人工開挖工作井法在塌陷污水管道維修中的應用研究

張 坤

(核工業(yè)西南建設集團有限公司,四川達州 610000)

在塌陷污水管道維修中，對塌陷超過管徑一半甚至完全塌陷的管道，無法采用無開挖機器人維修[1-2]。一些特殊的管道如波紋纏繞管，采用等直徑或小直徑管道頂推鋼帶易打結，此時人工開挖“工作井法”進行管道維修是一種比較理想的方法[3-5]。結合眉州大道東段塌陷污水管道維修施工工程，詳細闡述了人工開挖工作井法在塌陷污水管道維修中的施工流程。

1 工程概況

根據(jù)工程竣工圖及現(xiàn)場地質(zhì)查勘，場地內(nèi)地層自上而下填土分別為：瀝青混凝土路面面層(12 cm)、水泥穩(wěn)定土層(40 cm)、砂礫回填層(80 cm)、頁巖回填層(5～6 m)，管徑周圍為砂礫層包裹。前期業(yè)主單位采取的無開挖管道維修法維修后剩下的工程量及業(yè)主的要求，本工程共計需對11處塌陷污水管道進行維修，具體塌陷管道情況見表1。

表1 塌陷管道工程情況

修復施工采用人工開挖工作井至污水管道塌陷處，再根據(jù)塌陷長度采取不同的修復方法。若塌陷長度最遠處距工作井內(nèi)壁在50 cm內(nèi)可直接置換修復，若塌陷長度最遠處距工作井內(nèi)壁超過50 cm，先需采用φ80 cm頂管內(nèi)包塌陷污水管頂進后再修復。本工程采取人工開挖“工作井”，工作井外徑φ160 cm，內(nèi)徑為φ120 cm，深度為4～7 m，工作井挖至污水管道處可適當加大、加固，以便頂管施工作為頂推支點。施工工藝流程為：測量定位→施工作業(yè)區(qū)打圍→破除路面結構層→開挖工作井→堵水、抽水→管道置換維修→回填維修管道和工作井→恢復路面結構層。該方案不僅可行而且具備工期短、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。

2 施工準備

2.1 測量定位

根據(jù)檢測報告確定塌陷處大致位置(偏差2～3 m)，采用高亮度手電和紅外測距儀從檢查井壁測得污水管道塌陷處距檢查井壁距離，再根據(jù)測量距離和兩檢查井中心位反映到輔道上確定工作井具體位置，工作井中心點采取在地面設十字控制網(wǎng)控制。

2.2 作業(yè)區(qū)打圍

根據(jù)工程竣工圖的污水管道管深計算工作井開挖土方量、施工機械設備占用場地、工作井作業(yè)空間及交通通行問題等，計劃在作業(yè)井處設長12 m、寬4 m、高2 m的圍擋。圍擋前200 m、100 m、20 m、5 m處分別設置“前方施工車輛慢行”的標牌并用錐形桶引導交通；在圍欄上貼反光條。圍擋內(nèi)設材料堆放區(qū)、土方臨時堆放區(qū)、設備作業(yè)區(qū)、配電室及值班室，出入口設置活動門。

3 作業(yè)井開挖

3.1 路面面層破除

根據(jù)測定工作井位置，先用切割機在輔道路面切2.4 m×2.4 m的工作井作業(yè)開孔線，再用破碎頭破除路面結構層。

3.2 工作井人工開挖

破除路面結構層并定位完成后，開挖第一節(jié)。由人工從上到下逐層用鎬、鍬進行挖掘，遇堅硬土層用錘、釬破碎，挖土次序為先挖中間部分后周邊；按外徑φ160 cm、內(nèi)徑為φ120 cm控制截面，允許尺寸誤差3 cm，每節(jié)開挖高度為1.0 m；棄土裝入活底吊桶或羅筐內(nèi)通過用帶自動止動保險裝置的手動葫蘆配合垂直提升至地面，吊至地面上預留堆放場；堆放在孔口2 m范圍外，孔口四周2 m范圍內(nèi)不得堆放余泥雜物。每進深1 m均用線錘吊中，校正護壁筒中心位置后，方可澆灌護壁混凝土；當?shù)谝还?jié)護壁混凝土拆模后，將軸線位置標定在護壁上，并把相對水平標高標記在第一圈護壁內(nèi)，作為控制樁孔位置的依據(jù)。每次下井施工前均需進行抽水、通風和毒氣檢測工作，施工過程中隨時注意井內(nèi)塌土、漏水、空氣、水質(zhì)等情況，若發(fā)現(xiàn)有異常，工人應立即返回地面，待查明情況或采取有效措施后，方可繼續(xù)作業(yè)。

安裝提升設備時使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔中心線一致，以作挖土時粗略控制中心線用；護壁支模中心線控制，系將樁控制軸線、高程引到第一節(jié)混凝土護壁上，每節(jié)以十字線對中，吊大線錘作中心控制用。

3.3 鋼筋混凝土護壁

護壁施工采用鋼筋混凝土結構，采取組合式鋼模板拼裝而成，拆上節(jié)、支下節(jié)，循環(huán)周轉(zhuǎn)使用，模板間用U形卡連接，或用螺栓連接，不另設支撐。護壁用C20混凝土，上下護壁間的搭接長度不小于5 cm，井周設80 cm高的防護欄，采用攪拌機械拌制混凝土，用吊桶運輸人工澆筑；第一節(jié)井圈護壁井圈頂面比場地高出150～200 mm，壁厚比下面井壁厚度增加100～150 mm；每節(jié)護壁均應在當日連續(xù)施工完畢；護壁混凝土的澆灌采用鋼筋插實，可用敲擊模板或用竹桿木棒反復插搗；護壁混凝土內(nèi)模拆除宜在12 h之后進行，發(fā)現(xiàn)護壁有蜂窩、滲水現(xiàn)象時，應及時補強加以堵塞或?qū)Я?，以防造成事故?/p>

鋼筋網(wǎng)采用φ8 mm鋼筋，縱橫筋間距20 cm。鋼筋在鋼筋加工場內(nèi)預制、彎制成型后再運至施工現(xiàn)場，鋼筋加工時嚴格按照施工規(guī)范做到成型主筋直，誤差小，箍筋圓順，直觀效果好；為使鋼筋籠主筋有一定的保護層，在鋼筋籠上設置混凝土墊塊。

3.4 終孔

工作井挖至計算深度(即眉州大道東段竣工圖污水管道與路面高差)最后1.5 m時，應適當加大護壁混泥土澆灌厚度(不低于30 cm)，以便污水管道塌陷長度最遠處距工作井內(nèi)壁超過50 cm時，采用頂管頂進時作千斤頂支撐。正常情況下挖深達到計算深度減管徑位置就能看到污水管道；若此時未能見到污水管道應超挖計算深度20 cm，在垂直管道方向左右頂進直至找到污水管道位置，再實施管道修復。

3.5 照明、通風、排水處理

作業(yè)井開挖及管道維修時應有照明和通風設施。照明采用12 V低壓防水燈。通風設施采用1 kw鼓風機，配以φ10 cm的塑料送風管，經(jīng)常檢查，有洞即補，出風口離開挖面80 cm左右。

因該污水管道多為填方段回填土，一般不存在作業(yè)井開挖有地下水情況，若存在地下水采取潛水泵抽排。但挖至塌陷污水管道處污水采取在上游井封堵，由對潛水泵抽排至就近雨水井或者排至下游檢查井的辦法排水。管道塌陷處有積水時也采取水泵抽排，但有人在井內(nèi)作業(yè)時，不得進行抽水。

4 管道置換

4.1 管道頂進

在地面上布置電器控制箱、將高壓油泵，以利于觀察和操縱，各種線路要固定牢靠、易于分辨、查找方便，再安裝高壓油管將液壓千斤頂和高壓油泵聯(lián)接起來，將高壓油泵上的油箱灌滿抗磨19#液壓油，接通電源，進行空頂試頂，頂時應先排空千斤頂內(nèi)的空氣，當出鎬和回鎬往返兩個來回正常時即可使用。

安裝頂鐵，千斤頂活塞伸出一個工作行程后，千斤頂回油，活塞回縮，增加頂鐵。重復以上工作循環(huán)，直至頂進長度超過一節(jié)管子長度后(管道長度為1 m)，撤去縱向頂鐵，安裝下節(jié)頂管。頂進前應檢查下列內(nèi)容：全部設備經(jīng)過檢查并經(jīng)過試運轉(zhuǎn)；工具管在導軌上中心線、坡度和高程應符合規(guī)定要求；防止流動性土或地下水由洞口進入工作搞的措施；不穩(wěn)定地層頂進時，封門拆除后立即將工具管頂入土層。

用吊車先將機頭吊至工作坑內(nèi)，平穩(wěn)放在導軌上，要保證管外皮與導軌之間接觸嚴實，并使其靠近洞口。此時，應立即開鎬將穩(wěn)好在導軌上的機頭頂?shù)蕉纯冢箼C頭正面和洞外的土體緊密頂嚴；迅速頂機頭入土。該工程采用φ80 cm管，使塌陷管道包在頂管內(nèi)頂進。每頂進20～30 cm出土一次，管內(nèi)運土采用卷揚機拉動轱轆小車，用小吊車將土吊至地面上的運土車內(nèi)運走。

頂管時測量要勤頂勤測，隨時校正，切不可單純?yōu)榱饲罂於贉y、漏測，一般在下管前和下管開鎬后都應測一次，此時若發(fā)現(xiàn)偏移容易校正。正常頂進時每頂進30 cm測一次，當頂進后1 m測一次。下管前，將千斤頂回到頭，將管道內(nèi)所有的工藝管路全部臨時斷開，管內(nèi)及坑內(nèi)所有電源斷掉，坑內(nèi)的人員全都到管內(nèi)或上到地面上，下管要由專人指揮，下管要注意插口朝前，承口朝后。

頂管掘進機在頂進過程中與所處土層的地下水壓力和土壓力處于一種平衡狀態(tài)；它的排土量與掘進機推進所占的土的體積也處于一種平衡狀態(tài)。掘進機在頂進過程中，其土倉的壓力P小于掘進機所處土層的主動土壓力，地面就產(chǎn)生沉降；相反，若土倉的壓力如果大于掘進機所處土層的被動土壓力時，地面就產(chǎn)生隆起。因此土倉壓力只有控制平衡狀態(tài)，才能對地面不會產(chǎn)生大的影響，從而滿足在頂管施工中對地面沉降的要求。

4.2 頂管與原污水管的接頭處理

頂管與原污水管的接頭處采用環(huán)氧砂漿鏈接，做成楔形接頭，角度小于20 °，保流水暢通，后期無堵塞。

4.3 管道置換

工作井挖至污水管道處，沿管道方向可適當擴大工作井，一般20～30 cm為宜，以便置換維修管道有足夠作業(yè)空間。若挖孔位剛好在管道塌方處且塌方段小于110 cm則直接對原有管道置換維修；若挖孔位與管道塌方處存在偏差，挖孔位和塌方段大于110 cm則挖至污水管管底后采取 φ80 cm鋼管或PVC管把原有塌陷管道包含在該污水管道內(nèi)頂管，直至頂過塌陷區(qū)，再從頂管內(nèi)取出破損管道，再修復管道。管道維修先用手持切割設備把原塌陷污水管道割斷取出，再置換同直徑PE管，新舊管道用鋼帶連接并涂抹環(huán)氧樹脂。

5 工作井回填及路面恢復

管道基礎采用150 mm厚二灰土墊層，管道安裝完畢后，管道基礎至管道上部300 mm之間采用中粗砂回填，其余采用二灰土回填，回填材料不得夾雜石子及其他雜物。工作井回填，采用二灰土每30 cm分層用平板夯實回填。

路面水泥穩(wěn)定土層采用混凝土，路面面層采用瀝青混凝土恢復。

6 結束語

人工開挖工作井法在塌陷污水管道維修的實際工程應用中取得了較好的效果，能按期完成全部管道維修，保證維修質(zhì)量，降低工程造價，為同類工程提供一定的參考。