大管径补水钢管下穿高速公路暗涵施工技术研究

范 建 平

(中电建生态环境集团有限公司， 深圳 宝安区 518100)

1 概 述

广州市白云区潭涌暗涵水体黑臭严重，其主要原因是暗涵段水体流动性差，需要在潭涌暗涵下游闸坝前新建泵站一座，取上游石井河内的水补潭涌内的水，使潭涌内的水流动起来以最终达到消除黑臭河涌的目的。

该工程为潭涌暗涵下游闸坝前新建的一座泵站，泵井结构尺寸为4.9 m×7.9 m，补水水泵的安装采用导轨自动耦合装置，泵站内只配备一台水泵，维修时采用停水检修的方法。对于水泵要求其流量不低于1 300 m3/h。在暗涵出口和加油站处分别设置了DN500补水点和DN300补水点。主要施工内容为：暗涵内新建长度为400 m的DN500补水管道，暗涵外新建的DN300补水管道长度为193 m，同时封堵暗涵内排口。其主要施工难点为：(1)工期紧。根据市水务局要求，该工程需要在8月底完成，故其施工期只能安排在雨季的7、8月份；(2)工程量大。暗涵内存在大量的淤泥，厚度为1.5～2.3 m。由于补水管道的镇支墩数量多达62个，故其大基础底板施工难度大；(3)钢管在暗涵内运输困难，暗涵内无法采用机械设备，且因每根钢管的安装重达0.8 t，暗涵长度400 m 内只能开设一个下暗涵通道，由于钢管运输距离长，内支墩高度平均为3 m，导致钢管吊装难度大；(4)受雨季影响。根据历年水文资料得知：暗涵内在汛期雨水会上涨1.5～2 m，而暗涵的总高度仅为3.6 m，因此，雨季面临施工机具及材料被冲出箱涵的危险；(5)暗涵内存在有毒有害气体，作业环境恶劣，施工时可能会造成工人中毒等。项目部针对以上难点对其施工技术进行了研究，介绍具体的研究过程。

2 暗涵内输水管道采取的施工方法

暗涵内补水钢管采用D500螺旋钢管，每6 m一根，采用法兰连接。支墩、镇墩采用现浇方式，混凝土强度等级为P8.C25。支墩与暗涵底板和侧墙采用插筋连接并灌注M20砂浆，支墩间距按6～8 m设置。暗涵段采用镇墩及支墩形式架设DN500管道，共设镇墩8个，支墩54个，水平段包封19.59 m。DN300补水管道采用明挖铺设，补水点处设镇墩2个，过加油站进出口时采用混凝土满包通过。

施工流程：施工准备→运输管道通道开口→暗涵段通风及照明→围堰施工→搭设施工通道→管道安装、混凝土镇支墩浇筑→拆除围堰→闭水试验。

2.1 施工准备

在巴士公交中心处进行封闭式围蔽，围蔽高度为2 m，围蔽长度为75 m，并将其做为临时二次转运场地及加工场地。围蔽内增设一开口，用于管道运输通道和运输混凝土的入口，开口处根据街道和业主的要求将违建围墙拆除。

2.2 运输管道通道的开口

因本段暗涵与庆槎路、许广高速路、石潭西路斜交通过，部分通过美景大酒店停车场，导致施工开口空间受限，且因庆槎路、许广高速路、石潭西路交汇处人、车流量大，导致所制定的庆槎路、石潭西路上占道开口交通疏解方案未获批。因此，只有在美景大酒店停车场处开设进入暗涵的唯一通道，在补水泵井处采用PC320液压锤破除混凝土地面，宽度不小于4.5 m，坡比为1∶8，并拆除了原有围墙、河涌边挡墙做为DN500补水管道及混凝土的运输通道。暗涵段顶部共设开口5处用于通风。开口处采用围挡防护，将工作面两端井口围蔽作为施工场地，严禁无关人员进出，每个井口的围挡范围为4 m×4 m方可满足施工要求，材料采用彩钢板，每个工作段中间打开的井段采用水马进行临时围蔽，停工期间采用防护盖板进行覆盖。

2.3 暗涵段的通风

暗涵作为雨污合流的排水通道，其内部沼气浓度非常高。为保证作业人员的施工安全，在人员下到暗涵底之前，必须提前对工作断面进行通风处理。对每个工作段间隔不超过30 m打开一个井盖，若现场勘察没有可打开的预制盖板时，则需要向暗涵工作面新增送风点。必须根据不同的施工段采用不同的送风设备，从每个工作段的上游送新鲜空气至暗涵内，待2 h后用仪器检测暗涵内有害气体的含量，同时进行活检试验，待满足人员下井操作的条件后方可允许人员进入，且每隔0.5 h再检测一次，以确保涵内的含氧量达到人员进入施工的要求。

(1)通风设备的选择及配置。暗涵通风设备按以下条件配置：暗涵段总长370 m，图1中B段上部共开3个孔，在暗涵侧面开一个口作为满足通风及出渣的通道口，宽度不小于12 m，主要考虑其为设备机械及材料的运输通道。主要采用5G-2D离心式通风机和自然通风(必要时采取局扇通风)，当进入庆槎路下部暗涵时，考虑到该段长度为168 m，遂配置了2台SDF(C)-No.11轴流风机、φ1 000 mm的风管压入式通风。风管采用便于装卸和维修的软风管。

图1 通风口设置示意图

(2)通风管的布置。在系统布置上，坚决杜绝各种形式的“循环风”。将出风口到工作面的距离控制在30～45 m范围内，出风口的气体沿风管壁扩散后能反向流出工作面，对工作面通风换气有利。

(3)安全注意事项。因暗涵内堆积了十几年的生活垃圾未清理，在清淤装袋和搅动污泥时可能会产生大量的有毒有害气体，加之工期紧，为确保安全，项目部采取了以下保护措施：

由于涵洞内黑暗、潮湿，施工人员进入涵洞施工需配备符合安全标准的照明灯，照明灯电压必须小于36V。安装风管或照明设备时，施工人员需配戴防毒供氧设备。开始施工前，需提前1.5 h送风将原箱涵内可能含有的有害气体排干净，施工人员进入前需再次检测空气中的氧含量，氧含量达不到要求不得进行施工作业。氧含量的检测方法：施工前放活体动物进入箱涵工作面30 min后取出，查看其生命体征。

施工期在暗涵内分段布置气体检测仪并派专职人员每2 h携带便携式有毒有害气体检测报警仪入洞持续检测，如出现异常，涵内的作业人员须马上撤离并发布气体安全警报。警报未撤除前，非专职人员不得入洞[1]。

施工期间，在潭涌上游设置水位观察员一名，并与潭涌上游的石井河水闸管理处建立应急联系方式，确保下游施工人员的安全，施工前申请《有限空间安全作业证》并获得批准[2]。

2.4 照明措施

为保证暗涵内的正常施工，需要在暗涵壁上安装防爆灯，防爆灯采用功率为100 W的LED带灯罩防护的样式，按照每10 m一个的要求将防爆灯固定安装于暗涵壁上，每10 m设置一个∠5×50的角钢支架，将防爆灯固定在支架上，共设置40个防爆灯。

2.5 支墩围堰及基础清理

暗涵内共设镇墩7个，支墩54个，共计61个镇支墩。施工时需要考虑围堰施工，每个支墩围堰的中心结构尺寸为：3 m×6 m，围堰宽1.5 m，高度平均为3 m。每个围堰内设置一个功率为5.5 kW的水泵进行抽排，每个镇支墩 的平均施工周期为7 d，施工总工期为42 d，共设6个班组循环施工，每个班组需要10台水泵，备有5台。

2.6 在暗涵内分段设置围堰

因潭涌暗涵段内的排口共有17个， 其中5个为雨污合流口且有不同程度的排水；5个合流口在旱季也在排水，其中包括一直径为1 500 mm的合流口，污染源为潭村潭石西路以南庆槎路至西约3 km范围内的两侧雨水管错混接点，其平时流量较大，在利用出口提升泵站无法满足抽排上部污水的要求时，根据流量大小分别在上游设置了3个水泵，下游设置了2个水泵进行抽排。经了解暗涵内此排口在不停的排水。为保证基础清疏工作的顺利进行，采取了对暗涵分段实施清理垃圾的方式，按每段长度30 m进行砖墙封堵形成封闭空间。由于暗涵条件复杂且此次清理暗涵的时段处于雨季，考虑采用专业潜水蛙人进行砖砌围堰封堵。围堰施工形成全断面围堰，封堵砖墙采用50墙。围堰封堵前，采用蛙人先进行基底清理、然后进行50砖墙封堵，封堵高度超过正常水位面1 m。

2.7 基础清理

对于有底板的区段将淤泥全部清理。同时，为确保现状河堤和桥梁等建筑物的安全，施工过程中严禁对河堤造成破坏，对两岸河堤、桥梁等建筑物2 m范围内应加强监控以避免将建筑物的基角外露；对于无底板的区域，将其清理到边墙基角处再采用抛石挤淤的方式进行处理。

人工清淤在原有施工准备的基础上按以下施工工序进行：搭设双排综合脚手架，在其上面铺设竹胶板做为疏浚施工的通道。 人工清除暗涵杂物→人工疏浚装袋→手推运至吊装点初滤水→装车外运至指定弃渣场，人工清疏严格遵循每2 h换班制度。

杂物清理后，采用人工对淤泥进行清理，同时装袋、堆放至吊装点。装淤泥袋为0.6 m×0.3 m×0.2 m的定制土工袋。由人工搬运到运输车内，由封闭车外运至指定弃渣场。

2.8 混凝土镇/支墩施工

(1)基础处理。因镇/支墩处于暗涵淤泥层内，根据施工前进行的暗涵内钢钎触探得知：其下层存在淤泥层，故在混凝土镇/支墩施工时均应考虑基础处理。经设计人员现场复核后确定采用抛石挤淤的方式进行基础处理，抛石挤淤深度为1.5 m，抛石挤淤后在其上回填20 cm厚级配碎石垫层，再采用10 cm厚的C15混凝土进行基础封闭。

(2)模板工程：备料 → 放大样 → 排料加工 → 试拼装 → 测量验收 → 编号 → 存放备用。木模板在每次使用前应清洗干净。为拆模方便，不得采用污染混凝土的油剂，不得影响混凝土或钢筋混凝土的质量。若检查发现在已浇筑的混凝土面上沾染了污迹，应采用洗涤剂等有效措施予以清除。

(3)混凝土施工。混凝土施工的作业程序：先进行基础垫层浇筑，待基础垫层达到设计要求的强度后安装模板，最后浇筑混凝土；模板采用普通木模板；混凝土可采用商品混凝土，混凝土标号的抗渗等级须符合设计要求，同时加强对原材料的控制，制定科学的管理措施[3]。

混凝土施工时，各浇筑块的基础面清洗、模板安装等工序可先行一步、不占用循环作业时间。在混凝土浇筑施工过程中，要对卸料区的混凝土及时进行铺摊，做到随浇随铺，严禁发生堆积现象[4]。

待混凝土运输至暗涵开口处后，采用人工手推车二次转运至浇筑仓面，运输平台采用Φ48 mm钢管搭设并用十字回旋扣固定，并在施工平台上铺设5 cm厚的木方，间距50 cm，在其上铺设1.2 cm厚的竹胶板，运输平台的立杆间距为1 m，立杆采用4 m/每根，平台搭设在高度2.5 m处。搭设宽度为1.5 m，两侧高出平台1.2 m并做安全防护，挂设安全防护网，每6 m设一剪刀撑，沿管道线路全程铺设。

2.9 管道安装

管道的安装顺序：运输→吊管就位→稳管→焊接/连接。

(1)管道运输。在管道装卸、运输到施工现场时，必须采取必要的保护措施防止管道零配件、内外的防腐漆受到损坏，这些措施包括合适的吊钩、卡箍、起重横梁、加强型帆布带、保护性封堵、支撑、运往指定地点的专用拖车等所有其他必要的措施。

管道暗涵内的运输。因管道安装与暗涵内的清淤同步进行，两者施工时段相同，导致管道运输时受暗涵内淤泥和汛期雨水的影响，此时应结合暗涵内的实施情况，采用运输筏板手拉葫芦及漂浮运输相结合的方式运输，在暗涵内顶板上每10 m设置一处吊点作为手拉葫芦的牵引支点。管道安装因受施工空间的影响，在管道连接方面亦采用法兰盘连接。

首先采用盲板进行管道封堵，盲板的制作与法兰盘相对并确保盲板安装后暗涵内的水不进入管道，由此形成了一个中空钢管，采用汽车吊将管道吊入暗涵开口处，并在钢管上方捆绑3根充气内轮胎，利用水的浮力使钢管漂浮在水面后，采用人工牵引的方式将管道运输到相应的位置。

(2)吊管就位。管道运输至安装点后，在管道上方或侧面设置两个吊点作为临时吊装就位，待吊装就位后立即搭设双排脚手架做支撑架，支撑架应牢固可靠，避免因河水冲刷导致其偏移错位，直到镇/支墩浇筑后7 d方可拆除双排架，以此工序依次向前施工。每个吊点共设置2个5 t手拉葫芦，根据工期安排，暗涵内需设置20个手拉葫芦。

(3)稳管。吊管就位后需要稳管，防止其因河水冲刷导致偏移错位。稳管可利用墙壁上原有的拉结筋将双排架与拉结筋紧紧地连接在一起，同时，在双排架上加设定位卡具，确保管道安装无偏移。

弯管、倾斜管安装时应注意各节弯管下中心的吻合和管口倾斜，如有偏移，可在相邻管口上各焊一块挡板，在挡板间用千斤顶顶转钢管，使其中心一致[5]。

(4)焊接/连接。因管道安装是在有限的空间内操作，为减少有害气体对人体的影响，施工时可采用法兰盘连接。法兰盘应在工厂提前制作并与管道焊接，当遇到转角处无法采用法兰连接时，可采用现场焊接的方式施工。

3 结 语

潭涌补水工程是以黑臭河涌整治为基础，使潭涌支流内的河水流动为目的。因其施工空间受限，且因暗涵长度400 m 内只能开设一个下暗涵通道，加之钢管在暗涵内的运输距离长，因此，钢管如何运输及吊装是补水工程成败的关键。在实施过程中，利用盲板浮运有效地解决了暗涵内钢管运输的难点，同时将汛期暗涵内有水的不利条件充分利用，在1个月时间内成功且高效地完成了该段补水管道的安装工作。