某污水管网工程破损分析及修复

蒋 瞳 瞳

(合肥市市政设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概况及现状

某新开发区一条主干道路于2012年竣工完成，布设的污水管网工程随道路建设也一并建成。2015年在W31污水检查井处出现路面开裂及塌陷，2017年初W35污水检查井处路面突发塌陷，险情扩大升级。W31和W35井塌陷范围主要为现状道路及其绿化带，其位置分别位于××大道与××路交口东侧约150 m和330 m处，地面影响范围以检查井为中心，沿管道方向纵向发展30 m，合计长度约100 m，破坏面积超过300 m2，最严重处塌落深度将近1 m(见图1)。

现状调查发现，坍塌的路面下面埋设该新区的主干污水管道，污水管道已近乎不通。现状判断，污水管道已经发生了破坏。现场还发现位于W39污水检查井下游有一座污水提升泵。该泵站因设备损坏，无法正常运行，并且压力出水管也已破坏。污水沿管道流至此泵站后，直接排入临近水沟内。

道路的坍塌给行车安全、行人安全带来隐患；并对路灯、燃气管等其他市政设施带来损坏。污水管道的破坏，使新区生活污水不能得到正常排放与处理，污水无法正常收集，另一方面雨水进入污水管道内，混流的雨污水又被直接抽排至临近沟渠，给周边水环境带来污染。因此，必须尽快对此段污水管的破坏情况、受损范围进行更深入全面的调查，对污水提升泵站是否仍能正常运行进行调查，并对管道及泵站的破坏程度给出客观评价，并在此基础上提出修复方案。

2 工程问题调查与分析

工程问题调查首先要确定调查范围及内容，考虑到该主干道路是按独立分项工程施工建设完成，因此将该道路建设的起点及终点为调查的范围，全长4.15 km。调查的内容为，收集原设计工程数据，工程地质勘察资料，现状污水管道的断裂、破坏、错位、淤塞等问题探查，道路方面主要是，坍塌的范围与深度，隐蔽在地面下的空洞分布及范围等数据。

2.1 对原设计的调查

本工程2012年完成施工图设计，设计文件表明：该工程管道管径d400～d1 000，埋深4 m～8 m，管材有钢筋混凝土管和PE双壁波纹管，全长4.15 km。

破坏的两处管道都为d800管径，钢筋混凝土管，埋深7.07 m～7.24 m，设计为机械顶管施工。

2.2 委托检测单位的调查

专业的检测公司采用CCTV机器人对工程范围内管道破坏情况进行检测，其中1管段～3管段(W30～W35)由于淤堵严重未做管道内部检测。4管段～32管段(W39～州来路口)的检查结果，分为结构缺陷和功能缺陷。其中存在结构缺陷2级4处，1级缺陷1处；功能缺陷1级3处，3级3处，4级14处。

提出的报告结论：1号～3号(W30～W35)井段急需进行处理，7号～8号(W45～W47)井段破裂需修复处理，4号～26号及27号～32号(W39～以后)井段需进行清淤养护。

2.3 工程地质勘察调查

工程地质勘察报告结论要点：该地段土性多为粉土和砂性土，土颗粒均匀，级配不良。剖面中的②层、④层为扰动土层，分别位于道路结构层下和管道上方，其为土颗粒流动引起的；W31检查井边沿管道方向，约30 m范围内的勘探孔土质异常，地表有裂缝发展，可能亦受扰动。除了已发生的塌陷区段，没有勘查到隐蔽在地面下的空洞。

2.4 原因分析

通过以上调查，可以分析出问题的主要原因。我们认为，路面结构的塌陷由下部土颗粒流失，土体掏空引起，路面塌陷的本质是由于管道破损而产生。而道路下原本填满的土颗粒会流失，必须具备两个条件，一个是推动土颗粒运动的力，一个是土颗粒流走的空间，路面下的污水管道完全满足了上述的条件，由此污水管道的修复是本问题解决的核心。

从现场情况及地勘报告可以知道道路塌陷区主要沿污水管道纵向发展，而管道两侧的塌陷和土体扰动范围远远小于纵向，因此我们可以推定这次的道路塌陷原因是与污水管道密切相关的。地勘报告中揭示扰动土层就在污水管道的上方，检测报告中得知管道内淤积大量泥砂，由此可以确定在本次塌陷事故中污水管道成为了土颗粒流失的通道。

从污水管道的相关资料中来看，还存在三方面的不利影响因素：

本次污水管道位于 ⑤1层粉细砂夹粉土，其构成颗粒细小，粘粒含量低，在地下水位以下受扰动后易形成流砂。

1)而此处正是地下水丰富地段，承压水水位高于管顶2 m以上。

2)另外，本工程的两处塌陷段都是采用顶管法施工，管材为F型接口的钢筋混凝土预制管，管道下部直接为土弧基础，当管道下的土颗粒受到扰动时管道接口容易变形错位。

根据本区域其他地市的多个工程案例来看，在此种条件下当施工未对这些不利因素给予足够的重视、控制不严，则很容易留下引起管道接口变形的隐患。例如顶管进出工作井时，管道与洞口连接未作好留下缝隙；或是施工期降水反滤措施未做好，抽水时将细小土颗粒带走，引起了管道接口的错位。

由于本场地土颗粒很细小，高处的地下水就会带着土颗粒从这些管道接口的缝隙流入管道内，管道内的水又会带着土颗粒向前流，在流速较慢处沉积下来。随着管道上部的土颗粒不断带走，管道产生更大的变形，更多的土被带走，道路下的土体大量被掏空，最终路面结构层不能承受上部荷载而破坏塌陷。

3 修复方案

3.1 管道修复方案

方案一：在原W30和W36井旁新作顶管工作井，以其作为起始点另选路线顶管实施新的污水管段，再将新建管道与原有检查井沟通。考虑到与现状污水管道衔接新建污水管道坡度采用0.008 3，管道仍采用d800的F型钢筋混凝土管。W45～W47井段，埋深3.5 m，采用支护开挖，重新更换管段的方法修复，经复核管道直径、坡度及管材可以保持不变。

对于W30～W36段的旧管道注浆填充防止土颗粒继续流失，对上部道路带来新的破坏；另外根据地质勘探报告确定扰动土体范围，对管道上部进行注浆加固，并按原设计标准对道路路面进行恢复。方案一的建安费为526.64万元。

方案二：W30～W36采用拉森钢板桩支护开挖，再于钢板桩后压密注浆增强封闭止水效果；在沟槽内采用井点降水措施，将沟槽内的地下水位降至槽底0.5 m以下，将损坏管道取出，再在原位重新铺设管道，管道直径、坡度及管材保持不变；以灰土分层夯实回填沟槽后，按原设计标准恢复道路路面。W45～W47井段方案同上一致。方案二的建安费为587.52万元。

方案一的优点是施工难度低、进度快，工程影响范围小，工程造价更经济；缺点是原有管道需封堵处理，隐蔽施工质量不易控制。

方案二的优点是修复工作的简单直观，可以为今后的城市发展保留更多的地下空间，但施工难度大，且工程造价也比方案一高76.75万元。

综合以上因素，推荐方案一对W30～W36及W45～W47管段进行修复。后期管线修复及施工时，需对管道进出工作井处的土体采取注浆加固的措施，使其不易受扰动，并且严格把控管道与洞口的连接质量。另外，施工时应采取合理可靠的降排水方案，做好反滤措施，以防塌方及涌土、流砂等危害人身安全或影响工程质量的情况发生。

3.2 污水泵站修复方案

方案一：将泵池内淤积泥砂清除后，检查泵站结构是否有裂缝或破损。若结构无破损，则利用泵房原有结构体，更换水泵等损坏的设备，水泵流量及扬程与原设计保持一致，并且增设闸门井、粉碎性格栅机及溢流管道，在原位重新铺设压力管道，压力管道直径、埋深及管材保持不变。同时改造电控设备，实现无人值守功能。方案一的建安费为225.03万元。

方案二：若老泵站结构损坏无法使用，则废除新建设一座一体化泵站。一体化泵站规模与原设计保持一致；同时原位重新铺设压力管道，压力管道直径、埋深及管材保持不变。方案二的建安费为395.67万元。

方案一利用原有泵站结构只更换水泵等损坏设备，并对原设计的工艺和电气设计升级改造，修复后不仅满足原有功能，还能实现无人值守的自动化管理功能，且工程投资较经济；方案二工程总投资较高，但当原结构损坏不能使用时，该方案也具有施工速度快，后期管理自动化的优点，是一个很合适的备选方案；建议根据结构检查情况确定最终选择的方案。

4 方案实施及总结

本工程在实施工程中，采用了管道修复方案一与泵站修复方案一，目前该工程已按此方案修复。

总结本次工程修复问题特点，就是需要透过现象看本质，路面塌陷是结果，也是比较容易看到的问题，我们需要认识到路面塌陷的真正原因是污水管道的破损，当我们找到问题的主因时，也就不难找到解决的方法，也只有这样才能彻底解决问题。