孔煒

（上海浦東新區(qū)排水管理所，上海市200127）

0 引言

上海市的排水泵站、管道系統(tǒng)，主要建設(shè)于上世紀90年代初期，隨著城市發(fā)展及自然天氣原因，已不能滿足現(xiàn)有排水系統(tǒng)的要求。結(jié)合“十三五”規(guī)劃要求，上海積極推進排水系統(tǒng)的改造建設(shè)。據(jù)悉，截止目前為止，上海急需規(guī)劃提標改造的排水泵站有八十多座，同時還涉及許多老舊危險水閘、周邊管網(wǎng)等系統(tǒng)新建改造。排水系統(tǒng)工程建設(shè)將迎來新一輪的建設(shè)高潮。

目前我國城市地下管網(wǎng)已進入了更新修復(fù)期。地下排水管網(wǎng)的改造及更新是重點，也是難點。同時泵站結(jié)合管網(wǎng)的改造，既要不影響城市功能、不破壞道路環(huán)境，又要使老舊管道及時得到修復(fù)保護通水。

經(jīng)過分析，管道漏水的主要原因是接口漏水。接口損壞原因主要是，施工質(zhì)量差、不規(guī)范，地基沉降發(fā)生接口錯位、拉脫；管材質(zhì)量差、接口尺寸不規(guī)范、膠圈老化等原因造成管道經(jīng)常發(fā)生漏水現(xiàn)象。通過維修發(fā)現(xiàn)，管道管身沒有發(fā)現(xiàn)過漏水現(xiàn)緣，主要發(fā)生在接口處。因此，接口是管道修復(fù)的主要工作。

在工期方面，由于需加快新老更替，對項目工期要求也越來越緊。在復(fù)雜環(huán)境下，如何快速而安全地實現(xiàn)排水泵站升級、管道修復(fù)等高危作業(yè)，是人們面臨的挑戰(zhàn)和難題。

1 工程案例

1.1 總體概況

張家浜雨水泵站新建工程位于浦明路、張家浜西北角，占地面積約2 747.6 m2，雨水泵站建設(shè)規(guī)模30 m3/s。工程主要施工內(nèi)容包括雨水泵房、進水閘門井、進水箱涵、出水漸擴箱涵、Y1與Y2特殊井、管道、道路及防汛墻等。其工程總體情況見圖1所示。

圖1 工程總體概況圖

Y1特殊井半徑為3.55m，開挖深度約10m。由于要保證2400老管通水至老泵站，Y1和老管連接設(shè)計圍護采用“騎馬井”圍護施工方式，圍護樁采用Φ800鉆孔灌注樁+雙排Φ800旋噴樁（見圖2所示）。鉆孔灌注樁樁長18.88 m，中心間距950 mm；旋噴樁樁長17.58 m，搭接300 mm?？拥撞捎? 400MJS旋噴樁進行加固，加固范圍坑底以下4 m。

圖2 Y1井管連接“騎馬井”施工示意圖

1.2 主要地質(zhì)條件

根據(jù)勘察，該工程場地45 m深度范圍內(nèi)地基土均屬第四紀全新世（Q4）和晚更新世（Q3）沉積物，主要由粘性土、粉性土和砂土組成。

自上而下涉及土層為①雜填土、②1粉質(zhì)黏土、②3黏質(zhì)粉土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤黏土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦1黏質(zhì)粉土、⑦2粉砂。

開挖面土層為③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該土層粉性較重，含有機質(zhì)、云母，夾少量薄層粉性土，土質(zhì)較均勻。同時該區(qū)域淺部主要由碎石、建筑垃圾組成，局部有煤渣，夾較多黏性土；深部以黏性土為主，夾碎石、建筑垃圾，施工前期障礙物多、清障工作量大。

1.3 水文條件

該工程場地南部有地表水體分布，而場地內(nèi)淺部分布有強透水層（第①層雜填土）和較強透水層（第②3層黏質(zhì)粉土），場地內(nèi)潛水與張家浜河水存在一定的水力聯(lián)系。張家浜系感潮內(nèi)河，受非正規(guī)半日潮影響，每日兩漲兩落，日漸不等現(xiàn)象顯著，平均潮差2～3 m，潛水水位相應(yīng)有所變化。

根據(jù)黃浦江黃浦公園水文站的歷年資料，經(jīng)統(tǒng)計黃浦江張家浜實測潮位特征值為：實測最高潮位為+5.72 m，千年一遇高潮位為+5.86 m，歷年平均高潮位為+3.12 m，平均低潮位為1.29 m，平均潮位為2.21 m。

2 施工主要難點

2.1 2400老管“騎馬井”新建井與老管不斷流連接施工難度大、風險高

Y1井施工需保證2400管道的不斷流，設(shè)計采用“騎馬井”圍護施工方式。施工難度大、風險高。主要風險因素和施工難點有：

（1）2400老管井，由于其埋深年代久遠，相關(guān)位置及埋深資料稀少，“騎馬井”施工，需精確控制好圍護樁的標高及位置，以免對老管的破壞。在圍護施工前，需探摸清楚Y1與老管準確位置及標高。

（2）由于2400管道直徑較大，因此在“騎馬井”施工時，需采取合理方案確保圍護外圍的封閉及止水。

（3）2400管道埋深久遠，其管材質(zhì)量不能保證，基坑開挖后，容易出現(xiàn)接縫滲水及管節(jié)脫節(jié)現(xiàn)象。在通水情況下管道破壞將帶來不利的影響。

針對性措施有：

（1）在施工前，由業(yè)主委托專業(yè)檢測單位，對2400老管進行CCTV檢測及位置標高確認，為Y1井圍護及開挖施工提供準確的老管資料。

（2）對坑外老管端頭及坑底部位予以加固，為保證加固及止水的搭接，采用大直徑MJS加固，確保老管外圍及坑底的加固質(zhì)量。

（3）加強對管道接頭部位滲漏及管節(jié)脫節(jié)的控制，對管節(jié)部位采用內(nèi)襯接縫雙脹環(huán)止水加固措施以防止管節(jié)滲水。

（4）加強施工過程中的監(jiān)測，信息化施工，確?；娱_挖及周邊環(huán)境的安全。

2.2 老管臨近運營泵站管道水位高，水流急

該工程老管接縫修復(fù)臨近運營泵站較近。在管道修復(fù)雙脹環(huán)施工時，由于離運營泵站近，管道標高較低和平緩管道水位較高，施工時降低水位較為困難；同時，為降低管內(nèi)水位，需啟動泵站內(nèi)水邊抽水，由于離泵站較近，管道內(nèi)水流較急，給管道修復(fù)作業(yè)人員帶來較大的困難和風險。

2.3 施工場地小、施工安全風險大

施工場地臨近Y1井周邊的保護建筑物為變壓器（距離圍護約1.3 m）。汽車洗車店距離約8 m，東側(cè)6層居民房距離Y1圍護邊約10 m。周邊環(huán)境復(fù)雜且作業(yè)空間小，若出現(xiàn)險情，無搶險通道?？傊?，一旦出現(xiàn)險情，應(yīng)急搶險難點大，施工作業(yè)安全風險高。

為此，在施工過程中，需加強對臨近建筑的保護，并加強監(jiān)測。其中，變壓器距離Y1較近，施工過程需重點加強對其保護。

3 近泵站高水位急流通水大口徑混凝土管內(nèi)襯雙脹環(huán)修復(fù)施工

3.1 雙脹環(huán)施工特點及原理

不銹鋼雙脹環(huán)修復(fù)技術(shù)是一種管道非開挖局部套環(huán)修理方法。該技術(shù)采用的主要材料為環(huán)狀橡膠止水密封帶與不銹鋼套環(huán)，在管道接口或局部損壞部位安裝橡膠圈雙脹環(huán)，橡膠帶就位后用2～3道不銹鋼脹環(huán)固定，達到止水目的。

不銹鋼雙脹環(huán)施工速度快，質(zhì)量穩(wěn)定性較好，可承受一定接口錯位，止水套環(huán)的抗內(nèi)壓效果比抗外壓要好，但對水流形態(tài)和過水斷面有一定影響。

雙脹圈分兩層，一層為緊貼管壁的耐腐蝕特種橡膠，另外一層為兩道不銹鋼脹環(huán)（見圖3）。在管道接口或局部損壞部位安裝環(huán)狀橡膠止水密封帶，橡膠帶就位后用2～3道不銹鋼脹環(huán)固定，安裝時先將螺栓、楔形塊、卡口等構(gòu)件使套環(huán)連成整體，再緊貼母管內(nèi)壁，利用專用液壓設(shè)備，對不銹鋼脹環(huán)施壓，使安裝壓力符合管線運行要求，在接縫處建立長久性、密封性的軟連接，使管道的承壓能力大幅提高，能夠保證管線的正常運行。

圖3 雙脹環(huán)接縫處理示意圖

3.2 雙脹環(huán)施工流程

由于2400老管埋深年代較為久遠（近30 a），其管材質(zhì)量已達到設(shè)計及使用年限，其接縫及管材自身質(zhì)量目前已難以確保。為控制基坑開挖后老管接縫的滲水，基坑開挖前采用雙脹環(huán)對其接縫進行處理。

雙脹環(huán)施工主要流程為：

（1）管道封堵抽水清淤；

（2）管道硬質(zhì)垃圾清除；

（3）雙脹環(huán)安裝修復(fù)；

（4）修復(fù)后CCTV檢測及通水檢測。

圖4為雙脹環(huán)施工流程圖。

圖4 雙脹環(huán)施工流程圖

3.3 管道封堵疏通

在雙脹環(huán)施工前的準備期間，使用高壓射水車，通過高壓射水的強大壓力，用高壓射水頭在管道內(nèi)來回移動，使高壓水流不斷沖洗管壁，從而將原附著于管壁的污泥和垃圾清理至檢查井內(nèi)，從而達到徹底清理管壁的效果，確保清洗后管壁無殘留物，達到排水管道的內(nèi)窺檢測要求（見圖5）。

在管道清洗和堵點疏通前，也包括管道的內(nèi)窺檢測前，若管道內(nèi)積水較深或為滿水管道，則必須對管道進行封堵和排水施工后，才能進行管道的清洗和堵點施工。管道的封堵方式主要為臨時管塞封堵，在上下游管道各封堵1個管塞。

圖5 高壓射水清洗示意圖

將管塞放入封堵管道的管內(nèi)臨近管口處，使用空氣壓縮機將氣體沖入管塞內(nèi)，待管塞膨脹后，完成管道的封堵過程，同時在地面以系于管塞上的牽引繩做好安全固定。

封堵順序遵循先封上游、后封下游的方式進行（見圖6）。待管道封堵完成后，采用高揚程水泵將預(yù)檢測管道內(nèi)的積水排至下游通暢的同類型排水管網(wǎng)內(nèi)。

圖6 管道封堵示意圖

在修復(fù)施工期間，為保證安全，同時采用100泥漿泵對管道進行臨時排水處理。為確保工程施工安全順利完成，上述設(shè)備采用一備一用的方式進行。

3.4 雙脹圈局部修復(fù)

張家浜雨水泵站新建工程Y1井內(nèi)雨水管雙脹環(huán)加固安裝，地點位于浦明路張家浜橋東側(cè)輔道橋北Y1井處。需完成7個雙脹環(huán)的安裝。泵站配合降水至管道直徑1/3處，停水后進行安裝，每次安裝泵站允許停水2 h，因此7個雙脹環(huán)需7次配合安裝。

圖7為管道接縫雙脹環(huán)處理縱斷面圖。

3.4.1 雙脹環(huán)施工主要材料

（1）不銹鋼環(huán)（預(yù)制環(huán)）。

其不銹鋼片采用奧氏體不銹鋼304（316亦可）。材料特性：304號不銹鋼具有良好的延展性，易冷加工成型，抗拉強度（Ts抗拉強度為700 N/mm，Ys屈服強度為450 N/mm）均有優(yōu)越的表現(xiàn)，相當于碳鋼（6.8級）。同時，不銹鋼還具有耐腐蝕，對侵蝕、高低溫都有良好的抵抗力。

（2）環(huán)狀橡膠止水密封帶。

圖7 管道接縫雙脹環(huán)處理縱斷面圖

該密封帶需采用耐腐蝕的橡膠，緊貼管道的一面需做成齒狀，以便更好地貼緊管壁。

3.4.2 橡膠圈雙脹環(huán)修理施工方法

潛水員先對管道接口進行清理，然后將環(huán)狀橡膠帶和不銹鋼片帶入管道內(nèi)。在管道接口安裝環(huán)狀橡膠止水密封帶。在橡膠帶就位后，用2～3道不銹鋼脹環(huán)固定。安裝時，先將螺栓、楔形塊、卡口等構(gòu)件使套環(huán)連成整體，再緊貼母管內(nèi)壁，使用液壓千斤頂設(shè)備，對不銹鋼脹環(huán)施壓。

（1）密封帶定位：安裝前應(yīng)先處理好兩個要密封接觸的部位，以便密封唇口能完全地緊密貼合從而提供一種長久的密封。密封帶放置時，要保證其位置放置在待修部位正上方，并使待修管口處于密封帶中間部位，密封部分用干刷，將之清掃干凈，并涂粘合劑，可以將密封帶與管道緊密粘合在一起。密封帶必須精確地置于涂層之上。由于該工程管道臨近泵站水位高，水流急，柔性橡膠密封帶在急流水中固定較為困難，通過技術(shù)攻關(guān)最終采用“鋼管十字架”結(jié)合頂托臨時固定法，最終確保了橡膠密封帶的固定（見圖8所示）。

（2）不銹鋼內(nèi)漲圈定位：密封帶定位以后，將不銹鋼保持帶放在密封帶的環(huán)槽內(nèi)。在定位過程中，要注意內(nèi)漲圈準確放置在密封帶的環(huán)槽內(nèi)，不銹鋼內(nèi)漲圈的開口要位于管道的側(cè)下方。

（3）不銹鋼內(nèi)漲圈的固定：不銹鋼內(nèi)漲圈定位后，用專用液壓工具對內(nèi)漲圈的不銹鋼保持帶施加壓力。加壓裝置壓力達到時，關(guān)閉保險開關(guān)，將圓弧形的不銹鋼楔插入縫隙 (在膨脹的保持帶兩端）。楔子曲率半徑應(yīng)與管道半徑相同。將加壓裝置中的壓力釋放，然后在密封帶的第二根不銹鋼保持帶上重復(fù)此操作。

圖9、圖10分別為雙脹圈安裝固定示意圖及其實景。

圖9 雙脹圈安裝固定示意圖

圖10 雙脹圖安裝固定之實景

3.5 閉路電視檢測（CCTV檢測）

雙脹環(huán)修復(fù)好后，對管道進行質(zhì)量檢測。CCTV檢測儀裝備有最先進的攝像頭、爬行器及燈光系統(tǒng)，完全由帶遙控操縱桿的監(jiān)視器控制，操作簡單，移動方便，可以進行影像處理、記錄攝像頭的旋轉(zhuǎn)和定位。它還具有高質(zhì)量的圖像記錄和文字編輯功能。其主要工作部分為一部四輪驅(qū)動的攝像小車和一臺計算機。根據(jù)不同管徑，可以選用不同型號的CCTV。通過它能夠?qū)⒐艿乐械那闆r一覽無余。在項目中，對管內(nèi)情況實在無法得知的時候，便采用此設(shè)備對管段進行檢查。在管道修復(fù)完成后，進行一次CCTV檢測，作為修復(fù)驗收資料。

4 施工效果

張家浜雨水泵站Y1井φ2400老管采用雙脹環(huán)接縫處理，待Y1井開挖管道暴露后，管道管身沒有發(fā)現(xiàn)過漏水現(xiàn)象，確保了老泵站的通水運營施工。雙脹環(huán)法管道接口修復(fù)技術(shù)施工工法不受地面交通、環(huán)境溫度的影響。工程實施完全達到了預(yù)期的效果，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益（見圖11）。

圖11 雙脹環(huán)接縫內(nèi)部施工及管道開挖效果圖

5 結(jié)語

本文以張家浜雨水泵站新建工程為背景，結(jié)合該工程Y1井“騎馬井”φ2400大直徑混凝土近泵站高水位急流通水內(nèi)襯雙脹環(huán)修復(fù)技術(shù)研究的同時兼顧實際施工的工況銜接，做到安全、經(jīng)濟、合理。主要成果如下：

（1）針對近泵站高水位急流通水大口徑混凝土管道修復(fù)及原位通水保護施工難點，采用雙脹環(huán)管道接縫施工工法，總結(jié)了完整的管道接縫處理雙脹環(huán)施工工法，并確保了老泵站的通水運營施工，大大減短了工期和節(jié)約了成本。

（2）針對近泵站高水位急流通水管道中雙脹環(huán)安裝難點，創(chuàng)新性地采用“鋼管十字架”結(jié)合頂托臨時固定法，最終確保了橡膠密封帶的固定及雙脹環(huán)的成功安裝。

（3）管道潛水作業(yè)涉及井下施工，有毒氣體施工風險大，施工前必須做好有效的應(yīng)急預(yù)案及安全防護措施。