城市管网工程中管道施工水土流失问题探讨

2021-07-22吴玉恒黄倩楠

绿色科技 2021年12期

吴玉恒，黄倩楠，魏伟

(1.上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335；2.上海诺山工程设计咨询有限公司，上海 200062)

1 引言

城市管网工程主要包括城市供水、排水(雨水和污水)、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线管道及其附属设施等工程，按照管道开挖方式的不同可分为开槽埋管施工、不开槽管道施工，其中开槽管道施工可分为放坡开挖管道施工和支护结构开挖管道施工，不开槽管道施工可分为顶管法、盾构法、浅埋暗挖法、夯管法[1]。由于施工方式的差别，导致工程占地面积、土石方开挖量的不同，所布设的水土保持措施也有一定的区别。

本论文以上海市某污水处理厂排海管工程为例，从水土流失影响因素、水土保持防治措施等角度出发，对该工程中出现的两种管道施工方法(支护结构开挖管道施工、顶管施工)进行分析，为城市管网工程施工中水土流失防治提供参考。

2 工程概况

上海市某污水处理厂排海管工程位于上海市浦东新区临港新城重装备区，按污水厂远期规模35万m3/d设计，工程主要内容是新建1座排海泵房、1座高位井、1座压力井、1座配水井和2根排海管(包括陆域管道和海域管道)、泵站和排海管平面布置，以及配套电气、仪表自控、暖通等。

排海管分为陆域段和海域段两部分，其中，陆域段排海管主要为污水处理厂新建高位井到新大堤处的新建压力井处的管道，距离约520 m；海域段(压力井至排放口)排海管长度约为2.6 km，总长度为3120 m。

陆域段管道分为三部分：第一部分为新建排海泵房至新建高位井间的DN2400出水管，管道长度35 m，埋深约6～7 m，采用开槽埋管施工。采用拉森钢板桩+内支撑支护开挖，坑底旋喷止水。第二部分为新建配水井至新建高位井间的应急连通管，DN1400管道。管道埋深约3～4 m，采用开槽埋管施工。采用拉森钢板桩+内支撑支护开挖，坑底旋喷止水。第三部分为新建高位井至新建压力井间的管道，2根DN2200管道，长度520 m。此处管道采用顶管施工，利用新建高位井和压力井作为顶管工作(接收)井。本工程海域段管道采用两根DN2200钢管，长度为2600 m，采用顶管施工。

本工程施工生产生活区共布2处，其中1#施工生产生活区利用高位井作为工作井，占地约0.56 hm2，主要包括施工材料堆放区、顶管施工区等。2#施工生产生活区利用压力井作为工作井，占地面积约2.13 hm2，主要包括办公区、顶管施工区、泥浆池、沉淀池等。

工程总占地3.00 hm2，其中永久占地0.06 hm2，临时占地2.94 hm2。工程挖方3.45万m3，填方0.67万m3，借方0.04万m3，余方2.82万m3。本工程水土流失防治责任范围划分为主体工程防治区、施工生产生活防治区和临时道路防治区3个一级防治分区。

工程开工时间为2020年8月，计划完工时间2021年12月，总工期19个月。

3 施工工艺

本工程陆域段的管道敷设同时采用了开槽埋管施工和顶管施工两种方法。

3.1 开槽埋管施工

开槽埋管主要施工流程包括定位放线→钢板桩支护→管槽开挖、支撑→垫层施工→管道铺设→管道接缝处理→水压试验→管道坞磅→回填土[2]。施工过程中常在管道沿线两侧布设作业带，以管道轴线为中心，在轴线的一侧进行管道堆放、布管、组焊，以及吊管机、挖掘机、空压机、切割机、推土机等机械运输车辆行走和施工作业；另一侧临时堆放管沟开挖土方，堆土边界管沟边缘0.5 m以外，堆置高度不超过2.5 m。开槽埋管作业带布设如图1所示。

3.2 顶管施工

工程采用泥水平衡顶管施工，泥水平衡式顶管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法[3-4]。其主要施工流程包括施工准备→测量定位→工作井开挖→设备安装→入洞→顶进→出洞→设备拆除→泥浆置换→竣工测量。顶管施工工作井地面上方需要配备顶进控制室、配电房、送风空压机、管节堆场、泥浆房、泥浆存储器、工具间、仓库、施工便道等。井内沿顶管轴线方向安装刚性后座以及布置主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备[5]。

图1 开槽埋管作业带示意

4 管道工程水土流失特点

从适用范围、施工难易程度、扰动面积、土石方量、损坏植被面积、水土流失量和危害、工程投资等方面对两种管道施工方法进行水土流失影响分析(表1)和评价。

4.1 开槽埋管施工水土流失特点

管槽的开挖和回填是产生水土流失的重要环节，管线两侧的临时堆土区和施工作业带是产生水土流失的重点区域，主要侵蚀营力为水力侵蚀[6]。弃土主要来源于管槽开挖产生的多余土方，土方开挖较大，扰动面积较大，扰动时间较长，水土流失呈线状[7]。加强对堆土的苫盖措施和作业带的排水措施是后续水土保持工作的重点。

4.2 顶管施工水土流失特点

顶管工作井和接收井的基坑开挖以及顶管出土是产生水土流失的重要环节，顶管工作井和接收井的施工区域是产生水土流失的重点区域，主要侵蚀营力为水力侵蚀[8]。弃土主要来源于顶管工作井接收机基坑开挖土方、钻孔灌注桩产生的钻渣、顶管出土产生的泥水混合物，工程土方开挖量较小，扰动面积较小，扰动时间较短，水土流失呈点状。加强顶管出土和钻渣的处置是后续水土保持工作的重点。

表1 管道施工中主要施工工艺的水土流失分析

5 防治措施

5.1 开槽埋管作业带的水土流失防治措施

施工前对开槽埋管作业带和临时堆土区域进行表土剥离，将表土临时堆存保护[9]。施工期间，管槽开挖产生的临时堆土暂时存放在管沟一侧，为防止土体坍塌流失以及雨季的冲刷，在临时堆土坡脚处堆砌装土编织袋拦挡，堆土面采用密目网苫盖，防止堆土表层的水土流失。施工期间施工车辆出入开槽埋管的作业带，为防止泥土散落和雨季冲刷，根据施工现场周边现有排水情况，沿施工作业带布设临时排水沟和沉沙池，排水沟顺接到厂区排水系统[10]。施工结束后回填表土，对整个作业面进行场地恢复和绿化，由于开槽埋管段位于污水厂内部，按照污水厂扩建工程绿化部分执行，与污水厂扩建工程同步实施。

5.2 顶管工作(接受)井施工区域的水土流失防治措施

施工前对顶管工作(接受)井施工区域进行表土剥离，并注重对表土进行临时堆存保护。施工期间，为了防止雨季水土流失，在场地内布置完善的排水系统，沿场地施工便道一侧设置排水明沟，排水沟拐角处和出口布设沉沙池[11]。为了防止施工车辆出入施工区域携带泥沙、泥浆，施工出入口处布置洗车平台和三级沉淀池。由于钻孔灌注桩施工和顶管施工过程中会产生大量废弃泥浆和钻渣，在施工场地周边采用直挖形式布置泥浆沉淀池，钻渣在泥浆沉淀池中固化后，抽入封闭式的车辆运至政府制定的弃土场，由于钻渣泥浆呈流塑状，需密闭车辆运输[12]。施工结束后对整个施工区域进行场地恢复和绿化，由于施工场地靠近海边，场地恢复和绿化应着重考虑耐盐碱植被。