上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海市 200433
摘要：随着城市化的进程，基础设施的需求压力逐年增长，特别是对污水的排放及处理要求更为严格。如何确保在保证污水泵站正常运行的基础上，对原有管道进行改造及保证施工质量和施工人员的安全提出更高的要求，本文就污水井基坑支护、管道井下切割、水下封堵等的技术特点和施工中的重点难点做一下简要描述和分析。
关键词：工法桩；围护；管道切割；封堵；潜水作业
一、工程概况
Y1路-Y3新建污水改排工程X标建设地点位于中山南路，桩号为：K2+865-K6+992，污水主管道采用Φ2400顶管排施工及部分污水管道利旧，在不断流的情况下进行污水改排施工，过程中需对原污水主管进行切割、封堵并增设临时排水管道保证污水泵站运行正常。
二、管道割接施工方案
2.1 污水管切割概况
本标段主要涉及的污水干管割接位于W2-W-4和W2-W-5内。W2-W-4位于中山南路与Y2路交叉口南侧，龙城广场西侧，W2-W-5位于中山南路与Y3路交叉口北侧。
管道割接点布置图
2.2 切割连接施工工艺
（一）施工顺序
第一步：SMW围护桩施工，开挖暴露现状Φ2400污水管道（基坑开挖范围内）；由SMW工法、水泥土搅拌桩止水帷幕、坑底土体加固及支撑组成。
（1）深层搅拌桩
深层搅拌桩采用强度等级不低于42.5号的普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为20%，水灰比为1.5～2.0（三轴）。深层搅拌桩28d无侧限抗压强度qRu28R≥1.0Mpa，渗透系数应小于1×10-8cm/s；搅拌桩达到设计强度之后进行基坑开挖。
水泥土搅拌桩为基坑内外止水帷幕，施工中必须保证施工质量，有效确保工作坑的稳定及坑内外隔水效果。搅拌桩施工不允许发生施工冷缝，搅拌桩搭接长度为200mm，桩体垂直度允许不大于1/200，桩位布置偏差不大于20mm。
（2）H钢施工
H型钢的插入在搅拌桩施工结束后的30min内进行，型钢借助带有液压钳的振动锤下沉到位。H型钢与围檩间采用牛皮纸隔离，待整个构筑物施工完成，基坑回填后拔出H型钢时，需边拔边注浆充填桩孔。
第二步：现状DN2400污水干管下部φ1000高压旋喷桩加固，桩间搭接300mm，桩深度3米，四排布置。
第三步：现状DN2400污水管上部φ800高压旋喷桩加固，搭接距离300mm，桩长3米，管道上方满布；
第四步：鉴于基坑为多边形特殊井，当高压旋喷桩加固土体养护达到设计要求后，先进行新管基坑的开挖及钢支撑，并将新建的DN2400污水管开槽埋管接入该井，制作新基坑检查井并预埋DN2400穿墙套管。
第五步：老管基坑采用外包掏底井，先开挖至坑距底板剩余的1m分三个区域依次开挖，条状区域的长边垂直于现状污水管轴线。从北侧区域进行第1次开挖，开挖至管底下底板处，在其支墩空隙处绑扎钢筋底板并浇筑底板砼及托底管座；然后依次开挖南侧的条状区域，最后开挖中部条状区域，完成基坑掏底施工。
第六步：老管基坑掏底施工及钢筋砼底板施工完成后，立即进行内衬墙的施工，老管基坑底板和新管基坑内衬墙连接。
第七步：潜水员进行封堵和凿除施工。当割接通水准备工作完成后，对新建污水管进行临时封堵，开始进行割接施工。
第八步：基坑内现状污水管进行割除时，做好与4#泵站停泵时间的协调，先将泵站压力井内污水全部抽干后停泵。吊机吊移基坑顶盖板并将钢丝绳扎牢在要割除的砼管节上，待切割人员下井割除砼管节接头处砼之后，立即将井内砼管节吊出。
第九步：新老管道并行通水运营一段时间且稳定后，与4#泵站再次协调好停泵时间，先将泵站压力井内污水全部抽干后停泵，吊机移开基坑顶部预制顶盖板，专业人员下井进入W2-W-4现状污水管内进行永久封堵。
第十步：管内永久封堵完成后，基坑顶部预制盖板上浇筑10cm厚的素砼，养护期满后顶部回填土，最后拔除H型钢板桩，完成本节点的割接施工。
（二）W2-W-4污水管拆封方案
（1）施工准备工作
施工前签订安全协议书，同时填写排水设施有毒有害危险场所作业备案回复单，由排水管理处审批之后填写下井工作票，由业主、监理单位审批后方可下井进行潜水相关作业。施工前进行现场勘探，检查潜水装备、通风设备、切割工具、有毒有害气体检测仪器是否齐全完备，并安排专职安全员进行监护。
（2）井内现状污水管破除
污水管切割机械采用钻石钢线切割机进行，切割采用钻石钢线的优点有无噪音、无振动、不破坏管道结构、端面整齐，其切割速度是碟片切割的6倍，是风镐凿除的15倍。切割前在管道的井位上方搭建切割平台，然后用下井进行穿越管底钻石钢线安装，再安装定位滑轮，用汽车吊在切割的管道中间进行施工中固定，同时也便于切割完成后吊运，最后进行整体管道切割，在切割吊运完成后恢复正常通水。
污水管钢线切割示意图
1）割接管节所在小基坑顶部接高至地面或采用钢护筒接高至地面。井下通风及除臭设备进场并安装调试完成，现场准备有毒有害气体检测设备和防毒面具。
2）与4#泵站沟通协调好停水时间并在割接施工之前项目部派遣联络人员进驻泵站。吊车在W2-W-4井基坑旁边硬化地坪上，吊开其顶部的预制钢筋砼盖板，确认井中的有毒有害气体已全部排除后，派人下井将吊装钢丝绳绑定至要破除的污水管节上。
3）搭建切割平台，搁置在切割管道的井位上方，然后用下井穿越管底进行钻石钢线安装，再安装定位滑轮。
4）在正式切割管道前先进行应急演练，对整个切割施工流程进行模拟演练，并对发生意外情况下，人员救护和撤离流程进行演练。演练时测出泵站停水后污水管内的水位标高，以及泵站停水前后污水管内的流速。
5）夜间泵站停水后，施工人员穿戴好防护工作服和防毒面具后下井对要破除的管节底部凿孔放水泻压，接着进行管节切割和局部破除。
6）吊车将局部破除的管节整体吊出，清理井底散落的管节砼碎片。人员撤出后，井顶预制钢筋砼盖板覆盖，接缝处设置橡胶止水带，必要时其上部可压载水泥墩块，防止通水后水压力对预制盖板的冲击。
（3）管道临时堵头拆除
拆除临时堵头时，首先需泵站暂时停泵调水，由于管道堵头两边水位不平衡，为确保拆除堵头时安全，先打开堵头内的预流管钢闷板，让水慢慢流入管道内，当水流至管道内相平时，用另一班潜水作业进行拆除堵头。拆除堵头采用水下风动气镐先对堵头上面进行拆除，拆除的垃圾直接吊运至地面，边拆除边吊运边装运，直至堵头全部拆除干净。
（4）井内现状污水管封堵
1、封堵准备及防冲措施
精确定位封堵老污水管道的位置，明确停水后的管内水位情况，然后在停水前做好一切相关准备工作、安全及应急措施，在停水后污水管道内水位处于停止状态后，采用另一班潜水员进行永久封堵管道堵头。
永久封堵时考虑到该段切换时的污水泵站污水输送，每晚停水时间在4小时左右，故永久封堵在未封堵完成的情况下运行即产生水压，采取配合永久封堵进行防冲措施。选择永久封堵的上游井内进行，防冲材料采用预制的条形钢板格栅加支撑，这样可减少开泵时的作功力，减小水流直接冲击堵头，确保堵头未封堵完全前不被水流冲击倒塌，从而达到永久封堵的效果。
2、管道封堵
永久封堵管道时必须清除封堵位置的垃圾，保证堵头能与管道良好粘结而不发生渗漏。DN2400管道永久封堵都采取封堵三道头子来确保堵头永久不渗漏和坍塌，其堵头厚度为1500mm。
封堵采用人行道板（500×500×65）与混合泥（水泥：黄泥：快燥剂=1：2：0.1），封堵时按一块道板一层泥，分层压实，层层交叉叠起，避免道板缝隙成直线状，以确保堵头强度。首先封堵管道的2/3，再次封堵1/3堵头时预留Φ300管道孔（起到封堵时二侧水压保持平衡，不会造成单向受力而坍塌），最后待封堵墙达到设计强度后用闷盖进行管道孔封堵。
（三）设置临时污水管排水
为不影响污水的正常排放，增加临时排水设施。从现状运行过程中对该段污水输送的平均量进行了核实，为8000m3/d~15000m3/d。按污水量最大值计算，选择采用潜污泵规格为KQL350/425-30，Q=780m3/h满足污水输送量要求，并保证24小时连续运行，水泵设置采用一用一备。同时派人巡视排水区域水位情况，以防污水冒溢时采取应急处理。
三、应急救援措施
井下管道切割作业及水下拆封堵头作业，要严格执行相关规定要求，做好有毒有害气体的检测，作业审批等手续。施工现场建立应急处置小组，由项目经理担任组长统筹指挥，履行“领导带班制度”及做好“应急演练”等工作，当现场发生安全事故时能及时得到处理，最大限度的减少人员伤亡和财产损失。
硫化氢气体是防范的重点，施工时佩戴呼吸器并穿防化服，如放生事故采取应急救治措施。水下作业的潜水员的防护配置齐全，并做好井上井下的信息联络及应急处理。根据“快速反应、就近医治”原则，指定急救医院并办理绿色通道，如有事故使得受伤人员得到有效及时的救治。
四、结语
本次污水改排施工周边环境复杂，基坑支护及管道施工要求高，为达到不扰民、不断流、不影响污水泵站运行，实现快速、高效、安全施工，做好与污水泵站排放协调、审批手续办理、井下作业、潜水作业的安全管理尤为重要，本施工方法保证了施工安全、质量及工期，获得了良好的社会效益和经济效益，此工法将会在市政基础设施建设的污水改排中广泛推广和应用。
论文作者:巩勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/2
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