人工开挖工作井法在塌陷污水管道维修中的应用研究

张 坤

(核工业西南建设集团有限公司,四川达州 610000)

在塌陷污水管道维修中，对塌陷超过管径一半甚至完全塌陷的管道，无法采用无开挖机器人维修[1-2]。一些特殊的管道如波纹缠绕管，采用等直径或小直径管道顶推钢带易打结，此时人工开挖“工作井法”进行管道维修是一种比较理想的方法[3-5]。结合眉州大道东段塌陷污水管道维修施工工程，详细阐述了人工开挖工作井法在塌陷污水管道维修中的施工流程。

1 工程概况

根据工程竣工图及现场地质查勘，场地内地层自上而下填土分别为：沥青混凝土路面面层(12 cm)、水泥稳定土层(40 cm)、砂砾回填层(80 cm)、页岩回填层(5～6 m)，管径周围为砂砾层包裹。前期业主单位采取的无开挖管道维修法维修后剩下的工程量及业主的要求，本工程共计需对11处塌陷污水管道进行维修，具体塌陷管道情况见表1。

表1 塌陷管道工程情况

修复施工采用人工开挖工作井至污水管道塌陷处，再根据塌陷长度采取不同的修复方法。若塌陷长度最远处距工作井内壁在50 cm内可直接置换修复，若塌陷长度最远处距工作井内壁超过50 cm，先需采用φ80 cm顶管内包塌陷污水管顶进后再修复。本工程采取人工开挖“工作井”，工作井外径φ160 cm，内径为φ120 cm，深度为4～7 m，工作井挖至污水管道处可适当加大、加固，以便顶管施工作为顶推支点。施工工艺流程为：测量定位→施工作业区打围→破除路面结构层→开挖工作井→堵水、抽水→管道置换维修→回填维修管道和工作井→恢复路面结构层。该方案不仅可行而且具备工期短、对周围环境影响小等优点。

2 施工准备

2.1 测量定位

根据检测报告确定塌陷处大致位置(偏差2～3 m)，采用高亮度手电和红外测距仪从检查井壁测得污水管道塌陷处距检查井壁距离，再根据测量距离和两检查井中心位反映到辅道上确定工作井具体位置，工作井中心点采取在地面设十字控制网控制。

2.2 作业区打围

根据工程竣工图的污水管道管深计算工作井开挖土方量、施工机械设备占用场地、工作井作业空间及交通通行问题等，计划在作业井处设长12 m、宽4 m、高2 m的围挡。围挡前200 m、100 m、20 m、5 m处分别设置“前方施工车辆慢行”的标牌并用锥形桶引导交通；在围栏上贴反光条。围挡内设材料堆放区、土方临时堆放区、设备作业区、配电室及值班室，出入口设置活动门。

3 作业井开挖

3.1 路面面层破除

根据测定工作井位置，先用切割机在辅道路面切2.4 m×2.4 m的工作井作业开孔线，再用破碎头破除路面结构层。

3.2 工作井人工开挖

破除路面结构层并定位完成后，开挖第一节。由人工从上到下逐层用镐、锹进行挖掘，遇坚硬土层用锤、钎破碎，挖土次序为先挖中间部分后周边；按外径φ160 cm、内径为φ120 cm控制截面，允许尺寸误差3 cm，每节开挖高度为1.0 m；弃土装入活底吊桶或罗筐内通过用带自动止动保险装置的手动葫芦配合垂直提升至地面，吊至地面上预留堆放场；堆放在孔口2 m范围外，孔口四周2 m范围内不得堆放余泥杂物。每进深1 m均用线锤吊中，校正护壁筒中心位置后，方可浇灌护壁混凝土；当第一节护壁混凝土拆模后，将轴线位置标定在护壁上，并把相对水平标高标记在第一圈护壁内，作为控制桩孔位置的依据。每次下井施工前均需进行抽水、通风和毒气检测工作，施工过程中随时注意井内塌土、漏水、空气、水质等情况，若发现有异常，工人应立即返回地面，待查明情况或采取有效措施后，方可继续作业。

安装提升设备时使吊桶的钢丝绳中心与桩孔中心线一致，以作挖土时粗略控制中心线用；护壁支模中心线控制，系将桩控制轴线、高程引到第一节混凝土护壁上，每节以十字线对中，吊大线锤作中心控制用。

3.3 钢筋混凝土护壁

护壁施工采用钢筋混凝土结构，采取组合式钢模板拼装而成，拆上节、支下节，循环周转使用，模板间用U形卡连接，或用螺栓连接，不另设支撑。护壁用C20混凝土，上下护壁间的搭接长度不小于5 cm，井周设80 cm高的防护栏，采用搅拌机械拌制混凝土，用吊桶运输人工浇筑；第一节井圈护壁井圈顶面比场地高出150～200 mm，壁厚比下面井壁厚度增加100～150 mm；每节护壁均应在当日连续施工完毕；护壁混凝土的浇灌采用钢筋插实，可用敲击模板或用竹杆木棒反复插捣；护壁混凝土内模拆除宜在12 h之后进行，发现护壁有蜂窝、渗水现象时，应及时补强加以堵塞或导流，以防造成事故。

钢筋网采用φ8 mm钢筋，纵横筋间距20 cm。钢筋在钢筋加工场内预制、弯制成型后再运至施工现场，钢筋加工时严格按照施工规范做到成型主筋直，误差小，箍筋圆顺，直观效果好；为使钢筋笼主筋有一定的保护层，在钢筋笼上设置混凝土垫块。

3.4 终孔

工作井挖至计算深度(即眉州大道东段竣工图污水管道与路面高差)最后1.5 m时，应适当加大护壁混泥土浇灌厚度(不低于30 cm)，以便污水管道塌陷长度最远处距工作井内壁超过50 cm时，采用顶管顶进时作千斤顶支撑。正常情况下挖深达到计算深度减管径位置就能看到污水管道；若此时未能见到污水管道应超挖计算深度20 cm，在垂直管道方向左右顶进直至找到污水管道位置，再实施管道修复。

3.5 照明、通风、排水处理

作业井开挖及管道维修时应有照明和通风设施。照明采用12 V低压防水灯。通风设施采用1 kw鼓风机，配以φ10 cm的塑料送风管，经常检查，有洞即补，出风口离开挖面80 cm左右。

因该污水管道多为填方段回填土，一般不存在作业井开挖有地下水情况，若存在地下水采取潜水泵抽排。但挖至塌陷污水管道处污水采取在上游井封堵，由对潜水泵抽排至就近雨水井或者排至下游检查井的办法排水。管道塌陷处有积水时也采取水泵抽排，但有人在井内作业时，不得进行抽水。

4 管道置换

4.1 管道顶进

在地面上布置电器控制箱、将高压油泵，以利于观察和操纵，各种线路要固定牢靠、易于分辨、查找方便，再安装高压油管将液压千斤顶和高压油泵联接起来，将高压油泵上的油箱灌满抗磨19#液压油，接通电源，进行空顶试顶，顶时应先排空千斤顶内的空气，当出镐和回镐往返两个来回正常时即可使用。

安装顶铁，千斤顶活塞伸出一个工作行程后，千斤顶回油，活塞回缩，增加顶铁。重复以上工作循环，直至顶进长度超过一节管子长度后(管道长度为1 m)，撤去纵向顶铁，安装下节顶管。顶进前应检查下列内容：全部设备经过检查并经过试运转；工具管在导轨上中心线、坡度和高程应符合规定要求；防止流动性土或地下水由洞口进入工作搞的措施；不稳定地层顶进时，封门拆除后立即将工具管顶入土层。

用吊车先将机头吊至工作坑内，平稳放在导轨上，要保证管外皮与导轨之间接触严实，并使其靠近洞口。此时，应立即开镐将稳好在导轨上的机头顶到洞口，使机头正面和洞外的土体紧密顶严；迅速顶机头入土。该工程采用φ80 cm管，使塌陷管道包在顶管内顶进。每顶进20～30 cm出土一次，管内运土采用卷扬机拉动轱辘小车，用小吊车将土吊至地面上的运土车内运走。

顶管时测量要勤顶勤测，随时校正，切不可单纯为了求快而少测、漏测，一般在下管前和下管开镐后都应测一次，此时若发现偏移容易校正。正常顶进时每顶进30 cm测一次，当顶进后1 m测一次。下管前，将千斤顶回到头，将管道内所有的工艺管路全部临时断开，管内及坑内所有电源断掉，坑内的人员全都到管内或上到地面上，下管要由专人指挥，下管要注意插口朝前，承口朝后。

顶管掘进机在顶进过程中与所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；它的排土量与掘进机推进所占的土的体积也处于一种平衡状态。掘进机在顶进过程中，其土仓的压力P小于掘进机所处土层的主动土压力，地面就产生沉降；相反，若土仓的压力如果大于掘进机所处土层的被动土压力时，地面就产生隆起。因此土仓压力只有控制平衡状态，才能对地面不会产生大的影响，从而满足在顶管施工中对地面沉降的要求。

4.2 顶管与原污水管的接头处理

顶管与原污水管的接头处采用环氧砂浆链接，做成楔形接头，角度小于20 °，保流水畅通，后期无堵塞。

4.3 管道置换

工作井挖至污水管道处，沿管道方向可适当扩大工作井，一般20～30 cm为宜，以便置换维修管道有足够作业空间。若挖孔位刚好在管道塌方处且塌方段小于110 cm则直接对原有管道置换维修；若挖孔位与管道塌方处存在偏差，挖孔位和塌方段大于110 cm则挖至污水管管底后采取 φ80 cm钢管或PVC管把原有塌陷管道包含在该污水管道内顶管，直至顶过塌陷区，再从顶管内取出破损管道，再修复管道。管道维修先用手持切割设备把原塌陷污水管道割断取出，再置换同直径PE管，新旧管道用钢带连接并涂抹环氧树脂。

5 工作井回填及路面恢复

管道基础采用150 mm厚二灰土垫层，管道安装完毕后，管道基础至管道上部300 mm之间采用中粗砂回填，其余采用二灰土回填，回填材料不得夹杂石子及其他杂物。工作井回填，采用二灰土每30 cm分层用平板夯实回填。

路面水泥稳定土层采用混凝土，路面面层采用沥青混凝土恢复。

6 结束语

人工开挖工作井法在塌陷污水管道维修的实际工程应用中取得了较好的效果，能按期完成全部管道维修，保证维修质量，降低工程造价，为同类工程提供一定的参考。