN;[C]为换算系数，取0.82;[K]为钢丝绳的安全系数，根据《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》（JGJ 276—2012），取值为8。

拟采用2根4股直径19.5 mm、公称抗拉强度1 550 N/mm2的6×37钢丝绳作为吊索，单股破断拉力为218.5 kN，吊装夹角最大约为10°，求它的允许拉力。由式（1）计算可得，

允许破断拉力[[Fg]]=（0.82×218.5×4）/8=89.6kN。

单股钢丝绳所受拉力的计算公式为：

[P=PNNcosα]                                     （2）

式中，[P]为单股钢丝绳所受的拉力，kN;[PN]为[N]股钢丝绳的吊装总重，kN;[α]为吊装角度，°。

由式（2）计算可得，[P]=23.6×9.8/（4cos10°）=58.7 kN。由于[Fg>][P]，故选择2根4股[Φ]19.5 mm、公称抗拉强度1 550 N/mm2的6×37+1的钢丝绳，满足安全使用要求。

2.2.4.3 吊车选型。吊车选用徐工XGC75，主臂长度为31 m，起吊半径约为8 m，可起吊重量为26.8 t。由于吊物重达23.6 t，因此徐工XGC75可满足起吊要求。

2.2.5 钢板封堵截流。管道割除后需要将废除管道进行封堵。在前期连接井内检查井施工时，处于下游的3#连接井内背部已留两道宽度15 cm、深度5 cm凹槽，凹槽间间距为0.3 m（见图4）。管道割除后，将1.4 cm厚钢板吊放至预留凹槽内，将水截流。由于钢板刚度较小，人们需要利用5 cm等边角钢在背部焊接竖向及横向背楞提高刚度。

封堵钢板的尺寸必须现场测量，参考已浇筑完成的检查井的实际尺寸，才能确保顺利入槽并成功堵水。经过现场测量，所需钢板最大尺寸为7.6 m×3.65 m，厚度为14 mm，重量为3.049 t，采用25 t汽车吊进行吊装。

吊装前，需要在每塊钢板焊接两个吊环，吊环分布在钢板宽度的四等分点上，吊环采用直径25 mm Q235光圆钢筋，吊环与钢板的焊缝长度不得低于10[d]（[d]为槽钢的腰厚度）。吊装时，在钢板上布置牵引绳，防止吊装过程中钢板在空中晃动，便于钢板准确入槽。吊入槽口上部，将牵引绳解除后，将钢板缓慢落至槽底，然后测量钢板顶部标高是否与计算结果一致，核实钢板是否已完全插到底部。

4#连接井为异形井，同样也采用1.4 ㎝厚钢板作为闸板，检查井施工时已预留两道凹槽，管道吊离井内后沿凹槽放入闸板（见图5）。因水压较大，因此先对3#连接井内旧管道的上游出水口进行截流，届时3#连接井与4#连接井间旧的管道内水流速将减缓，管内水饱和后，水流将通过新建线路流动，此时在水压减小的情况下进行4#连接井的截流，闸板在放入的过程中不会因水压太大而产生变形。截流后将两道钢闸板间的污水进行抽排，浇筑C20混凝土填充密实，达到进一步的止水效果。

两个连接井的钢闸板均安装到位后，钢闸板间利用天泵混凝土浇筑。封堵完成后，将水泵放入旧污水管道的检查井内，抽排残留污水。抽排后，污水已完全沿着新建管道排走，成功地实现了新旧污水管的带水切割封堵。

3 注意事项

由于污水管一般为重力流非满流管，在迁改类似本工程的污水管线时，如存在污水水位异常（高于管顶），必须核实检查井井壁的高度是否高于高峰期污水水位。掏底施作井底板时，适当多预留管道，以防绳锯多次断裂后无法进行切割。

预留钢闸板的加固背楞可适当多加，增强刚度，纵、横向间距不宜超过1.5 m。钢闸板间需要分层、多次浇筑混凝土，防止钢板滑出预留槽。虽然本次封堵施工不需要人员下水作业，但是为了保险起见，可联系好蛙人到现场待命，一旦发生异常情况，需要下水作业，可以及时处理。

4 结语

本工程带水切割封堵大直径、高流量污水管的成功实践，在安全性、经济性方面均优于蛙人水下砌筑封堵，具有较好的工程应用意义。

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