西宁市雨污分流管网改造工程管道结构技术问题探讨

2022-10-01边燕红王延凯

甘肃科技 2022年15期

赵磊,边燕红,王延凯

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

1 引言

在城市更新的背景下，现有地下管网建设规模已经不能满足城市发展的需求[1]。在国家相关政策引导下，全国各地进行大规模的雨污分流管网改造工程。管网改造前，需对现有地下管网进行综合物探分析，作为设计及施工的依据。通过对西宁市地下管网进行综合物探发现，该地区地下管道错综复杂，管位紧张、错接混接问题很多[2]，结构设计人员需要结合相关规范及施工现场具体情况综合考虑方案的#行性。

2 管道结构技术问题及解决策略

在西宁市雨污分流管网改造项目结构设计及施工配合的过程中，主要发现以下共性问题并提出相应的解决方案。

1）新建管道与现有管道交叉碰撞，新建管道按照常规设计无法施工

常规设计时，根据综合物探图及地形平面图对新建管道铺设位置进行分析，尽量避开现有管道及障碍物。西宁市由于历史原因，管道建设管理比较落后，私接管道较多，很多不明管道未标注在主管部门管网布置图上，设计人员无法获知，导致施工人员按照设计图纸无法实施，设计人员需要根据现场实际情况做相应调整。比如西宁市八一路某排水管网建设工程，管道沟槽开挖时，一根直径DN 400 mm的不明管道（管材为球墨铸铁管），横跨新建管道沟槽，管道中心标高与新建管道中心标高重合。新建管道为雨水管，管材为钢筋混凝土II级管，管径DN 500 mm。工艺专业设计人员经过核对标高，提出调整新建管道标高，从不明管道上方横跨，结构专业设计人员配合出具基础加固做法。经分析，该道路为城市次干道，上部有大车通过，管道需要包封加固处理，但包封后管道基础侵占道路结构水稳层，通过与道路专业设计人员沟通，以包封加固体作为道路结构持力层。为防止道路水稳层与加固体结构刚度存在差异，导致路面出现细微裂缝，需在道路基层与面层之间增加玻纤土工格栅,玻纤土工格栅铺设范围为基坑顶两侧向外延伸不小于1.5 m。同时，对不明管道采取素混凝土包封加固处理，加固后不明管道底部做300 mm厚级配砂石垫层。管道加固做法如图1所示（图中DN为管道直径，标注尺寸均以毫米计）。

图1 管道碰撞加固做法断面图

当遇到污水管道与现有管道因标高相同，发生垂直碰撞的情况时，#通过以下方式解决。（1）在碰撞的位置设计非标准污水检查井，对现有管道（管径≤DN1 000 mm）采取防腐措施，将其包封在检查井内。污水检查井内设置流槽，污水管道坡度系数保持不变，使管道污水先流到检查井内，然后通过流槽从污水检查井另外一个接口排出。检查井不能按照国标图集做法施工，需要工艺专业人员根据现场实际情况设计检查井净尺寸及标高，将现场条件反馈给结构设计人员，由结构设计人员进行受力计算出具配筋施工图。（2）对管径大于DN1 000 mm的现有管道，因管径较大，采用第一种方法施工不便，#采取在现有管道两侧各设置检查井一座，垂直现有管道上下侧各设置一根管道连通两座检查井。垂直现有管道下侧设置的管道，其管道直径通过《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）流量及流速计算公式计算确定[3]；垂直现有管道上侧设置的管道，其管道直径为原设计污水管道直径的0.8倍，且不小于DN400 mm，工作原理跟倒虹吸类似，利用位能和压能守恒原理，通过下侧管道将污水从现有管道左边的检查井引到右边检查井，再通过污水管道排出。上侧管道为溢流管，当下侧管道堵塞或污水流通不畅时，液位到达溢流管管口，通过溢流管将左边检查井污水排到右边检查井。管道沟槽采用中粗砂回填（粒径不大于40 mm），压实系数按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）执行[4]。

当遇到污水管道从现有管道底部垂直穿过时，结构通常做法是从现有管道底部两侧进行沟槽开挖，挖通后采用300 mm厚素砼包封处理，包封长度为两侧距离现有管道外壁不小于1 m。当现场不具备放坡条件，比如新建管道顶部距离现有管道底部小于500 mm、两侧有建筑物等障碍物、现有管道为燃气管道或者军用光缆，相关部门不同意底部开挖时，#采取顶管施工的方式，采用大直径套管（直径不小于1 m）顶过去，将新建管道从套管内部穿过，然后采用中粗砂固定套管内部管道，对套管两端采用砖砌封堵处理。

当管道沟槽开挖发现有其他管道在新建管道位置并排铺设，现有管道与新建管道水平距离较近，管中心间距小于1.5 m，且新建管道在现有管道下部，管道位置无法调整时，#对现有管道支护处理，然后采取直槽开挖。比如西宁市柴达木路某雨污分流改造工程，因工期紧张，甲方没有做综合物探，根据现有资料未发现雨水管道与污水管道中间铺设有燃气管道。燃气管道距离雨污水管道平均净距小于1.5 m，为了保证燃气管道安全，雨污水管道沟槽分别开挖，距离燃气管道两侧各1 m位置采用拉森钢板桩支护处理，保证沟槽开挖不会影响燃气管道下部土层。局部为卵石土的场地做悬臂式微型钢管桩，然后钢丝网（ø8@250×250）挂面，喷射60 mm厚C20混凝土罩面[5-6]。以上做法适用于项目投资比较充分的工程。对于投资控制比较严格的项目，#采取对燃气管道竖向进行吊架固定，再每隔10 m设置一道横向支架横跨沟槽两边，将竖向吊架固定，然后进行雨污水管道沟槽开挖。燃气管道为PE管道时，中间增加一道钢丝绳吊架，吊架具体做法见图2（图中DN为管道直径，标注尺寸均以毫米计）。

图2 管道吊架断面图

2）新建管道管位紧张，按照常规设计无法铺设

通常管道沟槽设计都是倒梯形断面，管道两侧留有300～600 mm的空隙，方便施工，但有些项目特定部位因场地受限，现状沟槽开挖宽度比设计管道直径略小，导致管道无法铺设。对于以上问题，结构专业#通过与工艺专业配合，将管道做成方形箱涵（预制钢筋混凝土箱涵或者钢制波纹箱涵）或者小直径双管铺设。地下水位较高地区预制箱涵结构设计时一定要考虑抗浮及接口防水问题。小直径双管设计时考虑双管间距及防止下管堵塞问题。比如西宁市南川河某水污染治理工程，管道在现状桥下方穿过。施工单位现场挖探孔发现，沟槽左边是现状桥墩，右边是泄洪箱涵池壁，两者净距离1.2 m，设计管道直径1.4 m，管道无法铺设。经现场勘查，发现管道位置在南川河旁边，地下水位很高，设计还需考虑管道抗浮问题。若采用预制钢筋混凝土箱涵，现场没有施工作业面，预制钢筋混凝土箱涵无法吊运到管道沟槽内。采用小直径双管铺设埋深满足不了工艺专业规范要求，最后确定方案为预制钢制波纹箱涵，净截面尺寸为b（宽）×h（高）=1 m×1.5 m，箱涵通过底部增加素混凝土配重，顶部增加覆土满足结构抗浮要求。另外，预制钢制波纹箱涵#现场组装（分片运送，机械固定），施工较为灵活，缩短施工周期。

3）管道采用顶管施工，接口闭合不严实，闭水试验不合格

管道穿越道路或者河道时，考虑到交通组织、人员安全等因素，需要改变沟槽开挖方式，采用顶管施工。顶管施工常规做法有机械顶管和人工顶管。机械顶管多用在地下水位较高、周围环境复杂的地区[7]，查阅相关资料发现西北地区机械顶管一次性最大能顶通300 m管道[8-9]。人工顶管主要用在无地下水或地下水位较深的地区，查阅资料发现西北地区人工顶管一次性最大能顶通100 m管道[10]。2种顶管方式都存在管道接口问题。现场施工配合发现，管道闭水试验不合格主要是管道接口闭合不严，存在缝隙。结构设计时#对该节点进行特殊处理，先将顶管施工完的管道接口缝隙处采用沥青麻丝填实，内衬12 mm内罩钢套环（钢材为Q235B，防腐处理），然后采用1∶2水泥砂浆抹平钢套环与管道接口处，具体做法见图3（图中标注尺寸均以毫米计）。

4）混凝土管道因地基处理不当，引起基础沉降，导致管道接口处脱开，污水外溢污染土壤

西宁市“1·13”公交车站路面塌陷重大事故处理完毕，政府委托有关单位对西宁市管网进行全面排查，发现管网存在的主要问题是管道间接口及管道与检查井接口处理不当，存在漏水，管道铺设在湿陷性黄土层，湿陷性黄土遇水会发生沉陷，路基失稳造成路面坍塌。对于上述问题，政府出台相关文件规定：（1）公交站处管道必须素混凝土包封处理；（2）道路下部铺设污水管道，对应检查井井口位置必须做钢筋混凝土承载板。此种处理方式固然安全#靠，但从专业角度分析，管道受力是管道胸腔与底部共同受力[11]，管道周围的回填土压实度必须满足设计要求（施工时通常忽略这一点，压实度达不到设计要求），而管道基础按照常规图集设计即#，不需要按照文件规定的管道全包封处理，管道塌陷主要是管道接口处漏水，只需钢筋混凝土包封管道接口即#，具体包封断面做法见图4（图中标注尺寸均以毫米计）。

图4 钢筋混凝土管接口详图

对于管道与检查井接口位置，管道管材不同，处理方式不一样。对于钢管，在接口位置井壁埋设防水套管，与检查井相接的管道，距离井壁1.5 m范围内管道基础采用180°素混凝土基础，根据管道沟槽断面图显示，基础由厚度C1和C2两部分组成，厚度C1的垫层下部铺设Ø8@200x200钢丝网片，钢丝网片延伸到检查井底板垫层内部不小于1.5 m。对于钢筋混凝土管、钢带增强双壁波纹管、球墨铸铁管，在井壁预留洞位置，沿管道外壁缠绕膨胀止水条两道，管道与预留洞口缝隙采用沥青麻丝捣实，外部采用防水砂浆抹平[12-13]。管道基础及底部防沉降加固措施同钢管处理措施。