D3000mm污水管在不断流动水条件下改迁施工技术张冕

D3000mm污水管在不断流动水条件下改迁施工技术张冕

张冕

中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000

摘要：郑州东三环下穿隧道在C11段部位下穿D3000mm正在运行污水管道，由于该管道承担郑州市40%左右的排污量，为了保证东三环下穿隧道在建设期间对该污水管道不中断，最终采用了临时超越和永久改迁的施工技术，本文以该工程为例总结了D3000mm污水管在不断流情况下改迁施工技术可以作为类似工程借鉴。

关键词：市政污水；管道改迁；超封堵气囊；水下作业

1.工程概况

郑州市107辅道快速化工程，位于郑州市中心城区东部，北起北四环，南至南四环。本标段工程隧道主线北起金水东路，南至动力南路以北，里程桩号范围为K10+848.679～K12+200.00，全长1351.32m，设计双向八车道。七里河北路下方现有王新庄污水厂进厂D3000污水干管，污水管为混凝土管，采用顶管法施工。管线与隧道主线平面相交。管底竣工标高为79.22m，管顶覆土约5.9m，管底与规划107下穿隧道顶板净距约1m。

改迁施工在现状污水管南侧隧道主体的上方新建L型路由，对污水管进行永久改迁。

2.施工总体方案

污水管权属单位郑州市中原环保有限公司，于2000年建成通水，已投入使用16年。现状承担56万吨/日的污水输送量，是关乎郑州东区民生的重要管线，因此产权单位要求施工期间必须保证污水管排污功能不中断。

针对产权单位施工期间污水管道不可断流的要求，设计单位经过方案比选，最终决定采用超越管方案进行污水改迁。先完成下穿隧道相邻段C12段隧道主体施工，然后直接通过在现状管道北侧新建临时超越管道，将污水由上游26号井超越至下游27号井。在形成临时超越管道后，进行永久改迁L型路由管道进行的施工，不造成环境污染，而且工程施工风险较低。改迁方案具体如下：

工序1：新建超越井1~4和整个超越管线（详见附图方案粗虚线部分）。超越管线全线进行顶管（超越井2顶管至超越井3）穿越辅道，避开现状施工工地和临时强电管线。根据管线规划，此路由上没有现状管线。超越井1出水管处和超越井4的进水管处都预先施工好闸门，闸门先处于打开状态。工序2：提前通知污水厂全力开泵，降低污水管中水位，然后改造现状上游26号顶管井和现状下游27号顶管井，凿开上部狭窄的井道，凿除现状井下部砖砌流槽。工序3：超越井1和超越井4，这两个井分别包在现状26号、27号顶管井北侧。在凌晨低峰流量时，污水厂全力开泵降低水位，请专业潜水员利用钢割绳和定滑轮，在26号和27号现状井北侧下方割出方孔3000x2500。工序4：原管道两头用气囊封堵，污水即通过北侧超越路由完成超越。工序5：抽空中间管道污水，放坡开挖，进行中间管道L型永久路由施工（井3~井2~井1），永久施工时需要对沿途给水管和电力管进行局部迁改和保护。工序6：完成永久施工L型路由后，再关闭超越井1和4中的闸门，废除部分超越管道。

3.施工方法

3.1沉井施工

由于临时超越管道穿越107辅道，无法实现开挖施工，因此采用顶管形式，顶管工作井及接收井采用沉井施工。顶管工作井（超越井2）内尺寸为6m×9m，井壁厚0.8m，顶管接收井（超越井3）内尺寸为6m×6.5m，井壁厚0.65m。

沉井采用两次制作，一次下沉施工工艺。第一次浇筑沉井刃脚部分，第二次浇筑沉井井壁部分。

沉井施工工艺如下：

施工准备→基坑开挖→沉井制作→沉井下沉→沉井封底。

3.2机械顶管施工

超越井2至超越井3之间管道采用机械顶管施工，顶进距离约480m，选用土压平衡机械顶管机，泥浆泵出土方式。管材要求：选用管径3000mmⅢ级钢筋混凝土管，F型接口，柔性接头，钢承口管，节长度为2500mm，参见《混凝土和钢筋混凝土排水管国标》GBT11836-2009。

机械顶管工艺流程如下图：

3.3井壁绳锯切孔

超越井1与超越井4为现状井改造，分别包在现状26号、27号现状井北侧。在超越管道全部施工完成后，需将新建超越井与现状井打通，使污水流入超越管道，采用绳锯切割工艺，在现状井北侧井壁上切出3m×2.5m的方孔。

绳锯切割施工流程如下：

（1）从新建井侧在现状井壁上准备切3m×2.5m方孔位置四角钻4个切割孔；潜水员进入现状井内，将靠近北侧井壁的部分砖砌流槽凿除。

（2）在井壁上固定定滑轮，并在四个孔内分别穿钢锯绳进行切割，先切底部水平缝，再切两侧竖向缝，最后切顶部水平缝。

（3）从新建井侧将绳锯切割下的井壁混凝土块吊出，采用75t履带吊进行吊装，混凝土块提前钻穿绳孔，切割时断面成坡口，便于吊车将混凝土块从井壁方孔中拖出。

（4）潜水员从新建井侧进入现状井，拆除剩余砖砌流槽，拆除同时码放沙袋进行临时防护，防止开口过大水流卷入，保障人员安全。

（5）两个现状井井壁凿孔都完成后，先打开下游4号井闸门，然后缓慢打开上游1号井闸门，让污水流入超越管道，而后进行现状管道封堵。

图3.1-1机械顶管工艺流程图

3.4管道封堵

在超越管道施工完成通水后需要对原污水管道进行气囊封堵，封堵选用Φ3000*4.5m橡胶管道封堵气囊。

管道封堵气囊堵水的工作原理就是利用优质橡胶做成的管道封堵气囊通过充气方法使其膨胀，当堵水气囊内的气体压力达到规定要求时，堵水气囊填满整个管道断面，利用管道封堵气囊壁与管道产生的摩擦力堵住漏水，从而达到目标管段内无渗水的目的。

管道封堵施工流程如下：

（1）在现状井内放置依据流槽形状定制的钢箱钢闸门，为避免受水流冲击造成钢箱倾覆，可提前在井壁内安装限位槽钢，并在钢箱闸门板下端固定钢丝绳，连接卷扬机，对闸门板的下放和提升速度进行控制。

（2）钢箱闸门下放至流槽底部后，缝隙渗水采用浸泡沥青的布袋进行堵塞；潜水员进入管道内进行清淤，并对管壁内侧可能割破气囊的尖锐凸起进行处理。

（3）由钢箱与井壁间空档将3m×4.5m的橡胶气囊塞进管道内，缓慢充气，人工辅助舒展气囊，避免气囊弯折不能与管壁完全接触造成渗漏；气囊内气压达到7.5kg，关闭气阀，观察24小时无漏气现象，拆除打气设备。

（4）为防止后期污水中夹杂尖锐硬物刺破气囊，在管口内气囊前部安装钢制圆形挡板，同时作为二次封堵。挡板一圈用膨胀螺栓固定在管壁上，外缘固定止水胶圈。

（5）提出钢箱闸门完成封堵。

图3.4-1管道封堵施工示意图

4.施工过程控制要点

4.1沉井施工

（1）沉井下沉时，在四周的影响区域内，不应有高压电线杆、地下管道、固定式机具设备和永久性建筑物，否则应采取安全措施。

（2）沉井的制作高度不宜使重心离地太高，以不超过沉井短边或直径的长度为宜。一般不应超过12m。特殊情况需要加高时，必须有可靠的计算数据，并采取必要的技术措施。

（3）抽承垫木时，应有专人统一指挥，分区域，按规定顺序进行。并在抽承垫木及下沉时，严禁人员从刃脚、底梁和隔墙下通过。

（4）沉井的内外脚手，如不能随同沉井下沉时，应和沉井的模板、钢筋分开。井字架、扶梯等设施均不得固定在井壁上，以防沉井突然下沉时被拉倒发生事故。

（5）沉井顶部周围应设防护栏杆。井内的水泵、水力机械管道等设施，必须架设牢固，以防坠落伤人。

（6）空压机的贮气罐应设有安全阀，输气管道编号，供气控制应有专人负责，进气口应设置在能取得洁净空气处。

（7）沉井下沉前应把井壁上拉杆螺栓和圆钉割掉。特别在不排水下沉时，应全部清除井内障碍和插筋。

（8）采用抓斗抓土时，井孔内的人员和设备应事前撤出，如不撤出，应采取有效的安全措施进行妥善保护。

（9）沉井在遇到淤泥质粘土或亚粘土中下沉时，井内的工作平台应用活动平台，严禁固定在井壁、隔墙和底梁上。沉井发生突然下沉，平台应能随井内涌土上升。

（10）沉井下沉采用加载助沉时，加载平台应经过计算，加载或卸载范围内，应停止其他作业。

4.2机械顶管施工

4.2.1顶管机出洞控制要点

顶管机出洞前要根据地层情况，设定顶进。开始顶进后要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态地调整顶管机顶进参数，同时还应注意以下事项：

（1）出洞前在基座轨道上涂抹油，减少顶管机推进阻力。

（2）出洞前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。

（3）出洞基座要有足够的抗偏压强度，导轨必须顺直，严格控制其标高、间距及中心轴线。

（4）及时封堵洞圈，以防洞口漏浆。

（5）端头砼墙拆除前的确认：出洞前确认墙拆除后的形状是否有碍于顶管机的通过，另外，检查衬垫的安装状况，如衬垫与围岩之间较远，则设置延伸导轨，防止顶管机前倾。

（6）防止顶管机旋转、上飘。顶管机出洞时，正面加固土体强度较高，由于顶管机与地层间无摩擦力，顶管机易旋转，宜加强顶管机姿态测量，如发现顶管机有较大转角，可以采用刀盘正反转的措施进行调整。顶管机刚出洞时，顶进速度宜缓慢，刀盘切削土体中可加水降低顶管机正面压力，防止顶管机上飘，同时加强后背支撑观测，尽快完善后背支撑。

（7）在顶管机靠上正面土体后，需立即开启刀盘切削系统进行土体切削，以防顶管机对正面土体产生过量挤压，使切削刀盘扭距过大。

（8）由于顶管初出洞处于加固区域，为控制顶进轴线。保护刀盘，顶进速度不宜过快。

（9）在顶管初出洞段顶进施工过程中，对顶管机姿态要勤测勤纠，力争将出洞段顶管轴线控制到最好，为后阶段顶管施工形成一个良好的导向。

（10）顶管机完全贯入地层，管外注浆还未实施之前，顶管机以及出发的各设备均处于极不稳定状态，顶进中要经常检查，发现异常，立刻停止顶进，进行妥善的处理。

4.2.2机头纠偏控制要点

（1）切换刀盘转动方向时，先让刀盘停止转动，间隔一段时间后，再改变转动方向，以保持开挖面的稳定。

（2）要随时根据掌子面地层情况及时调整顶进参数，修正顶进方向，避免偏差越来越大。

（3）顶进时要及时进行纠偏，消除偏差后，再继续向前顶进。

4.3绳锯切割施工

1）绳索的变向是通过导向轮的组合安装来实现的，施工过程中导向轮的安装与主动驱动轮中的位置关系应巧妙的设计，以满足切割要求。

2）绳锯机及金刚石锯绳在进行井壁切割时，可采用人工遥控操作，在设备安装调试好后，人员均撤离至安全区域。

3）每切割完成一道切缝，应对绳锯机及金刚石锯绳进行检查，如金刚石锯绳磨损严重影响使用，应及时予以更换。

4）切割过程中，作业平台及导向装置均采用倒用，每次回收后倒用前，应对结构焊缝进行检查，保证结构满足作业过程中最大张拉强度的要求。

5）金刚石锯绳使用前须连接一个闭合的循环，锯绳连接采用金刚石绳锯专用液压钳将接头扣压紧，扣压后检查接头，用角磨机等将飞边和毛刺去除干净。

4.4气囊封堵施工

（1）对于市政排水管，要求清砂干净，内壁平整，不允许有毛刺，否则会影响堵水密封性，甚至刺破胶囊。

（2）管道封堵气囊要避免放在管件接头处，以防该处内壁有接缝，影响堵水严密性。

（3）为了防止气囊与胶管脱开，在气囊和胶管接口处应用铁丝扎紧或用其它方式绑紧。

（4）用打气泵给气囊充气要完成的时候，把打气泵的气量要关小一点，不可继续大量充气，以防气囊爆破，引起事故。

（5）在搬运气囊过程中，不得拖拉气囊，以防损伤气囊外壁。

（6）在工程作业时，要时刻关注气囊的压力值，如果气囊压力值在很慢的下降，不必停下作业，继续用打气泵给气囊补气至标准气压，等作业完成后再检查气囊的或者是配件是否漏气。

4.5潜水员水下作业安全控制要点

（1）潜水员在下水作业前，应认真检查潜水装具的安全性能，确认完好，方可着装入水。

（2）潜水员下潜，不得直接跳入水中，应扶潜水工作梯入水，在水面处进行潜水装备的水密检查和通讯设备性能检查，合格后应沿导索下潜。下潜过程中遇有身体不适应压力平衡动作，待症状消失后再继续下潜。到达作业点后应及时通知水面。

（3）潜水员在水下高处作业时应防止跌落。行走或工作中应注意障碍物，防止划破潜水装具。

（4）潜水员在水下工作时，必须注意保持潜水装具内的空气，始终保持上身（髋骨以上）高于下身（髋骨以下）防止发生串气放漂事故。

（5）潜水员在水下作业过程中，要随时注意和清理供气胶管和信号绳，防止绞缠或被物体挤压。

（6）潜水员在水下作业时，严禁解脱信号绳，挪做它用。

（7）潜水员在水下作业时，应经常与水面电话员保持联系。电话发生故障时，可用信号绳联络。当电话和信号绳均发生故障时，可用供气管联络，并应立即出水。

（8）潜水员必须严格执行水面电话员的指令。遇有险情或故障，应立即通知水面电话员，同时保持镇静，设法自救或等待水面派潜水员协作解救。

（9）潜水员在水下工作结束，应清理工具及信号绳、供气胶管后通知水面人员。待水面信绳员、扯管员将信号绳、供气胶管收紧后方可沿入水绳离开底面上升，并按减压表的要求减压出水，接近水面时应减速，并用手护住头盔顶部。

（10）管道污水可能含有腐蚀、油污质时，应对潜水员皮肤、装具采取适当保护措施。

5.结语

本工程通过新建临时超越管道，将直径3米的现状污水主干管道在不断流且动水的情况下完成了改迁，施工过程中运用了沉井、大管径机械顶管、绳锯切割、封堵气囊等多项关键施工技术，具有一定的技术先进性，实施完成后达到了良好的效果，并且未发生污水泄漏或其他安全事故。总结的施工技术，可为后续城市市政工程管道施工提供新思路，积累新经验。