管道修复人的圈子

引言

随着经济和社会的发展，城市排水标准逐步提高，老城区现状排水管道普遍存在年久失修或管径不能满足现行排水标准的问题，亟待改造。该类改造工程环境较为复杂，新建管道一般紧邻现状建筑，所在道路下方管道或其他构筑物错综复杂。当新建管道埋深较深时，从保护周边环境考虑，不适宜采用开槽埋管，可视管径大小采用顶管或牵引等非开挖施工方式，此时新建管道接入现状管道节点为工程难点。被接入的管道一般为排水干管，接入施工需尽量减少被接入管的断水时间，同时还需对其进行保护，以保证在施工期间该区域的排水安全。本文针对上海某改建道路新建顶管接入现状管道节点以及对现状管道保护的方案进行研究。

1.工程概况

1.1 工程问题

某道路改建工程位于上海市区，沿改建道路下新建一根雨污合流管，管径d1 800。采用顶管施工，收集上游以及沿线的雨、污水后，接入下游已建的d2 200 合流总管。

1.2 周边环境

工程周边环境较为复杂，道路两侧有多座重要历史保护建筑，道路下现状管线复杂交错，另有两条地铁盾构区间沿着道路下运行，盾构结构顶覆土16~26 m。

1.3 现状合流总管情况

根据相关竣工图及物探资料，该工程拟接入的现状d2 200 合流管建于2010 年，采用顶管施工，管材为钢筋混凝土管，管节之间采用F 形接口，管道埋深约5.46 m。

1.4 地质条件

场地为典型的上海软土地质，根据地勘报告，场地土层可分为四个大层，各土层名称及相关参数见表1。

表1 地勘土体参数表

2.接入方案

2.1 接入方式

接入位置位于改建道路端头的十字路口处。根据现状资料，接入位置附近有一现状钢筋混凝土四通交汇井，该井尺寸较小，底板埋深较浅，约5.5 m；而新建管道为避让沿线的现状管道，埋深较深，接入处埋深约7.36 m，无法直接接入此现状检查井内。若考虑改造此井以接入管道，则施工难度较大，且施工对下方地铁影响较大。

综上所述，将d1 800 管道的顶管接收井设置在d2 200 管道上，在接收井内新建包管井，新建管道与现状d2 200 管道通过新建的包管井相接。

2.2 基坑设计

为减小对交通的影响，降低施工风险，该接收井分两个基坑进行开挖，其中南侧基坑深8.76 m，北侧基坑深6.78 m。基坑围护选用φ600@750 的钻孔灌注桩，在北侧和南侧基坑之间设置一排灌注桩，止水帷幕采用φ700@500 双轴水泥土搅拌桩，坑底和现状d2 200 管道处采用φ3 200 MJS 旋喷桩进行加固。南侧基坑采用一道钢筋混凝土支撑、两道钢支撑；北侧基坑采用一道钢筋混凝土支撑、一道钢支撑。基坑的平面图和剖面图如图1、图2所示。

图1 顶管接收井基坑平面图（单位：mm）

图2 顶管接收井基坑剖面图（单位：mm）

基坑主要以止水为主，水泥土搅拌桩止水帷幕进入相对不透水层，坑底5 m 内MJS 旋喷桩满堂加固，形成封闭止水带，坑内地下水采用明排。

2.3 基坑及管道接入施工步骤

（1）施工止水帷幕、灌注桩、坑底及现状管道下加固，在灌注桩与止水帷幕间隙压密注浆。

（2）南侧基坑开挖并依次设撑。

（3）开挖至坑底后浇筑南侧检查井底板及井壁，并依次拆撑。

（4）d1800 顶管顶入，取出机头。

（5）南侧检查井覆盖预制盖板，回填，其上恢复交通。

（6）北侧基坑开挖至现状d2 200 管道处，对现状d2 200 管采取吊管保护，期间依次设撑。

（7）北侧基坑开挖至坑底，浇筑北侧检查井底板及井壁，并依次拆撑。

（8）待北侧检查井底板达到设计强度后，拆除第一道钢支撑。

（9）北侧检查井达到设计强度后，在中间排灌注桩以及对应井壁位置开孔，安装连通管。

（10）割断现状的d2 200 管道，割除作业在晴天进行，同时d2 200 管道临时断水，断水区间需采用临时调水措施。

（11）覆盖北侧检查井盖板，回填并恢复交通。

3.管道保护方案

3.1 管道保护标准

管道的位移限值不仅与管道的管材、接口方式有关，也应考虑管线施工时的初始变形以及使用期间管线的长期沉降等因素[1]。刘月梅[2]提出既有管线在基坑施工时的位移、沉降每次不得超过3 mm，累计不超过10 mm。上海市《基坑工程施工监测规程》（DG/TJ 08-2001—2016）[3]规定刚性管道位移的监测报警值累计量不超过10~30 mm，变化速率不超过2~3 mm。该工程中d2 200 合流管为排水干管，综合考虑管线重要性等因素后，确定该管道的保护标准为位移不超过10 mm。

3.2 管道保护措施

对现状d2 200 管道的保护包括三个方面：一是减小基坑开挖对其的影响；二是施工过程中对现状d2 200 管道进行监测；三是基坑开挖期间对其吊管的保护。

3.2.1 减小基坑开挖影响措施

（1）控制基坑变形，基坑按环境保护等级一级[4]进行设计，有效控制围护结构的位移是保证地下管线安全性的关键[5]，施工过程中严密监测基坑的围护桩变形。

（2）采用双轴搅拌桩止水帷幕、MJS 旋喷桩坑底加固等辅助措施。其中，MJS 旋喷桩直径为3.2 m，保证d2 200 管底下搭接不小于300 mm。

（3）不进行坑外降水，坑内明沟排水。

3.2.2 现状d2 200 管道监测

在施工期间对现状d2 200 管线的水平和竖向位移进行监测，监测点间距在5~10 m。其中，基坑开挖深度两侧1.5 倍范围内应布设直接点，1.5 倍范围外应布设模拟点。如管道位移变化速率达到2 mm/d 或者位移累计值达到10 mm 时，应进行报警。

3.2.3 吊管保护

北侧基坑开挖期间需对d2 200 现状合流管进行吊管保护，进行吊管保护前需先通过开挖样槽确定坑内现状管道的管节位置，根据管节位置确定吊管方案，每根管节不少于两个吊点。

4.管道影响分析

4.1 有限元模型建立

4.1.1 土体本构模型与参数

土体采用莫尔- 库伦本构模型。计算中各图层的重度、黏聚力、摩擦角等参数按勘察报告。

4.1.2 结构参数

φ600@750 的灌注桩根据抗弯模量相等原则简化为460 mm 的钢筋混凝土墙，结构材料参数根据材料类别取相应参数，支撑按照型钢型号选取。

4.1.3 网格划分

计算区域：几何模型宽度为基坑以外3 倍以上开挖深度范围；计算深度为坑底以下3 倍以上开挖深度范围。对两侧垂直边界施加水平向约束，底部水平边界施加垂直向约束。有限元模型如图3所示。

图3 有限元模型

4.1.4 施工工况模拟

为了反映初始应力状态及基坑开挖的施工过程，此次计算在土体初始应力场的基础上，模拟各相应土层的开挖和支撑的加设。考虑北侧基坑开挖至管底后，d2 200 合流管已采用吊管保护，此时坑内管道的变形与基坑施工无直接关系，因此有限元模拟至北侧基坑开挖至d2 200 合流管管底为止。

4.2 有限元计算结果

经有限元计算，d2 200 合流管的水平位移图和竖向位移图如图4、图5 所示。

图4 d2 200 管道水平位移图

图5 d2 200 管道竖向位移图

通过有限元分析，d2 200 现状合流管在施工期间管道的水平最大位移为0.47 mm，竖向最大位移为3.0 mm，变形均在管道保护标准范围内。

5.结语

本文结合实际工程，给出了顶管施工的排水管接入现状排水干管的接入方案以及对现状排水干管的保护方案，并通过有限元对施工过程进行了模拟。模拟结果表明，在本文提出的接入和保护方案下，现状排水干管变形控制在保护标准范围内，本文提出的管道接入和保护方案可行。管道接入与保护涉及设计、施工及监测等多方面，应综合考虑多方面因素。本文对于类似的管道接入工程具有一定的借鉴参考意义。

摘自：城市道桥与防洪