上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海西干線排水管道全稱為石洞口污水排放干線，是20世紀(jì)70年代初為改善蘇州河水質(zhì)而建造的一條污水輸送干線，曾是上海市區(qū)一條主要的污水輸送干線。其將污水直接輸送到上海污水系統(tǒng)六大片區(qū)之一的石洞口片區(qū)進行處理，干線全長23.2 km，管道斷面為馬蹄形鋼筋混凝土和磚砌結(jié)構(gòu)的平底半圓拱管，斷面面積7.61 m2，如圖1所示。

由于原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、結(jié)構(gòu)薄弱，該管道運行30多年來已被嚴(yán)重腐蝕，污水冒溢多次發(fā)生，安全隱患多。新管道改造工程實施后，老西干線將予廢除。如此大規(guī)模的廢除工程埋于地下，隨著上海市大規(guī)模擴展和快速的社會經(jīng)濟發(fā)展，其工程安全風(fēng)險極大。為防止諸如因管道結(jié)構(gòu)破壞而引起的安全隱患，對廢棄的西干線老管道進行充填處置非常必要。根據(jù)科研報告的調(diào)查，西干線管道的地面環(huán)境復(fù)雜，差別極大，除小部分可加固利用外，大部分需要進行有效充填。受制于地面環(huán)境的影響，充填的主要方式將為管內(nèi)泥漿充填，充填材料總量約1.7×105m3。為防止管道結(jié)構(gòu)破壞引起地面塌陷，必須選擇合適的材料將管道充填密實，管道充填方案應(yīng)兼顧經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)保和可行性的要求[1,2]。

2 填充材料分析

目前，國內(nèi)存在的類似的廢棄管道、洞穴數(shù)量很大，如20世紀(jì)六七十年代大量修筑的地下人防工事以及長期以來大規(guī)模開采礦石遺留的廢棄礦井、巷道等。這些結(jié)構(gòu)往往設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，年久失修，需要作有效的充填加固，防止上部建筑坍塌下沉。

在礦山采空區(qū)充填用料方面，由20世紀(jì)50年代的干式充填，到六七十年代采用以兩相流管道輸送方式的水砂充填和膠結(jié)充填，80年代至今試驗成功并推廣采用了高濃度膠結(jié)充填和高速凝全水固化膠結(jié)充填等技術(shù)工藝，充填工藝和充填材料已逐漸成熟，形成了不同礦種、不同地區(qū)技術(shù)水平的多種充填技術(shù)。

本次管道填充主要采用城市棄土泥漿，通過試驗段施工確定了填充材料的要求，設(shè)計要求的泥漿水固比為1.4～1.6，含水量為55%～60%，黏度≤0.675 Pa·s。但由于原科研工況為管道無水狀態(tài)下進行泥漿填充，后考慮到老管內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，如抽水將會使老管內(nèi)外壓力不平衡。為確保施工安全，采取管內(nèi)滿水填充施工，施工工況有較大變化，原有的填充材料指標(biāo)要求已不適用于新的施工環(huán)境。另外，泥漿含水量大有利于泥漿的流淌，增加填充長度。同時，泥漿中砂性土顆粒含量多能加速沉淀和增加強度，因此，實際施工時使用泥漿直接填充，泥漿中顆粒以砂性土為主且不能含有淤泥質(zhì)土。

3 管道分段隔斷填充

由于地下排水管道距離長，且一般只在兩端的泵站設(shè)置截流閥門，如直接進行填充會因泥漿流動性大的特點造成流淌距離過長，導(dǎo)致施工面開展過長，不利于快速施工的要求。因此必須每隔一段距離在上下游管道設(shè)置工作井，通過工作井在管道內(nèi)設(shè)置封堵墻對擬填充段進行隔斷，再利用填充管段上方設(shè)置的注漿孔進行注漿，通過多段、分層最終實現(xiàn)對管道的有效填充（圖2）。待分段、分層填充完成后，經(jīng)施工質(zhì)量檢測合格，再回填工作井、透氣井及注漿孔，完成填充。

圖2 管道內(nèi)封堵墻示意

4 管道水下封堵

1）封堵墻厚3 m，高度為管底至管頂，采用袋裝砂袋堆砌而成，封堵位置為管道的上游方向；

2）封堵作業(yè)在管道內(nèi)滿水狀態(tài)下進行，由潛水員重裝下井作業(yè)。下井前采用鼓風(fēng)機對井口進行強制排風(fēng)，并使用動物和儀器對管道內(nèi)有毒有害氣體進行檢測，確認(rèn)其含量處于安全范圍后方可安排作業(yè)人員下井；

3）由于老管道使用年限長，管道內(nèi)存在較多的懸浮物和沉積物，影響施工安全，因此管道封堵前需將懸浮物和管底淤泥清理干凈；

4）管內(nèi)雜物清理完成后實施封堵墻作業(yè)，施工時先在底部填筑高1 m的砂袋，然后采用階梯形由下至上堆砌至管頂，堆砌時上下層砂袋錯開，以增加墻體強度（圖3）；

圖3 封堵墻施工步驟

5）泄水管設(shè)置：封堵墻施工至頂部時設(shè)置3根泄水管，沿拱頂環(huán)形布置，泄水管下游管口設(shè)置單向閥，防止管道內(nèi)污水倒灌入上游已完成填充的管段內(nèi)。

5 管道填充

5.1 第1次泥漿填充

填充物采用以含砂性土為主的泥漿，含砂量不得小于10%，若含砂量小于10%，則可在泥漿中摻加黃砂。填充設(shè)備為泥漿箱和15 kW泥漿泵。

泥漿槽罐車卸漿口后方設(shè)置泥漿箱，泥漿箱內(nèi)設(shè)置1臺15 kW泥漿泵，泥漿泵與注漿孔之間采用橡膠管道連接，測試合格的泥漿由槽罐車卸至泥漿箱內(nèi)后通過泥漿泵和輸送管道泵送至注漿孔下老管道內(nèi)。

泥漿填充分多段、分層進行填充，每個施工段內(nèi)泥漿填充從上游向下游進行，每個注漿孔內(nèi)泥漿須填充至滿管后方可移位。

5.2 第2次泥漿填充

管道內(nèi)第1次泥漿填充完成后并靜置3～5 d，以利于管內(nèi)泥漿沉淀和固結(jié)。靜置固結(jié)完成后進行第2次泥漿填充，填充的材料和順序均與第1次泥漿填充相同，每個注漿孔填充至管頂后移至下一個注漿孔。

6 施工質(zhì)量檢測

第2次泥漿填充完成并靜置固結(jié)3～5 d后進行施工質(zhì)量檢測，檢測項目為靜力觸探和管內(nèi)充盈率。

檢測測點布置間距為100 m，檢測點設(shè)置可利用原工作井位或注漿孔位，也可進行地面開孔設(shè)置。

靜力觸探檢測：靜力觸探采用專業(yè)檢測儀器，使用前經(jīng)過標(biāo)定，將測杠壓入管底，檢測數(shù)據(jù)通過測管上的傳感器輸送至操作儀器上，判斷檢測結(jié)果是否滿足設(shè)計要求。

管內(nèi)充盈率檢測：人工將自制帶刻度鋼管壓至管底，拔出后通過觀察鋼管上泥漿附著的刻度位置確定管道內(nèi)的泥漿填充高度，推算出管內(nèi)充盈率。

7 結(jié)語

采用城市棄土泥漿填充方法來廢除大口徑排水管道，有效地解決了大口徑廢除管道破壞引起地面塌陷的風(fēng)險，減少了城市棄土泥漿對環(huán)境的污染。為今后類似的大口徑老管道或廢棄采礦區(qū)的廢除施工提供了較為成功的范例，具有一定的借鑒和參考價值[3-5]。