邻近既有污水管道新建接驳井与原管封堵技术研究

龙华东

(中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074)

1 引言

伴随城市地下工程的迅猛发展，在其施工过程中，往往存在大型污水管道横跨结构基坑，在其迁改过程中最关键的步序就是接驳施工[1]。对于大型污水管道，由于其排量大，无法实施临排，无法暂停运营，潜水员直接下水作业困难[2]。因此大型污水管道迁改如何确保顺利完成新旧管道接驳成为当前城市地下工程施工急需解决的难题。

2 工程重难点

龙源一街站位于国基路与中州大道交叉路口路面下方，沿国基路东西向跨中州大道布置，部分位于中州大道高架桥下方，车站长度175 m，为地下两层车站。位于中州大道中东43 m处为现状DN2400污水管，南北走向，是流向马头岗污水处理厂的主干管，担负着郑州市北区209 km2污水收集和输送任务。管道内径2 400 mm、外径2 880 mm，流量约60万m3/d。龙源一街站顶板高程为82.928 m，埋深约4 m，现状DN2400污水管在与龙源一街站交叉部位的管底高程为78.16 m，埋深约8.8 m，现状DN2400污水管与龙源一街站在高程上冲突。因此，有必要对污水管道改迁技术进行研究，确保地铁车站基坑开挖顺利进行，同时也不影响盾构施工。

3 污水改迁关键技术分析

3.1 邻近既有污水工作井新建接驳井施工技术

依据新建管道路由方向及现状污水管道工作井结构来确定该接驳井结构形式。基坑开挖前沿拟建接驳井结构边缘连续施作直径800 mm的高压旋喷桩，间距500 mm，以确保开挖过程中井壁外侧土体的稳定。对基底土体同样施作高压旋喷桩加固，且在新井与老井间设置接驳洞口圈梁，使新井与老井结构连为一体，解决新井与老井运营后发生不均匀沉降造成结构漏水的问题。

3.2 新建污水管道临时闸板设计、加工、安装技术

在新建污水管道顶管工作井中施作另一个井。井中井结构施工时在洞口一端结构上设置滑槽，通过滑槽来安装临时闸板，临时闸板可以随时安拆循环利用。通过该闸板可以为上游接驳洞口破除时提供静水作业环境。

3.3 现状运营污水工作井井壁破除技术

接驳洞口井壁从接驳井内采用水钻分层破除，以减小对现场工作井的扰动，每次进尺25 cm，最后保留20 cm厚混凝土及单层钢筋。在新建管道内安装临时闸板并注水完成后进行水下作业，潜水员利用气动风镐进行混凝土破除，剩余钢筋采用液压钳割除。

3.4 现状运营污水工作井临时闸板设计、加工、安装技术

现状污水工作井内临时闸板结构采用型钢格栅钢架+钢板形式。格栅闸门采用 40型钢为主龙骨，H20型钢为支撑件，20 mm厚钢板为面板，主要用于原污水管道封堵。在新建污水管道上、下游接驳完成后进行吊装，首先吊装格栅钢架，待吊装到位后进行支撑件固定，固定牢固后再进行钢板吊装。钢板利用自重通过格栅钢架上焊制的卡槽滑入槽内。

3.5 废弃污水管道水下封堵技术

废弃污水管道水下封堵作业在井内临时闸板安装到位后进行。潜水员采用棉絮封堵闸板缝隙，潜入管道内后利用抗渗水泥进行条石砌筑，条石尺寸为(30×30×60)cm，长边方向与管道平行。最后利用水不漏进行墙体周边缝隙填充，待墙体砌筑完成形成一定强度后，利用微膨胀速凝抗渗混凝土进行现状临时闸板与管道内墙体中间部分空间填充，再次形成一堵封堵墙。

4 新管接驳井施工关键技术

4.1 接驳井、工作井施工

与既有井接驳的接收井采用现浇逆作法，逆作井最大开挖长度10.4 m，宽度8.11 m，井深9.56 m，井壁厚度0.7 m，整圈采用双排直径800 mm、间距500 mm高压旋喷桩止水加固。接驳井施工过程中同期可施工顶管工作井，顶管工作井可采用沉井法施工。接驳井结构见图1。

图1 接驳井结构剖面(单位：mm)

(1)接驳井沿结构边线及基底采用高压旋喷桩加固，旋喷桩直径800 mm，桩中心距500 mm，咬合300 mm，桩顶空桩2 m，采用三重管工艺施工。

(2)锁口圈梁[3]设置于地面，施工前先清除旋喷桩施工期间返浆的浆液固结体，对局部不平整的位置整平后，进行钢筋绑扎及模板支设。在锁口圈梁钢筋绑扎过程中预留井壁钢筋，钢筋间距200 mm，钢筋锚入锁口圈梁不小于35 d。待钢筋绑扎及模板支设完成，验收合格后浇筑C35混凝土，终凝后洒水养护。接驳井锁口圈梁施工见图2。

图2 接驳井锁口圈梁施工现场

(3)圈梁强度达到要求后，开挖井芯土方，施作第一节井壁[4-5]，待强度满足拆模要求后拆除模板，并继续施作井壁，最后完成底板施工。

(4)井壁模板由木模板拼装而成，板间用U形卡[6]固定，沿模板底部打短钢筋桩加固，拼装中留一道接缝夹1根φ48钢管，以便拆模。

(5)砼强度为C35，利用导槽下送，砼应分层对称捣筑，防止模板侧移或跑模，每次分层厚度100～200 mm，人工捣实，使浆液均匀饱满。接口处与上级护壁必须连接良好，保证接口不漏水。井底混凝土垫层浇筑前，疏干工作井内的积水[6-8]，并验收完毕后施作10 cm厚的C20混凝土垫层。垫层砼采用商品砼，用砼输送泵压至基底，人工摊平，插入式或平板式振捣器捣固密实后抹平、抹光。

4.2 井中井结构施工

待顶管[9-12]施工完成后可开始进行接驳井、顶管工作井内井中井结构的施工。该结构侧墙底板为钢筋混凝土现浇结构，内部设置流槽。流槽可采用素混凝土浇筑或砖砌结构，确保流水顺畅。成型井中井结构见图3。

图3 成型井中井结构

新建管道工作井内部井中井结构施工时，需在内部设置临时闸板滑槽，滑槽采用 20型钢。模板安装时滑槽部分先用泡沫填充，混凝土浇筑完成后拆除泡沫。滑槽安装必须确保顺直，方便安装临时闸板。

4.3 接驳洞口水钻开洞及圈梁施工

井中井结构施工完成后开始进行接驳洞口井壁破除。破除作业在接驳井内进行，利用开孔直径DN100水钻沿预留洞口轮廓密排取芯，每次进尺25 cm，最后保留20 cm厚井壁，留单层钢筋。作业过程中密切观察井壁结构情况，若发生裂缝渗漏立即停止作业。DN100密排钻孔布置见图4。洞口水钻破除完成后施工洞口圈梁。现浇圈梁与老井井壁间施作止水胶条并预埋注浆管，

图4 DN100密排钻孔布置(单位：mm)

待结构施工完成后达到设计强度，通过注浆管注入环氧树脂化学浆液，防止污水渗漏。现浇圈梁施工细部见图5。

图5 现浇圈梁施工细部

4.4 新建管道内临时闸板制作与安装

临时闸板尺寸需大于污水管道截面尺寸，采用2 cm厚钢板与10#槽钢焊接而成，顶部设置4个吊耳(2个备用)，临时闸板尺寸3 400×3 400 mm。闸板正式安装前需进行试吊，滑槽内部涂抹黄油，方便拆卸，闸板吊装选用50 t汽车吊。临时闸阀安装见图6。

图6 临时闸阀安装

4.5 新建管道内蓄水

新建管道内临时闸板安装完成后向管道内注水，进行蓄水试验。试验合格后潜水员水下破除剩余接驳洞口井壁。潜水员下水前必须确保井壁两侧水位等高，以确保潜水员在静水环境下工作。

5 原污水管道施工关键技术

5.1 原污水管道接驳洞口井壁水下破除

接驳洞口剩余20 cm后水下作业进行井壁破除。先进行下游接驳洞口剩余井壁破除，后进行上游接驳洞口剩余井壁破除。破除作业利用气动风镐进行，剩余钢筋利用液压钳割除。

接驳时间段选择凌晨3点至上午9点，即水位标高在81 m以下时进行接驳作业，同时马头岗污水厂应提前4～6 h开启应急模式，最大可能降低水位。接驳与封堵期间，安排专人进驻污水厂，及时掌握泵站开启情况。应急泵站开启后，现场水位达到预定标高即可进行接驳与封堵作业。作业现场安排专人观测实际水位情况，驻厂人员与现场人员应紧密沟通，确保工人在安全水位以下环境中作业，确保人身安全。

5.2 原污水工作井内临时闸板制作与安装

临时闸板结构采用型钢格栅钢架+钢板形式，下方切割成与管道弧形一致。格栅闸门采用 40型钢为主龙骨、H20型钢为支撑件、20 mm厚钢板为面板。钢架横纵向均为 40型钢，间距500 mm，背后沿高度方向设置4层支撑，均为H20型钢。格栅钢架垂直插入至既有工作井流槽内，安装前提前标记好安装位置。钢架上设置4个吊耳，利用一台50 t汽车吊进行吊装作业。钢架一侧设置2个牵引绳，吊装过程中可进行位置调整。预先在格栅钢架迎水侧设置钢板卡槽(卡槽采用25圆钢焊制，竖向间距50 cm)，然后安装钢板。

5.3 原污水管道水下封堵技术

接驳完成后开始进行废弃管道封堵施工。封堵在原工作井内进行，先封堵上游管道，后封堵下游管道。

待临时闸板安装完成后，潜水员下水对闸板与工作井壁间缝隙用棉絮封堵。封堵完成后潜水员潜入管道内进行堵墙砌筑，砌筑材料选用尺寸为30×30×60 cm的条石及防水砂浆，长边方向与管道平行，最后利用水不漏进行墙体周边缝隙填充。待墙体砌筑完成形成一定强度后，利用微膨胀速凝抗渗混凝土对现状临时闸板与管道内墙体中间部分空间进行填充，再次形成一面封堵墙。原井内格栅钢架安装见图7。

6 应用效果评价

该技术成功应用于龙源一街站DN2400污水管道迁改工作，安全有效地解决了大型污水管道新管接驳与原管封堵的施工难题。该方法在不停止原有管线正常运作的情况下完成新管接驳与原管的封堵工作，不影响管道正常排污，不用实施临时排污，对市民生活几乎无任何影响。同时，也缩短了工期，降低了工程人力、材料、机械的投入。

图7 原井内格栅钢架安装

7 结束语

该技术适用于大型排水管道改迁新管接驳与原管封堵施工，尤其对流量大、流速急、已运行无法停用的排水管道。该技术优势主要体现在以下几个方面：

(1)操作性强。接驳洞口大部分作业在无水工作环境下进行，施工方便；水下作业时通过设置临时闸板，使水下作业近乎在静水环境下进行。

(2)安全可控。接驳施工进行水下作业前，在新建管道内设置临时闸阀并注水至原工作井内水面高度，可确保作业人员在静水内工作，作业风险较小；封堵施工通过在井内设置临时闸板，同样提供静水环境，降低作业风险。

(3)质量可控。水下作业环境较特殊，接驳洞门破除及原管道封堵施工质量验收无法有效进行。通过该工法接驳洞门破除大部分在无水作业下进行，能够进行有效的质量把控；封堵施工通过井内设置临时闸板、管道内砌筑封堵、中间部分进行混凝土填充，封堵质量可靠。

(4)经济性高。采用该改迁技术，施工过程中无需进行污水临排，既减少用电，节约能源，又避免污水乱流对城市环境造成影响；临时闸板可循环使用，节省了钢材料，经济效益显著。