周維祥

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司 200092)

引言

合流污水一期工程為上海首個世行貸款項目,于1993年12月建成通水,服務面積70.57km2,包括44 個排水系統(tǒng),旱流污水量達170 萬m3/d,雨天截流量49.32m3/s,是當時我國規(guī)模最大的污水治理工程。工程需要擬對合流一期污水總管部分區(qū)段進行改線。該段合流一期污水總管為雙孔4.25m ×3.5m 箱涵壓力輸送,水頭約地面以上5m。

由于建成后輸送水量激增,合流一期雙孔箱涵自通水后長時間滿負荷運行,從未進行過切換操作,另因運營時間較長,中隔墻變形縫滲漏情況較為嚴重,切換功能已基本喪失。此外,由于末端污水廠堰高設置,該箱涵也不能降壓運行,更不能斷水施工。為此,必須尋找一種超大斷面雙孔壓力輸送污水箱涵在不斷水條件下的割接施工方法。

國內(nèi)在大斷面管道不斷水割接方面已經(jīng)有了一些成功實踐,裘黎明[1]在長江三期引水工程中利用切削直徑達2m 的特種設備在DN2700 鋼管上帶壓鉆孔與新建的DN2400 管道連接。劉昆等[2]采用在氣囊間沙袋高壓注入C30 混凝土的方法將2 根DN2000 鋼帶PE 管與雙孔3m×3m 混凝土方涵連接起來,實現(xiàn)了給水廠進水明渠的不停水割接。通過相關泵站配合停水或者排空放江,馬世龍[3]在污水流速降到潛水員可以工作的流速條件下,對虹梅南路合流污水改排工程中DN2400 污水主管進行帶水鉆石鋼線切割,然后采用三道頭子封堵來完成割接。

但關于雙孔4.25m ×3.5m 這種超大斷面的污水箱涵帶壓割接方面國內(nèi)還處于空白階段,本文將借鑒現(xiàn)有成熟的割接思路,結合合流一期污水總管特點,提出一種超大斷面雙孔壓力輸送污水箱涵不斷水割接施工方法。

1 工程背景

本次合流一期污水總管改線是將現(xiàn)狀約2km淺埋現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓力箱涵改為深埋盾構輸水隧道。該段合流一期雙孔箱涵大部分與一孔河道暗渠合建為三孔箱涵,涵頂覆土約1.6m,底板頂標高為-0.5m,結構混凝土為250#(相當于強度等級C23),底板、頂板及隔墻厚度均為0.4m。新建盾構輸水隧道大致位于現(xiàn)狀箱涵正下方,三孔箱涵在改接完成后拆除。見圖1～圖4。

圖1 合流一期污水總管改線工程總平面Fig.1 General plan of shanghai sewage first stage pipeline modification project

圖2 上游接入點平面布置Fig.2 Layout plan of upstream access point

圖3 下游接入點平面布置Fig.3 Layout plan of downstream access point

圖4 合流一期污水總管改線工程剖面Fig.4 Section plan of shanghai sewage first stage pipeline modification project

盾構施工完成后,將盾構井改造為入流井,入流井采用新建雙孔箱涵與原合流一期箱涵連接。連接點位于現(xiàn)狀(規(guī)劃)機動車道或綠化帶,外包高位井露出地面約6m,影響周邊道路使用功能及景觀,污水外溢的臭氣也會影響周邊環(huán)境,因此在完成箱涵割接后必須把高位井封蓋在地坪以下,并恢復原地坪。本文主要解決上、下游兩處連接點的不斷水割接問題。

2 割接思路

小直徑管道不斷水割接一般采用外包井(管)完全包住現(xiàn)狀管道,其中外包井(管)與新建管道預先連接;再利用人工或機械破除井(管)內(nèi)原管壁實現(xiàn)新老管道通路;最后封堵廢除管道分支,完成管道割接。上述方法在很多工程中得到成功實踐。

本工程箱涵斷面在尺寸上遠遠大于以往的割接工程,還要求割接完成后仍需保留其雙孔單獨接通并恢復原地坪標高。因此本文需要在常規(guī)割接方法的基礎上進一步深化創(chuàng)新。

主要思路是: 在合適位置的一整節(jié)箱涵外新建鋼筋混凝土外包高位井,外包井內(nèi)設置若干分倉;在運行配合穩(wěn)流措施下,在分倉內(nèi)分步進行水下切割、封堵施工;再采用特制鋼骨架壓力蓋板分倉水下封蓋高位井,最后割除突出地面井壁后恢復原地坪。

3 施工方案

第一步: 上、下游各新建外包井1 座,并新建箱涵與入流盾構井連接。

外包井內(nèi)尺寸約17m ×14m,壁厚0.5m,井頂高出運行水位不小于1m。外包井內(nèi)分為7 個倉室,倉室間中隔墻厚度0.5m。其中①倉、④倉、⑤倉用于割除箱涵頂板及側墻,③倉、⑦倉用于臨時封堵箱涵,②倉、⑥倉空倉。外包高位井分倉可以加強其整體性,也保證各倉內(nèi)可以獨立切割施工和封堵箱涵,更便于最終封蓋高位井。新建箱涵截面2-4.25m×3.5m,壁厚0.4m,與外包井45°連接減少水流沖力。

第一步施工平面布置見圖5,本文施工平面示意圖僅表達施工步驟,實際布置以圖1～圖3為準。

圖5 第一步施工平面示意Fig.5 First step construction plane sketch

新建高位井井壁及底板與現(xiàn)狀箱涵采用植筋連接,新建結構及箱涵開洞改變原箱涵壁板邊界條件及荷載,內(nèi)力重新分布,可重新建模復核原有結構配筋,必要時采取結構加固措施。為防止外包高位井與現(xiàn)狀箱涵間產(chǎn)生不均勻沉降,外包高位井及箱涵底板下采取MJS 加固地基處理措施,見圖6。

圖6 外包高位井剖面Fig.6 Section plan of head tank

第二步: 上、下游同時切割A 涵部分頂板及側墻。

先干作業(yè)在切割位置鉆孔,但保留約5cm 厚保證箱涵內(nèi)污水不噴出;在①倉靠近新建箱涵側設置鋼封門后灌水與箱涵內(nèi)水壓平衡。再在水下鉆穿箱涵并安裝液壓繩鋸分塊切割,切割過程需專業(yè)潛水員著重型潛水設備全程配合。然后打開封門,合流污水可通過新建箱涵及新建隧道連通,見圖7、圖8。

圖7 第二步施工平面示意Fig.7 second step construction plane sketch

圖8 水下切割示意Fig.8 Sketch of underwater cutting

第三步: 上、下游同時封堵A 涵。

同第二步切割③倉、⑦倉中A 涵頂板,通過“靠山”鋼管樁作為豎向導軌安裝特制鋼閘臨時封堵A 涵,頂板洞口與特制鋼閘間間隙采用水下混凝土封堵,必要時可通過潛水員進一步堵漏。此時A 涵水流全部通過新建隧道流通,完成A 涵割接,見圖9、圖10。

圖9 第三步施工平面示意Fig.9 Third step construction plane sketch

圖10 水下封堵示意Fig.10 Sketch of underwater plugging

第四步: 切割④倉A 箱頂板及側墻,完成A涵永久封堵。

鑒于④倉兩端均完成臨時封堵,④倉A 箱頂板及側墻切割可在干作業(yè)環(huán)境完成,切割完成后可配合引流措施完成A 涵的永久封堵,永久封堵采用鋼筋混凝土與現(xiàn)狀箱涵植筋連接,見圖11。

圖11 第四步施工平面示意Fig.11 Fourth step construction plane sketch

第五步: 上、下游同時切割⑤倉B 涵部分頂板及箱涵中隔墻。

同第二步,先干作業(yè)在切割位置鉆孔,但保留約5cm 厚保證水不要流出;在④倉靠近新建箱涵側設置鋼封門后灌水與箱涵內(nèi)水壓平衡。再在水下鉆穿箱涵并安裝液壓繩鋸分塊切割,切割過程需專業(yè)潛水員著重型潛水設備全程配合。然后打開封門,合流污水可通過新建箱涵及新建隧道連通,見圖12。

第六步: 上、下游同時封堵B 涵。

同第二步方式切割⑦倉中B 涵頂板,安裝特制鋼閘臨時封堵B 涵。必要時可通過潛水員進一步堵漏,此時B 涵水流全部通過新建隧道流通。最后拆除上下游外包高位井間箱涵,并完成B 涵封堵處的鋼筋混凝土永久封堵,見圖13。

圖13 第六步施工平面示意Fig.13 Sixth step construction plane sketch

第七步: 水下封蓋高位井,恢復原地坪。

箱涵割接完成后①倉、④倉、⑤倉內(nèi)水位為運行水位,高出地面約5m。需要采用特制壓力蓋板進行水下分倉封蓋。特制壓力蓋板采用型鋼骨架和鋼板制作,并預留泄壓閘閥。首先打開閘閥,將壓力蓋板下沉入污水中,并與分倉井壁內(nèi)側臺階上預埋高強螺栓對齊連接,蓋板與臺階間設置橡膠板止水。然后關閉閘閥,抽干壓力蓋板上方污水,再在壓力蓋板上方另行澆筑鋼筋混凝土實現(xiàn)永久封蓋。最后割除突出地面的井壁恢復地坪,見圖14、圖15。

圖14 外包高位井封蓋示意Fig.14 Sketch of head tank sealing

圖15 外包高位井封蓋詳圖Fig.15 Detail of head tank sealing

4 結語

為了完成合流一期雙孔4.25m ×3.5m 斷面污水箱涵在不斷水壓力流條件下的割接,并保留其雙孔單獨接通功能。本文創(chuàng)新地設計了一種分倉式外包高位井,并提出了一種在運行配合穩(wěn)流措施下,在分倉內(nèi)分步水下切割、封堵施工,再采用特制鋼骨架壓力蓋板分倉水下封蓋高位井,最后割除突出地面井壁后恢復原地坪的一整套超大斷面雙孔壓力輸送污水箱涵不斷水割接施工方法。

合流一期總管改接工程目前正處于前期研究階段,上下游接入點的不斷水割接作為本工程的關鍵問題在理論上得到解決,后續(xù)將進一步細化外包高位井、水下切割、特制鋼閘箱封堵等節(jié)點設計。