城市中心区域复杂条件下排水管道顶管施工井位优化技术

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201707)

城市排水设施是城市基础设施的重要组成部分，随着城市的发展，排水管道系统的问题逐渐显现出来，各地都在加大排水系统的建设与改造，以满足城市发展和人民生活的要求。顶管施工是市区排水管道施工中常用的施工工艺,相比开槽施工,具有开挖面小、对周边环境影响较小的优点。但是,顶管作业的井位和管位与现有道路和管道的矛盾仍然突出，井位施工依然会对市区道路和居民生活造成较大的压力。上海市近几年排水系统新建和改造的项目较多，建设的难度也越来越大，昌平、康定地区排水系统改造工程是上海苏州河综合整治三期工程之一，也是本市城市基础设施建设的重大工程项目之一。工程地点位于城市中心区域静安区，但在实施过程中，由于井位与道路的矛盾，工程前期推进较困难，后经过井位变更优化，工程顺利实施，为改善地区积水、增强防汛防暴雨能力发挥了积极作用，也有利于上海市市容市貌的进一步优化。

1 工程概况

昌平、康定地区排水系统改造工程管道工程主管沿常德路和康定路走向，分别为CP-1和CP-2标，主管主要采用钢筋混凝土管顶管施工，支管采用开槽埋管施工。由于施工区域处于市中心(见图1)，施工场地紧张，各条道路交通极其繁忙，为尽量减少对交通和居民生活的影响，顶管施工的作业井一般布置在道路的转角处(见表1)，顶管采用了曲线顶管顶进。该工程对顶管工作井施工及管道顶进施工都提出了较高的技术要求。

图1 施工位置

顶管区间井 位结构形式管径/mm长度/m北京西路—愚园路5.0m×4.0m×6.6mSMW工法ϕ1800153.7北京西路—新闸路1-A1号(北京西路)8.0m×5.0m×6.8mSMW工法ϕ2000336.16新闸路—康定路1-A2号(新闸路)内径ϕ9.0m×7.5m沉 井ϕ2200386.6康定路—西康路2-A1号(康定路)沉 井ϕ2400364.582-B1号(西康路)沉 井西康路—陕西北路2-A2号(陕西北路)ϕ10.0m沉 井ϕ2700224.71陕西北路—昌化路2-B2号(昌化路)ϕ6.65m沉 井ϕ3000387.25泰兴路—昌化路2-A3号(泰兴路)ϕ9.5m沉 井ϕ3500284.42

2 顶管作业井实施特难点分析

2.1 施工环境影响

2.1.1 顶管工作井、接受井井位处于主要交通道路上

该工程所有管道均在原有道路上实施，所有井位均位于原有道路上，并且有些井位正处于交叉口位置。根据现场勘察：CP-1标区域包括常德路、愚园路、北京西路、新闸路、武定路、康定路，CP-2区域包括康定路、昌化路、江宁路、陕西北路、西康路、常德路。这些道路车流极其繁忙，周围居民众多，因此，交警部门对井位施工道路封交提出了非常严格的要求：在道路交叉口施工必须保证正常交通的通行，这使得工程无法按原设计井位和工艺施工。

2.1.2 设计井位区域地上、地下管线复杂

施工区域管线复杂，施工范围内分布有各种管线，特别是井位区域，地上、地下管线多，其中包括架空电缆、电车线路、煤气管道、上下水管道等，图纸上虽已标明大部分公用管线的大致走向，但不能保证现场实际情况与管线图相吻合，因此，做好原有地下管线探测和保护是一个突出的难题，同时在顶管施工时应充分考虑施工对地下沿线管道可能造成的位移变形，以及对管路系统运行的影响。

2.1.3 井位周边建筑物的保护要求高

该工程沿线邻近建筑物、构筑物繁多，且较多建筑为老建筑，据可调查到的建筑物资料发现，原二层、三层的建筑物的基础都比较弱，有的为短木桩基础，有的没有桩基础；并且设计管道中心线距这些建筑物、构筑物比较近，井位深基坑施工及管道顶进过程都可能对原有的建筑物、构筑物造成不利影响。

2.1.4 工程施工对周边居民生活影响较大

施工区域为中心城区，周边居民密集，施工过程中施工机械、土方运输、材料进出场占用道路场地等对居民交通影响大；同时施工期间的扬尘、噪声、灯光、排水等对居民生活都有一定的影响。

2.2 顶管作业井优化的必要性

根据现场调研分析，直接影响本工程推进实施的关键是顶管工作井的施工，工作井的设置是关键问题，本工程顶管工作井如按原设计方案实施，存在非常繁杂的管线搬迁和保护问题以及道路的协调问题，有的井位几乎不可能实施，如2-A1工作井、2-B1接收井道路管理部门明确不能提供作业场地。为有利推进工程进度，使项目及时发挥效益，提出对井位设置进行优化。井位优化除考虑经济合理性外，主要考虑以下几个关键技术问题：

a.工作井、接受井井位设置及施工工艺的可达性。

b.由于井位变动引起的多曲线顶管的施工控制措施。

c.顶管优化方案中的地下管道侧接的关键技术。

d.变更后的井位与现有排水系统的连接方式。

3 顶管作业井位施工优化方案

3.1 顶管作业井施工工艺比较

顶管作业井一般为深基坑，施工主要采用钻孔灌注桩围护、SMW工法桩围护施工及沉井施工等几种方式。施工工艺不同，工程造价也不同，对周边的环境影响大小不同。从场地占用和对环境的影响因素分析，钻孔灌注桩围护结构施工影响最小，沉井施工的影响最大；SMW工法桩围护结构施工灵活，可以满足不规则形状的基坑的施工要求。

3.2 顶管工作井位优化方案

顶管工作井井位优化的方法有两种：一是变更坐标位置，二是变更施工工艺。由于本工程施工区域的特殊性和复杂性，原设计中的部分井位布置和施工工艺方案没有条件实施，需要根据现场条件进行方案优化。根据常用的几种施工工艺比较分析，依据“经济、合理、可行”的原则选择施工工艺，结合位置变更和工艺变更，提出几个井位的优化变更方案。

3.2.1 1-A2号、2-A3号沉井变更为SMW工法桩围护结构

1-A2号井位于新闸路(常德路)，原设计采用沉井施工工艺。根据管线分布图，在井位西侧有信息线、电话线和高压线，与井壁间距分别为1.5m、2.0m和3m，高压线的高度为13m。井位东侧有一座电缆排管，沉井施工时井壁与电缆排管相碰(见图2)。管线搬迁量大、费用高，且搬迁时间长，由管线管理单位实施，进度不可控。

图2 1-A2号原设计井位

2-A3号工作井原设计采用沉井工艺施工，外加搅拌桩保护措施。此井位有两条不同方向、不同标高的顶管。此井位周边管线复杂，且离苏州河防汛墙较近，沉井作业将对周边环境造成不利影响。

优化方案：SMW工法施工对管线、房屋、道路影响相对较小，井位形状可根据实际情况调整，可最大限度地避开地下管线的影响。1-A2号井位大小可根据现场实际情况确定，只需满足顶管作业的最小空间即可。搅拌桩施工采用二轴搅拌桩，施工机械较小，现场架空电缆采取相应的保护措施。通过精细化施工和管理，可以满足井位的施工要求。

2-A3号工作井井位区域较空旷,施工条件较好，现场具备搅拌桩作业条件，改为SMW工法井施工，不但可减少对防汛墙的影响，还可为分层顶管创造有利条件。顶管分上下层两个方向顶进，基坑土方可分层开挖，上层顶管完成后进行下层土方开挖，可以减少沉井施工上层顶管作业平台的搭设，减少作业的安全风险。

3.2.2 2-A2号、2-B2号沉井变更为灌注桩围护结构

2-A2号、2-B2号顶管井位原设计采用沉井工艺施工，考虑沉井对周边环境影响，采取外加搅拌桩保护措施。由于井位处于康定路交通要道上，沉井施工占地面积大，道路需封闭，整个康定路的公交必须改道，对交通造成极大的影响；同时，如果沉井下沉的影响范围按1.5倍深度计算，对管线及构筑物产生的不利影响较大，外加搅拌桩施工既增加施工内容又增加了施工的场地，现场既无施工条件，经济上也不合理。

优化方案：由于此施工区域不具备搅拌桩的施工条件，方案优化时采取了施工占地影响更小的灌注桩施工工艺。灌注桩施工设备小，移位方便，施工占地面积小，对周边环境影响最小，虽然产生的泥浆对文明施工环境影响较大，但通过加强管理可以得到控制。2-A2号与2-B2号井位深基坑施工工艺变更为钻孔灌注桩+旋喷桩围护，开挖后进行井体结构施工。同时2-B2号接受井井位向路边人行道侧偏移，采用曲线顶管进洞，井位分期施工，先期施工桩基，顶管到位后进行开挖和井体施工。

3.2.3 2-A1号、2-B1号井位取消，顶管完成后实施骑马井

2-A1号工作井为CP-2标与CP-1标的连接井，处于常德路与康定路交叉口，此处交通极为繁忙，经征询交通管理部门的意见，不具备施工的可能性。2-B1号顶管接收井原设计位于康定路西康路路口，道路无法封交，无工作面施工。但如果此处管道不接通，整个主管路系统就无法连通，整个昌平、康定地区排水系统改造工程就无法投入运行。

优化方案：井位无法施工，就取消顶管作业井，通过顶管技术优化完成管道连接。2-A1号工作井取消后采用地下侧接工艺；2-B1号接受井取消，采取长距离曲线顶管措施。顶管连通后，为满足管道系统接入的需要及管道养护管理的要求，在原井位相应的位置实施骑马井。骑马井占地小，施工周期短，利用夜间施工从地面上边挖边压，白天恢复道路通行，逐节沉入预制管节做骑马井，对环境影响小。为此，项目部专题开展地下侧接工艺技术研究，取得了成功。

3.2.4 井位坐标变更

由于施工工艺的变更,施工井位根据现场实际进行调整,但必须保证管位符合城市规划的要求。2-B2号接受井井位位于道路中心，施工时段对公共交通影响很大，道路管理部门不同意颁发道路施工许可，要施工井位必须调整。

优化方案：将2-B2号向路边人行道侧偏移，留出足够的道路通行。由于此井位为两个方向顶管的接受井，占地时间长，对周边环境影响时间也较长，为减少环境风险及安全风险，此井位分期施工，先期施工桩基，顶管到位后开挖和井体施工。陕西北路—昌化路顶管及泰兴路—昌化路顶管需采用曲线进洞，对顶管施工的控制难度加大，但技术上是可行性，通过加强顶管施工管理，可以实现预期目标。相关井位及施工工艺调整情况汇总见表2。

表2 变更后井位及工艺汇总

4 井位施工措施

4.1 井位尺寸

井位变更可以根据现场情况确定形状和大小，但须设计复核结构的安全稳定性。如1-A2号井位根据电缆位于井位内这一特殊情况，打设成不规则形状，以满足顶管设备布置的最小尺寸的施工需要，将部分线缆留在施工区域内，做好管线保护措施。由于深基坑为不规则形状，还需要设计复核，并应保证管道和设备吊装要求。

4.2 管线保护

井内管线采用托架保护，上面加盖板保护，并设警示和隔离标志。SMW工法井形钢插入采用分段插入，可降低机械作业的操作高度，减少高压线的影响。

井外管线根据性质和保护要求不同，制定相应的保护措施，并通过加强监测来调整施工速度和保护工艺。

4.3 应急措施

围护结构施工最大的风险在于基坑的渗漏问题，SMW工法井施工质量控制不到位，灌注桩和旋喷桩的质量缺陷都会引起基坑渗漏。渗漏引起的水土流失对周边环境的影响极大，除需加强施工过程质量控制外，还需制定详细的应急预案，并做好技术和物料的准备。应急措施如下：

a.基坑开挖过程中，当发现有局部搅拌桩喷浆不匀、水泥土联结不牢、渗漏现象发生时，可用双快水泥浆压堵。

b.若发现局部桩与桩联结不牢，发生渗漏，可压双快水泥浆(快凝水泥浆)或堵漏网进行封堵。

c.发现桩体局部有断桩现象时，可在围护结构外围进行压密注浆，并掺早凝剂，进行快速封堵，并补充增强该处围护结构强度。

5 工程实施效果分析

5.1 井位优化后对道路交通及管线影响分析

井位优化后的环境交通影响分析见表3。

表3 井位施工环境交通影响分析

5.2 井位优化后对工程造价影响分析

井位优化后对工程造价的影响分析见表4。

表4 井位施工工程造价影响分析

注前期费用包括临时道路、管线搬迁及管线保护、房屋保护监测等费用。

由于本工程施工合同报价中包括了前期协调费用,即道路协调、管线搬迁保护、房屋保护检测等费用，施工承包商在综合考虑各项费用变化的基础上作出相应的变更，总体费用控制在工程概算内。

5.3 实施效果

本工程井位施工工艺优化变更后，工作面均及时开出，按照优化后的方案实施，保证了工期和施工质量。由于施工中搬迁费用大大降低，所以增加的部分施工措施费可以在前期搬迁费用中补偿；同时也大幅减少了路面反复开挖对施工造成的不利影响。对周边环境的影响在可控范围内，为后续顶管施工创造了条件，对改善地区积水、增强防汛防暴雨能力发挥了积极作用。

6 结 语

本工程在顶管工作井位的实施过程中,因地制宜制定施工方案,成功地创新运用了多种工艺完成本工程施工。中心城区复杂条件下排水管道工程施工的几点经验和建议总结如下：

a.井位的布置应充分调查现场的实际情况，充分了解区域规划、交通及管线布置情况，井位尽量设置在道路一侧，减少占道，同时可通过长距离顶管、曲线顶管等施工措施减少井位数量。通过设置施工影响较小的骑马井满足管道连接和运行管理的需求。

b.在确定管道系统施工工艺时，应充分考虑施工的可行性和对环境的影响程度。沉井由于制作和下沉施工周期长、施工占地面积较大、下沉存在较多的风险等因素，不适宜在中心城区排水系统中采用。

c.中心城区市政管线工程施工时涉及的地上地下管线、建筑物、交通等问题较多，编制施工方案时须充分分析工程实施的关健部位、重要部位和难度较大、风险较高的施工部位，制定针对性的方案，加强事先策划，及时与有关部门协调，建立“低影响施工”的理念，优化施工方案，通过技术攻关，使现场难以协调的问题通过技术优化得以解决，减少对百姓生活的影响和对环境的影响。