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      新舊污水井的不停水快速接駁施工

      2022-09-06 08:22:16葉銳聰
      建筑施工 2022年5期
      關(guān)鍵詞:閘板沉箱檢查井

      葉銳聰

      廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510620

      目前國內(nèi)市政管道施工過程中,新建污水管道往往需要通過接駁施工與既有污水管道進(jìn)行連通,管道駁接一直都是市政管道施工的重難點(diǎn)。特別是污水主次干管之間的接駁施工,由于既有污水主管內(nèi)的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、管道埋置較深、污水流量大、流速快等特點(diǎn),給管道駁接施工帶來了很大難度及質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)[1-4]。一般污水管道接駁施工,有2種常用工藝:

      1)利用既有污水管的既有污水井作為接駁目標(biāo)井,水下用氣囊封堵目標(biāo)井上下游,過程中持續(xù)調(diào)排的方式,實(shí)現(xiàn)接駁目標(biāo)井?dāng)嗔?,形成干作業(yè)環(huán)境,新建污水管道直接接入目標(biāo)井,如圖1所示。

      圖1 利用既有污水井作為接駁井

      2)在既有污水管上新建騎馬井作為目標(biāo)井,新建污水管道以頂管或是明挖的方式接入,最后以水下破除既有污水管的方式完成接駁施工,如圖2所示。

      圖2 新建騎馬井作為接駁井

      2種接駁工藝在市政管道施工過程中使用較多,但都具有自身的局限性。

      采用既有污水井接駁工藝的缺點(diǎn)有以下3個方面:

      1)污水調(diào)排工程量大,購置水泵、調(diào)排管道等一次性投入大。

      2)施工場地如在市區(qū)內(nèi),污水調(diào)排工作不便于開展;若調(diào)排水泵規(guī)格型號與市政管道流量不匹配,易造成積淹。

      3)臨時(shí)封堵一般采用氣囊水下封堵,封堵后接駁目標(biāo)井上下游水位高差大,氣囊存在爆裂風(fēng)險(xiǎn),井內(nèi)作業(yè)人員安全無法保證。

      采用新建騎馬井接駁工藝的缺點(diǎn)有以下2個方面:

      1)既有污水管道的位置往往不能準(zhǔn)確定位,騎馬井的位置不好把握。

      2)新建騎馬井必須將既有管道的一部分包含在內(nèi),同時(shí)保證新建管道有足夠的作業(yè)空間,這樣造成騎馬井的尺寸相對較大,施工周期變長,成本較大。

      1 工程概況

      海珠生態(tài)城內(nèi)流域河涌治理工程(一期)廣州大道東側(cè)污水主干管工程施工項(xiàng)目位于廣州市海珠區(qū),施工內(nèi)容為管道敷設(shè)(其中部分管道采用頂管法施工)及附屬構(gòu)筑物等的施工,工程實(shí)施過程中涉及市政工程路面修復(fù)等。管道管徑為d800~d2 000,長3 770 m,管道埋深5.06~8.89 m,新建污水主干管與現(xiàn)狀污水管接駁點(diǎn)位于南洲路轉(zhuǎn)入廣州大道(城市主干道)匝道位置,現(xiàn)場交通繁忙,污水主干管直徑達(dá)到3 m,污水量大,污水井離商鋪及居民區(qū)較近,現(xiàn)場施工場地狹小,現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復(fù)雜,存在10 kV電纜和通信管線。

      2 地質(zhì)情況

      地面以下土層為雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂層、細(xì)砂、粗砂層等軟弱土層,場地地勢低平,為地下水和地表水徑流排泄區(qū),場地地下水類型主要為賦存于第四系填土層中的上層滯水、第四系砂土中的孔隙潛水、承壓水。根據(jù)鉆孔終孔24 h后觀測,場地地下水位隨地形變化而變化,地下水混合穩(wěn)定水位埋深一般為1.40~3.00 m。地下水位變化幅度一般為0.50~2.00 m。本場地地下水位淺,根據(jù)觀測,初見水位與混合穩(wěn)定水位相差不大。

      3 施工現(xiàn)場情況

      施工范圍在南洲路轉(zhuǎn)入廣州大道(城市主干道)匝道位置,交通繁忙,污水井離商鋪及居民區(qū)較近,現(xiàn)場施工場地狹小,現(xiàn)狀污水井周邊地下管線非常復(fù)雜,存在10 kV電纜和通信管線,且遷改難度大。

      4 不停水快速接駁原理

      4.1 預(yù)封堵原理

      1)預(yù)封堵方案是在舊污水井接駁口一側(cè)安裝弧形閘板,弧形閘板的兩垂直長邊緊貼檢查井壁。弧形閘板安裝前,弧形閘板兩側(cè)長邊及底部范圍包裹棉絮層,可有效提高閘板與井壁的貼合度,有利于降低由于井壁不平整造成的滲漏,形成低滲透和第1道防滲層?;⌒伍l板頂部做潤滑處理,采用2臺離心式抽水機(jī)對閘內(nèi)進(jìn)行抽水處理,頂部反套加厚帆布袋后澆筑混凝土,袋裝輕質(zhì)混凝土順利填充滿弧形閘板內(nèi)部,形成最終防滲層(圖3)。

      圖3 弧形閘板+輕質(zhì)混凝土預(yù)封堵處理

      2)弧形閘板緊貼檢查井壁及井底安裝,形成自上而下的封閉空間,封邊的棉絮既能提高閘板與井壁、井底的貼合度,又可有效增強(qiáng)抗?jié)B效果。袋裝水泥混凝土澆筑時(shí),部分細(xì)砂及水泥漿會滲出布袋,由于棉絮層弧形閘板受擠壓后,空隙減小,細(xì)砂無法通過,只能堆積于棉絮層外部與水泥漿共同作用,構(gòu)筑成類似于纖維混凝土的防滲結(jié)構(gòu),既確保了袋裝輕質(zhì)混凝土的質(zhì)量,又提高了抗?jié)B效果(圖4)。

      圖4 弧形閘板+袋裝輕質(zhì)混凝土預(yù)封堵處理

      3)污水井內(nèi)水位高,水壓大,即使對弧形閘板進(jìn)行了防滲處理,也難以完全抽干內(nèi)部污水,如果對弧形閘板內(nèi)部直接澆筑混凝土,底部混凝土很容易離析,接駁管道很容易發(fā)生強(qiáng)滲漏。采用水下混凝土澆筑施工工藝,很難實(shí)現(xiàn)超灌,頂部混凝土質(zhì)量無法保障,且污水井接駁后,鑿除混凝土很困難。采用弧形閘板套布袋澆筑輕質(zhì)混凝土的施工方法,布袋可有效包裹新澆筑的輕質(zhì)混凝土,避免水泥砂漿流失,由于混凝土自重大,澆筑過程中可迅速把閘板內(nèi)的積水排出,布袋始終隔斷著水與混凝土,澆筑過程結(jié)束,水被徹底排出。最后弧形閘板與輕質(zhì)混凝土形成雙重結(jié)構(gòu)剛性自防水體系,水泥砂漿滲透布袋和封邊棉絮形成半剛性纖維結(jié)構(gòu),加強(qiáng)細(xì)部防水效果。

      4)弧形閘板的曲面設(shè)計(jì),可有效降低其對流水的阻力,整個施工過程對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的影響非常小。在動水條件下,流水作用在弧形閘板的力可分解為2個方向的力,分別平行于水流方向和垂直于水流方向,垂直水流方向的力順著弧形閘板傳遞到弧形閘板的長邊,使得封邊的棉絮被擠壓得更密實(shí),增強(qiáng)弧形閘板與井壁的防滲效果,其產(chǎn)生的水平力,可通過預(yù)先對水流方向的判斷,讓弧形閘板的另外一邊緊貼水流反方向的井壁,或通過增加型鋼支撐,把水平力傳遞給檢查井,抵消其不利影響。在靜水條件下,水平力可互相抵消,垂直方向的力可提高防滲效果。

      4.2 快速接駁原理

      快速接駁是通過在現(xiàn)狀污水井旁安裝小型鋼沉箱接駁井+短距離敞開式頂管實(shí)現(xiàn),與一般鋼筋混凝土沉井相比,鋼沉箱薄壁,有利于下沉,鋼內(nèi)支撐施工方便快捷,可預(yù)制加工,整體性好,可焊接接長,具有施工速度快、抗?jié)B效果好的優(yōu)點(diǎn)。為了降低施工過程對現(xiàn)狀污水井的影響,預(yù)封堵用的弧形閘板封堵范圍比較小,直接在污水井旁新建接駁井,采用短距離的敞開式人工頂管接駁,可準(zhǔn)確到達(dá)接駁預(yù)封堵位置,并可避免長距離頂管因輕微偏移而導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)接駁的情況發(fā)生。

      4.3 鋼套管防滲接駁原理

      防滲接駁主要是通過雙鋼管內(nèi)澆筑微膨脹混凝土實(shí)現(xiàn),頂管采用φ2.5 m鋼管,接駁采用φ2 m鋼管,φ2 m鋼管安裝完畢后,把2根鋼管之間的空隙用微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑封堵。由于鋼套箱接駁井工作面很小,無法整節(jié)安裝接駁管,必須采取分段頂進(jìn),分段焊接接長,管道底部外側(cè)無法施焊,焊接質(zhì)量無法保障,且在頂進(jìn)安裝過程中,由于擠壓外力及頂管等原因,有可能造成焊接的地方出現(xiàn)破壞導(dǎo)致滲漏。因此φ2.5 m鋼管頂進(jìn)到位后,再分段焊接安裝φ2 m鋼管,由于后安裝的鋼管并未固定卡死,可以對鋼管內(nèi)外進(jìn)行焊接處理及檢查確保焊接質(zhì)量,最后在2根鋼管之間澆筑微膨脹混凝土,形成雙鋼管混凝土防滲體系,達(dá)到防滲目的。

      5 方案實(shí)施

      5.1 舊檢查井頂板開口

      根據(jù)施工方案對施工區(qū)域進(jìn)行圍蔽,利用貝雷架對現(xiàn)狀地下管線進(jìn)行暴露及保護(hù),破除舊污水井范圍內(nèi)的路面,分層開挖至檢查井頂板,拆除檢查井筒及連接污水管,先用水磨鉆對舊檢查井頂板進(jìn)行定位開孔,利用繩鋸切割頂板進(jìn)行局部開口,切口大小為4 m×6 m矩形。

      5.2 弧形閘板安裝及預(yù)封堵處理

      施工流程及方法如下:測量放線→工廠預(yù)制弧形閘板→舊污水井蓋板鉆孔、繩鋸切割、吊裝→弧形閘板安裝,加固→輕質(zhì)混凝土澆筑。

      現(xiàn)狀南洲路污水主干管長期處于高水位運(yùn)行狀態(tài),不具備停水接駁的條件。在檢查井內(nèi)安裝弧形閘板,利用弧形閘板將舊井空間一分為二,讓一邊保持正常水位運(yùn)行(動水),一邊形成封閉區(qū)域。考慮接駁管為φ2.5 m鋼管,為降低安裝誤差造成的滲漏風(fēng)險(xiǎn),預(yù)封堵的袋裝混凝土厚度需準(zhǔn)確控制并最大限度降低對現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的運(yùn)行影響。預(yù)制鋼制弧形閘板弦長按3.5 m,弧長4.14 m,半徑為2.1 m,開口角度為113°設(shè)計(jì),同時(shí)安裝在接駁口一側(cè),緊貼檢查井井壁及底部,弧形閘板周邊用棉絮封邊處理,提高抗?jié)B效果,安裝及加固完畢后,抽干閘板內(nèi)污水,然后用防滲布袋套在弧形閘口,快速澆筑輕質(zhì)混凝土,利用袋裝混凝土自重?cái)D出弧形閘內(nèi)積水,達(dá)到接駁口預(yù)封堵處理目的。

      5.3 旋噴樁加固

      鋼沉箱周邊土體主要是雜填土、淤泥質(zhì)細(xì)砂層及細(xì)砂層為主,必須提前進(jìn)行加固施工,包括沉井底部及周邊加固,基底加固可以防止沉井下沉,周邊加固可以防止開孔后水流入沉井內(nèi)部,鋼沉箱與舊結(jié)構(gòu)連續(xù)墻之間旋噴樁加固置換中間土體,舊結(jié)構(gòu)連續(xù)墻與舊檢查井之間旋噴樁加固置換中間土體,防止在頂管過程中土體松散掉落。鋼沉箱加固采用φ600 mm旋噴樁雙管旋噴樁作止水樁,旋噴樁抽芯檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)范要求后,逆作法井才能進(jìn)行施工。旋噴樁采用XPB-20旋噴機(jī)作業(yè)。

      5.4 鋼沉箱接駁井施工

      鋼沉箱施工流程:管線調(diào)查及保護(hù)→開挖→工廠預(yù)制鋼沉箱→基地及周邊旋噴樁紅加固→沉井下沉→沉井接長→封底→鋼沉箱內(nèi)支撐安裝。

      在舊污水井旁預(yù)制安裝鋼沉箱作為接駁井,超短距離敞開式人工頂管實(shí)現(xiàn)新舊污水管道的快速接駁施工。根據(jù)場地實(shí)際情況,鋼沉箱截面采取梯形設(shè)計(jì),梯形長4 m,寬1.5 m,高3.5 m,分2節(jié)預(yù)制加工,單節(jié)長度5 m。鋼沉箱一體性好,抗?jié)B效果佳,現(xiàn)場分段開挖,分節(jié)下沉,分節(jié)安裝,可通過現(xiàn)場焊接快速接長,實(shí)現(xiàn)連續(xù)下沉,利用鋼沉箱的井壁薄的優(yōu)點(diǎn),利于破土順利完成沉箱下沉。鋼沉箱距離檢查井內(nèi)井壁只有1.7 m,主要施工難度是要通過2層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分別是厚0.6 m的污水井外井壁及厚0.3 m的檢查井井壁,利用水磨鉆打孔,分塊解小,鋼管分段頂進(jìn),分段焊接安裝接長的方法,直至穿越檢查井壁到達(dá)袋裝混凝土位置實(shí)現(xiàn)接駁目的。

      現(xiàn)場施工條件有限,110 kV電纜無法遷移,周邊房屋密集而且距離基坑邊較近,現(xiàn)場選用鋼沉箱作為沉井施工。一方面能利用其小空間,對周圍環(huán)境影響小,另一方面能利用鋼沉箱的破土能力順利完成沉箱下沉。

      5.5 新舊污水井不停水接駁施工

      不停水接駁施工工藝流程:測量放線→鋼沉箱開孔→φ2.5 m鋼管頂進(jìn)→水磨鉆打孔鉆進(jìn)連續(xù)墻→鋼管頂進(jìn)穿越連續(xù)墻→鋼管頂進(jìn)至舊檢查井→水磨鉆打孔鉆進(jìn)檢查井→鋼管頂進(jìn)至輕質(zhì)混凝土→φ2.5 m套管內(nèi)安裝φ2 m鋼管→內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工→拆除弧形閘板及輕質(zhì)混凝土→通水。

      鋼沉箱下沉到位后采用混凝土進(jìn)行封底處理,測量定位確定接駁位置,進(jìn)行氧割開孔后,先用水磨鉆在舊污水井井壁試打孔,確定沒有水流出后繼續(xù)鉆進(jìn),水磨鉆機(jī)環(huán)形打孔直徑達(dá)2.5 m,鉆通后可以采取風(fēng)鎬或水磨鉆十字分塊解小后外運(yùn),每鉆進(jìn)1層鋼筋混凝土后安裝鋼管套管,套管為工人工作提供足夠的工作空間,確保安全施工。重復(fù)水磨鉆打孔→安裝套管施工至輕質(zhì)混凝土面。

      6 結(jié)語

      隨著地下工程的迅速發(fā)展,本技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件的新舊污水管段接駁施工中的應(yīng)用必定會更加受青睞,該成功經(jīng)驗(yàn)可為類似工程施工提供借鑒,對污水管網(wǎng)施工技術(shù)的發(fā)展有較大促進(jìn)作用。

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