城市中心區(qū)域復雜條件下排水管道頂管施工井位優(yōu)化技術(shù)

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

城市排水設(shè)施是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，隨著城市的發(fā)展，排水管道系統(tǒng)的問題逐漸顯現(xiàn)出來，各地都在加大排水系統(tǒng)的建設(shè)與改造，以滿足城市發(fā)展和人民生活的要求。頂管施工是市區(qū)排水管道施工中常用的施工工藝,相比開槽施工,具有開挖面小、對周邊環(huán)境影響較小的優(yōu)點。但是,頂管作業(yè)的井位和管位與現(xiàn)有道路和管道的矛盾仍然突出，井位施工依然會對市區(qū)道路和居民生活造成較大的壓力。上海市近幾年排水系統(tǒng)新建和改造的項目較多，建設(shè)的難度也越來越大，昌平、康定地區(qū)排水系統(tǒng)改造工程是上海蘇州河綜合整治三期工程之一，也是本市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重大工程項目之一。工程地點位于城市中心區(qū)域靜安區(qū)，但在實施過程中，由于井位與道路的矛盾，工程前期推進較困難，后經(jīng)過井位變更優(yōu)化，工程順利實施，為改善地區(qū)積水、增強防汛防暴雨能力發(fā)揮了積極作用，也有利于上海市市容市貌的進一步優(yōu)化。

1 工程概況

昌平、康定地區(qū)排水系統(tǒng)改造工程管道工程主管沿常德路和康定路走向，分別為CP-1和CP-2標，主管主要采用鋼筋混凝土管頂管施工，支管采用開槽埋管施工。由于施工區(qū)域處于市中心(見圖1)，施工場地緊張，各條道路交通極其繁忙，為盡量減少對交通和居民生活的影響，頂管施工的作業(yè)井一般布置在道路的轉(zhuǎn)角處(見表1)，頂管采用了曲線頂管頂進。該工程對頂管工作井施工及管道頂進施工都提出了較高的技術(shù)要求。

圖1 施工位置

頂管區(qū)間井 位結(jié)構(gòu)形式管徑/mm長度/m北京西路—愚園路5.0m×4.0m×6.6mSMW工法?1800153.7北京西路—新閘路1-A1號(北京西路)8.0m×5.0m×6.8mSMW工法?2000336.16新閘路—康定路1-A2號(新閘路)內(nèi)徑?9.0m×7.5m沉 井?2200386.6康定路—西康路2-A1號(康定路)沉 井?2400364.582-B1號(西康路)沉 井西康路—陜西北路2-A2號(陜西北路)?10.0m沉 井?2700224.71陜西北路—昌化路2-B2號(昌化路)?6.65m沉 井?3000387.25泰興路—昌化路2-A3號(泰興路)?9.5m沉 井?3500284.42

2 頂管作業(yè)井實施特難點分析

2.1 施工環(huán)境影響

2.1.1 頂管工作井、接受井井位處于主要交通道路上

該工程所有管道均在原有道路上實施，所有井位均位于原有道路上，并且有些井位正處于交叉口位置。根據(jù)現(xiàn)場勘察：CP-1標區(qū)域包括常德路、愚園路、北京西路、新閘路、武定路、康定路，CP-2區(qū)域包括康定路、昌化路、江寧路、陜西北路、西康路、常德路。這些道路車流極其繁忙，周圍居民眾多，因此，交警部門對井位施工道路封交提出了非常嚴格的要求：在道路交叉口施工必須保證正常交通的通行，這使得工程無法按原設(shè)計井位和工藝施工。

2.1.2 設(shè)計井位區(qū)域地上、地下管線復雜

施工區(qū)域管線復雜，施工范圍內(nèi)分布有各種管線，特別是井位區(qū)域，地上、地下管線多，其中包括架空電纜、電車線路、煤氣管道、上下水管道等，圖紙上雖已標明大部分公用管線的大致走向，但不能保證現(xiàn)場實際情況與管線圖相吻合，因此，做好原有地下管線探測和保護是一個突出的難題，同時在頂管施工時應(yīng)充分考慮施工對地下沿線管道可能造成的位移變形，以及對管路系統(tǒng)運行的影響。

2.1.3 井位周邊建筑物的保護要求高

該工程沿線鄰近建筑物、構(gòu)筑物繁多，且較多建筑為老建筑，據(jù)可調(diào)查到的建筑物資料發(fā)現(xiàn)，原二層、三層的建筑物的基礎(chǔ)都比較弱，有的為短木樁基礎(chǔ)，有的沒有樁基礎(chǔ)；并且設(shè)計管道中心線距這些建筑物、構(gòu)筑物比較近，井位深基坑施工及管道頂進過程都可能對原有的建筑物、構(gòu)筑物造成不利影響。

2.1.4 工程施工對周邊居民生活影響較大

施工區(qū)域為中心城區(qū)，周邊居民密集，施工過程中施工機械、土方運輸、材料進出場占用道路場地等對居民交通影響大；同時施工期間的揚塵、噪聲、燈光、排水等對居民生活都有一定的影響。

2.2 頂管作業(yè)井優(yōu)化的必要性

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研分析，直接影響本工程推進實施的關(guān)鍵是頂管工作井的施工，工作井的設(shè)置是關(guān)鍵問題，本工程頂管工作井如按原設(shè)計方案實施，存在非常繁雜的管線搬遷和保護問題以及道路的協(xié)調(diào)問題，有的井位幾乎不可能實施，如2-A1工作井、2-B1接收井道路管理部門明確不能提供作業(yè)場地。為有利推進工程進度，使項目及時發(fā)揮效益，提出對井位設(shè)置進行優(yōu)化。井位優(yōu)化除考慮經(jīng)濟合理性外，主要考慮以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題：

a.工作井、接受井井位設(shè)置及施工工藝的可達性。

b.由于井位變動引起的多曲線頂管的施工控制措施。

c.頂管優(yōu)化方案中的地下管道側(cè)接的關(guān)鍵技術(shù)。

d.變更后的井位與現(xiàn)有排水系統(tǒng)的連接方式。

3 頂管作業(yè)井位施工優(yōu)化方案

3.1 頂管作業(yè)井施工工藝比較

頂管作業(yè)井一般為深基坑，施工主要采用鉆孔灌注樁圍護、SMW工法樁圍護施工及沉井施工等幾種方式。施工工藝不同，工程造價也不同，對周邊的環(huán)境影響大小不同。從場地占用和對環(huán)境的影響因素分析，鉆孔灌注樁圍護結(jié)構(gòu)施工影響最小，沉井施工的影響最大；SMW工法樁圍護結(jié)構(gòu)施工靈活，可以滿足不規(guī)則形狀的基坑的施工要求。

3.2 頂管工作井位優(yōu)化方案

頂管工作井井位優(yōu)化的方法有兩種：一是變更坐標位置，二是變更施工工藝。由于本工程施工區(qū)域的特殊性和復雜性，原設(shè)計中的部分井位布置和施工工藝方案沒有條件實施，需要根據(jù)現(xiàn)場條件進行方案優(yōu)化。根據(jù)常用的幾種施工工藝比較分析，依據(jù)“經(jīng)濟、合理、可行”的原則選擇施工工藝，結(jié)合位置變更和工藝變更，提出幾個井位的優(yōu)化變更方案。

3.2.1 1-A2號、2-A3號沉井變更為SMW工法樁圍護結(jié)構(gòu)

1-A2號井位于新閘路(常德路)，原設(shè)計采用沉井施工工藝。根據(jù)管線分布圖，在井位西側(cè)有信息線、電話線和高壓線，與井壁間距分別為1.5m、2.0m和3m，高壓線的高度為13m。井位東側(cè)有一座電纜排管，沉井施工時井壁與電纜排管相碰(見圖2)。管線搬遷量大、費用高，且搬遷時間長，由管線管理單位實施，進度不可控。

圖2 1-A2號原設(shè)計井位

2-A3號工作井原設(shè)計采用沉井工藝施工，外加攪拌樁保護措施。此井位有兩條不同方向、不同標高的頂管。此井位周邊管線復雜，且離蘇州河防汛墻較近，沉井作業(yè)將對周邊環(huán)境造成不利影響。

優(yōu)化方案：SMW工法施工對管線、房屋、道路影響相對較小，井位形狀可根據(jù)實際情況調(diào)整，可最大限度地避開地下管線的影響。1-A2號井位大小可根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，只需滿足頂管作業(yè)的最小空間即可。攪拌樁施工采用二軸攪拌樁，施工機械較小，現(xiàn)場架空電纜采取相應(yīng)的保護措施。通過精細化施工和管理，可以滿足井位的施工要求。

2-A3號工作井井位區(qū)域較空曠,施工條件較好，現(xiàn)場具備攪拌樁作業(yè)條件，改為SMW工法井施工，不但可減少對防汛墻的影響，還可為分層頂管創(chuàng)造有利條件。頂管分上下層兩個方向頂進，基坑土方可分層開挖，上層頂管完成后進行下層土方開挖，可以減少沉井施工上層頂管作業(yè)平臺的搭設(shè)，減少作業(yè)的安全風險。

3.2.2 2-A2號、2-B2號沉井變更為灌注樁圍護結(jié)構(gòu)

2-A2號、2-B2號頂管井位原設(shè)計采用沉井工藝施工，考慮沉井對周邊環(huán)境影響，采取外加攪拌樁保護措施。由于井位處于康定路交通要道上，沉井施工占地面積大，道路需封閉，整個康定路的公交必須改道，對交通造成極大的影響；同時，如果沉井下沉的影響范圍按1.5倍深度計算，對管線及構(gòu)筑物產(chǎn)生的不利影響較大，外加攪拌樁施工既增加施工內(nèi)容又增加了施工的場地，現(xiàn)場既無施工條件，經(jīng)濟上也不合理。

優(yōu)化方案：由于此施工區(qū)域不具備攪拌樁的施工條件，方案優(yōu)化時采取了施工占地影響更小的灌注樁施工工藝。灌注樁施工設(shè)備小，移位方便，施工占地面積小，對周邊環(huán)境影響最小，雖然產(chǎn)生的泥漿對文明施工環(huán)境影響較大，但通過加強管理可以得到控制。2-A2號與2-B2號井位深基坑施工工藝變更為鉆孔灌注樁+旋噴樁圍護，開挖后進行井體結(jié)構(gòu)施工。同時2-B2號接受井井位向路邊人行道側(cè)偏移，采用曲線頂管進洞，井位分期施工，先期施工樁基，頂管到位后進行開挖和井體施工。

3.2.3 2-A1號、2-B1號井位取消，頂管完成后實施騎馬井

2-A1號工作井為CP-2標與CP-1標的連接井，處于常德路與康定路交叉口，此處交通極為繁忙，經(jīng)征詢交通管理部門的意見，不具備施工的可能性。2-B1號頂管接收井原設(shè)計位于康定路西康路路口，道路無法封交，無工作面施工。但如果此處管道不接通，整個主管路系統(tǒng)就無法連通，整個昌平、康定地區(qū)排水系統(tǒng)改造工程就無法投入運行。

優(yōu)化方案：井位無法施工，就取消頂管作業(yè)井，通過頂管技術(shù)優(yōu)化完成管道連接。2-A1號工作井取消后采用地下側(cè)接工藝；2-B1號接受井取消，采取長距離曲線頂管措施。頂管連通后，為滿足管道系統(tǒng)接入的需要及管道養(yǎng)護管理的要求，在原井位相應(yīng)的位置實施騎馬井。騎馬井占地小，施工周期短，利用夜間施工從地面上邊挖邊壓，白天恢復道路通行，逐節(jié)沉入預制管節(jié)做騎馬井，對環(huán)境影響小。為此，項目部專題開展地下側(cè)接工藝技術(shù)研究，取得了成功。

3.2.4 井位坐標變更

由于施工工藝的變更,施工井位根據(jù)現(xiàn)場實際進行調(diào)整,但必須保證管位符合城市規(guī)劃的要求。2-B2號接受井井位位于道路中心，施工時段對公共交通影響很大，道路管理部門不同意頒發(fā)道路施工許可，要施工井位必須調(diào)整。

優(yōu)化方案：將2-B2號向路邊人行道側(cè)偏移，留出足夠的道路通行。由于此井位為兩個方向頂管的接受井，占地時間長，對周邊環(huán)境影響時間也較長，為減少環(huán)境風險及安全風險，此井位分期施工，先期施工樁基，頂管到位后開挖和井體施工。陜西北路—昌化路頂管及泰興路—昌化路頂管需采用曲線進洞，對頂管施工的控制難度加大，但技術(shù)上是可行性，通過加強頂管施工管理，可以實現(xiàn)預期目標。相關(guān)井位及施工工藝調(diào)整情況匯總見表2。

表2 變更后井位及工藝匯總

4 井位施工措施

4.1 井位尺寸

井位變更可以根據(jù)現(xiàn)場情況確定形狀和大小，但須設(shè)計復核結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。如1-A2號井位根據(jù)電纜位于井位內(nèi)這一特殊情況，打設(shè)成不規(guī)則形狀，以滿足頂管設(shè)備布置的最小尺寸的施工需要，將部分線纜留在施工區(qū)域內(nèi)，做好管線保護措施。由于深基坑為不規(guī)則形狀，還需要設(shè)計復核，并應(yīng)保證管道和設(shè)備吊裝要求。

4.2 管線保護

井內(nèi)管線采用托架保護，上面加蓋板保護，并設(shè)警示和隔離標志。SMW工法井形鋼插入采用分段插入，可降低機械作業(yè)的操作高度，減少高壓線的影響。

井外管線根據(jù)性質(zhì)和保護要求不同，制定相應(yīng)的保護措施，并通過加強監(jiān)測來調(diào)整施工速度和保護工藝。

4.3 應(yīng)急措施

圍護結(jié)構(gòu)施工最大的風險在于基坑的滲漏問題，SMW工法井施工質(zhì)量控制不到位，灌注樁和旋噴樁的質(zhì)量缺陷都會引起基坑滲漏。滲漏引起的水土流失對周邊環(huán)境的影響極大，除需加強施工過程質(zhì)量控制外，還需制定詳細的應(yīng)急預案，并做好技術(shù)和物料的準備。應(yīng)急措施如下：

a.基坑開挖過程中，當發(fā)現(xiàn)有局部攪拌樁噴漿不勻、水泥土聯(lián)結(jié)不牢、滲漏現(xiàn)象發(fā)生時，可用雙快水泥漿壓堵。

b.若發(fā)現(xiàn)局部樁與樁聯(lián)結(jié)不牢，發(fā)生滲漏，可壓雙快水泥漿(快凝水泥漿)或堵漏網(wǎng)進行封堵。

c.發(fā)現(xiàn)樁體局部有斷樁現(xiàn)象時，可在圍護結(jié)構(gòu)外圍進行壓密注漿，并摻早凝劑，進行快速封堵，并補充增強該處圍護結(jié)構(gòu)強度。

5 工程實施效果分析

5.1 井位優(yōu)化后對道路交通及管線影響分析

井位優(yōu)化后的環(huán)境交通影響分析見表3。

表3 井位施工環(huán)境交通影響分析

5.2 井位優(yōu)化后對工程造價影響分析

井位優(yōu)化后對工程造價的影響分析見表4。

表4 井位施工工程造價影響分析

注前期費用包括臨時道路、管線搬遷及管線保護、房屋保護監(jiān)測等費用。

由于本工程施工合同報價中包括了前期協(xié)調(diào)費用,即道路協(xié)調(diào)、管線搬遷保護、房屋保護檢測等費用，施工承包商在綜合考慮各項費用變化的基礎(chǔ)上作出相應(yīng)的變更，總體費用控制在工程概算內(nèi)。

5.3 實施效果

本工程井位施工工藝優(yōu)化變更后，工作面均及時開出，按照優(yōu)化后的方案實施，保證了工期和施工質(zhì)量。由于施工中搬遷費用大大降低，所以增加的部分施工措施費可以在前期搬遷費用中補償；同時也大幅減少了路面反復開挖對施工造成的不利影響。對周邊環(huán)境的影響在可控范圍內(nèi)，為后續(xù)頂管施工創(chuàng)造了條件，對改善地區(qū)積水、增強防汛防暴雨能力發(fā)揮了積極作用。

6 結(jié) 語

本工程在頂管工作井位的實施過程中,因地制宜制定施工方案,成功地創(chuàng)新運用了多種工藝完成本工程施工。中心城區(qū)復雜條件下排水管道工程施工的幾點經(jīng)驗和建議總結(jié)如下：

a.井位的布置應(yīng)充分調(diào)查現(xiàn)場的實際情況，充分了解區(qū)域規(guī)劃、交通及管線布置情況，井位盡量設(shè)置在道路一側(cè)，減少占道，同時可通過長距離頂管、曲線頂管等施工措施減少井位數(shù)量。通過設(shè)置施工影響較小的騎馬井滿足管道連接和運行管理的需求。

b.在確定管道系統(tǒng)施工工藝時，應(yīng)充分考慮施工的可行性和對環(huán)境的影響程度。沉井由于制作和下沉施工周期長、施工占地面積較大、下沉存在較多的風險等因素，不適宜在中心城區(qū)排水系統(tǒng)中采用。

c.中心城區(qū)市政管線工程施工時涉及的地上地下管線、建筑物、交通等問題較多，編制施工方案時須充分分析工程實施的關(guān)健部位、重要部位和難度較大、風險較高的施工部位，制定針對性的方案，加強事先策劃，及時與有關(guān)部門協(xié)調(diào)，建立“低影響施工”的理念，優(yōu)化施工方案，通過技術(shù)攻關(guān)，使現(xiàn)場難以協(xié)調(diào)的問題通過技術(shù)優(yōu)化得以解決，減少對百姓生活的影響和對環(huán)境的影響。