近几年, 各大中城市为解决频繁发生的城市内涝问题, 加大了在市政排水管网建设方面的投入力度, 采用顶管法兴建了许多排水管网。

顶管法具有非开挖、对周边环境影响小、施工速度快等优点。该技术是以顶管井壁后背墙为支撑, 顶管机头从工作井开始挖掘出洞, 将管片跟随顶管机由主推千斤顶顶进, 挖掘土体, 重复顶进管节, 至接收井后, 将顶管机头从井内吊起的全过程。

新建市政管网建设完成后, 为发挥最大的综合效益, 还需将新建市政排水管网和正在使用的已有市政管网连通。在相邻新旧市政井窖 (工作井或接收井) 之间, 采用设置连接通道的方式, 实现两者互通。新井与旧井连接通道的施工, 通常采用开槽埋管的方法, 该方法需要打设围护结构、土方开挖、埋管施工。在连接通道埋深较大时, 该工艺存在围护结构施工工期较长、土方开挖量大、需要搬迁邻近的地下管线、对周边环境影响大等问题。若采用牵引的方式 (如拉管) 铺设连接通道, 仅适用于小口径管道, 对于城市主要排水管网这种大型管道, 不能满足工程要求。

本文结合上海市污水治理白龙港区域南线输送干管完善工程, 详细介绍了新旧市政管网连接过程中所采用的地下非开挖连接综合技术。该技术通过旋喷加固、暗挖通道、架设钢管、浇筑通道、水下贯通等步骤, 顺利实现了新旧市政管网的暗挖连通, 有效解决了开槽埋管工艺存在的工期长、占地面积大、支护费用高、地下连通部位容易透水、新旧井之间水压差大、施工危险性高等问题。

上海市污水治理白龙港区域南线输送干管完善工程, 主要包括浦西段连接管和浦西过江管, 均采用顶管法施工。如图1所示, 浦西段连接管包括直径2.7m的污水管 (总长3 990m) 和直径2.2m的污水支管 (总长430m) , 其中, 污水支管自华泾路起, 经长华路, 至工作井 (W9号) 止。

为实现新建排水管网与原有排水管网 (见图1, 环南二大道) 的互连互通, 要在原有排水系统的旧井W9-1号 (沉井) 和新井W9号 (工作井, 排桩+止水帷幕, 明挖) 之间设置连接通道, 如图2所示。该通道直径2.2m, 长3m, 顶部埋深6.47m。由于该连接通道位于环南二大道和长华路交叉口附近, 若采用开槽埋管施工, 势必造成交通阻塞, 并且会对周边构筑物造成影响。若从W9号向W9-1号采用顶管技术施工, 遇到W9号的钢筋混凝土结构时, 机头不易取出。并且该通道距离较短, 采用顶管法施工也不经济。经多方研讨, 对该通道采用暗挖连接综合技术, 将影响降至最低。

根据勘察结果, 新旧井连接通道位于灰色淤泥质粉质黏土层中。该层土具有高压缩性、高灵敏度、土工程性质较差的特点, 且存在土体易扰动、易发生坑底土隆起等不良现象, 为天然地基下卧软弱层和主要压缩层。

地下水属于潜水类型, 其水位动态变化主要受控于大气降水、地表径流, 深部有承压水, 水位受季节、气候的影响较大。地下水静止水位埋深在0.300～1.500m。

1) 连通施工管道所在土层为软土地质, 土体易受扰动, 引起周边建筑物基础产生不均匀沉降。

2) 施工区域受限, 不利于大型机械施工。

3) 新旧井之间存在较大水位差, 直接贯通存在较大的安全风险。

针对上述问题, 在施工过程中分别从注浆止水、暗挖通道、凿除井壁、水下贯通等方面开展研究, 以顺利实现新旧排水管网的连通, 最大限度地降低对周边环境的影响。

新井 (W9号) 与旧井 (W9-1号) 距离较近, 约3m。为降低造价、减少对周边环境的影响, 采用旋喷加固、暗挖通道、架设钢管、浇筑通道、水下贯通等方法, 顺利实现新旧排水管网的互连互通。

由于连接通道底部位于地面以下8.67m, 为保证施工安全, 避免发生渗水或流砂现象, 采用ϕ800高压旋喷桩对连通区域土体进行加固, 桩长17.8m。加固区域如图3所示, 包括连接通道及两侧3m范围。高压旋喷桩采用强度等级为42.5级的新鲜普通硅酸盐水泥, 水灰比0.8, 加固体28d无侧限抗压强度≥1.3MPa, 渗透系数应<1×10^-8 cm/s。

对连接通道土体加固完成后, 打开新井 (W9号) 预留洞口, 采用风镐向旧井 (W9-1号) 方向暗挖开凿, 直至旧井 (W9-1号) 井壁暂停。暗挖通道区域如图4所示。

暗挖通道完成后, 需要对旧井 (W9-1号) 井壁进行开洞凿除。由于旧井内存在较高水位, 为确保安全和加快进度, 旧井井壁凿除分2步进行:在干燥条件下凿除70% (70cm) 的井壁;在新井内注水, 保持新旧井水位相同, 水下凿除剩余30% (30cm) 的井壁, 如图5所示。

为避免开凿时产生的振动对旧井结构造成影响, 采用金刚石薄壁钻静力切割分离技术。由钻孔机带动金刚石薄壁钻头加压、回转, 金刚石颗粒研磨、切削钢筋和混凝土。钻进过程中采用水冷却并携带出磨削下来的粉屑, 具有低噪声、无振动、无粉尘污染、对原结构无扰动, 使用简单、灵活, 速度快的优点。

井壁钻孔切除需分步进行:沿直径洞口圆边线进行打孔, 再对洞口直径交叉线进行打孔, 将井壁开凿区域分成6个区;在开凿截面靠中间位置再进行圆边线打孔, 将截面分成12个单元;各区分别进行打孔, 直至开凿面满堂成孔, 如图6所示。

钻孔直径为150mm, 钻孔取芯深度为700mm。在钻孔至设计深度后, 在钻缝中打入钢钎折断钻芯, 用铁丝套环取出钻芯, 直至整个截面达到预设钻孔凿除深度。

在钻孔取芯凿除70cm范围内的老井井壁结构后, 剩余的30cm厚混凝土井壁结构用于承受老井内的水头压力, 保护施工安全。

干燥开凿70%的井壁施工完成后, 采用履带式起重机和辅助工具将预先制作好的钢管安装到位。将钢管管壁与井壁开凿露出的结构钢筋进行焊接。洞口与钢管之间的空隙用压密注浆进行填充, 并用砖块加防水砂浆封堵 (砂浆内添加速凝剂) 。最后在钢管内壁绑扎钢筋、支模、分节混凝土浇筑 (见图7) , 并在顶部完成浇筑后进行一定程度的注浆补漏, 最终完成连接通道的架设。

1) 连接通道混凝土强度达到100%后, 开始水下凿除剩余30%的旧井井壁, 实现水下贯通。凿除前需与运行单位沟通和联系, 尽量选在一天当中水位最小时进行。将旧井洞口位置用油性记号笔标识好, 向新井内注水, 水位与旧井一致时停止。

2) 在前述工作完成后, 进行水下开凿井壁施工。除底部保留1.1m长度范围与原结构相连外, 由作业人员佩戴好潜水装备下井, 使用金刚石薄壁钻在水下将剩余30cm厚部分井壁上部采用钻排孔与原结构分离, 如图8所示。

3) 最后由水下作业人员使用风镐在水下对剩余30cm厚井壁由上至下进行钢筋混凝土剔凿 (见图9) , 剔凿下的混凝土块通过人工清捞上岸。通过泵站配合降低水流流速, 尽可能保持静水状态。凿除过程中可能会有少量钢筋混凝土块掉落至主管内, 潜水员下井对整个工程施工过程中产生的钢筋混凝土块、垃圾清捞上岸。至此, 连通工作全部完成。

本文结合实际工程, 详细介绍了新旧市政地下排水管网暗挖连接综合技术, 有效解决了采用开槽埋管方案引起的对周边环境影响大、工期较长等问题。通过旋喷加固控制软土变形、分步开凿连通区域、地下现浇连接通道、水下贯通等步骤, 实现新旧市政管网的连通。实践证明, 该技术可有效避免大开挖施工对道路交通、地下管线以及周边建筑环境的影响, 应用前景广泛。