楊廣偉

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

1 引言

地鐵是一種運量大、速度快、節(jié)能環(huán)保、智能先進(jìn)的公共交通運輸工具。截至2019 年年底，中國大陸地區(qū)共有40 個城市開通地鐵，運營線路208 條，運營線路總長度6 736.2 km[1]。預(yù)計2021—2022 年將有上海、深圳、重慶、廈門等城市地鐵線路新增開工，合計總里程達(dá)3 381.94 km，車站1 377 座，總投資額達(dá)19 928.24 億元[2]。地鐵車站往往設(shè)置在城市市政道路下，容易與給水、排水、燃?xì)?、熱力及通信等市政管線在平面走向、豎向高程上交叉矛盾。城市雨水、污水一般通過重力排放，排水干管末端一般埋深深，遷改難度大。因此，大管徑深埋排水管線的遷改往往制約著地鐵車站的建設(shè)進(jìn)度。

2 工程概況

2.1 車站建筑及管線概況

鄭州地鐵10 號線西流湖南站位于中原西路與西三環(huán)交叉口，站體沿中原西路設(shè)置，位于西三環(huán)西側(cè)（見圖1）。西流湖南站為標(biāo)準(zhǔn)地下2 層島式單柱雙跨車站，設(shè)4 個出入口和2 組風(fēng)亭，其中，1 號、2 號出入口位于車站南側(cè)，3 號、4 號出入口及風(fēng)亭位于車站北側(cè)。中原西路為鄭州市東西向城市主干路，西三環(huán)為南北向城市主干路。

中原西路路中0.0 m 有1 根DN1 000 mm 現(xiàn)狀雨水管，向東排放，管道平均埋深約3.1 m。路中北10.0～15.0 m 有1根DN2 400 mm 現(xiàn)狀雨水管，由東向西排入賈魯河，管道平均埋深約10.0 m。路中北21.5 m 有1 根DN800 mm 現(xiàn)狀污水管，向東排入西三環(huán)污水管道，管道平均埋深約7.5 m（見圖1）。DN2 400 mm 雨水管及DN800 mm 污水管為片區(qū)排水干管。

圖1 西流湖南站建筑及現(xiàn)狀排水管線示意圖

車站主體及附屬結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，DN1 000 mm 雨水管道位于車站主體結(jié)構(gòu)正上方，DN2 400 mm 雨水管及DN800 mm 污水管穿越車站風(fēng)亭結(jié)構(gòu)，影響車站施工，車站基坑開挖前必須進(jìn)行遷改。

2.2 管線遷改方案

根據(jù)車站管線普查資料，中原西路與西三環(huán)交叉口及附近市政工程管線眾多，管道敷設(shè)路由錯綜復(fù)雜。因此，在管線遷改實施前，首先要統(tǒng)籌安排好各類管線在地上及地下的空間位置，協(xié)調(diào)目標(biāo)遷改管線與其他管線及各項工程之間的關(guān)系。簡言之，車站管線遷改必須依據(jù)管線綜合規(guī)劃開展工作。

基于本站管線資料，規(guī)劃編制單位給出排水管線規(guī)劃方案如下：主體上方的DN1 000 mm 雨水管規(guī)劃臨時廢除，在車站西端向北接入現(xiàn)狀DN2 400 mm 雨水管，車站施工完成后原位恢復(fù)。DN2 400 mm 雨水管規(guī)劃向北永久遷改，管徑變大為DN2 600 mm；DN800 mm 污水管規(guī)劃向北永久遷改，管徑保持不變。受車站主體輪廓、施工用地紅線及北側(cè)地下人防制約，規(guī)劃雨污水管道并行敷設(shè)，并多次改變排水流向，管道中心距離3.0～4.5 m（見圖2、圖3）。規(guī)劃雨污水管道與出入口通道平面交叉、高程沖突，后期建設(shè)出入口高程上要避讓規(guī)劃管線，并在施工時做好保護(hù)措施。

圖2 西流湖南站排水管線遷改方案示意圖

圖3 中原西路管線遷改方案橫斷面圖

2.3 水文地質(zhì)條件

場地位于黃河沖洪積平原區(qū)，現(xiàn)狀地面主要為水泥路面，局部為綠化帶，地表平坦。根據(jù)車站地勘資料，車站30～40 m深度范圍內(nèi)地層主要為粉土、粉質(zhì)黏土，夾有粉細(xì)砂，局部含鈣質(zhì)膠結(jié)層。

本站地下水類型主要為第四系松散層孔隙水，屬弱含水層。穩(wěn)定地下水位埋深35.5～35.7 m，平均穩(wěn)定水位埋深35.6 m，地下水位埋藏較深。

3 管道遷改設(shè)計

3.1 排水設(shè)計

管道：根據(jù)遷改管道起終點管底高程，設(shè)計DN2 600 mm 雨水管道坡度0.16%，設(shè)計DN800 mm 污水管道坡度0.1%，管道埋深及相對位置關(guān)系見圖4。車站投入運營后，車站結(jié)構(gòu)滲水、生產(chǎn)生活污廢水以及風(fēng)亭雨水需要排入市政管網(wǎng)，因此，本次遷改在出入口及風(fēng)亭附近預(yù)留DN600 mm 雨水支管、DN400 mm 污水支管及接駁檢查井。

圖4 設(shè)計遷改管道埋深及相對位置關(guān)系示意圖

施工工藝選擇：根據(jù)施工條件和施工技術(shù)，本次設(shè)計DN2 600 mm 雨水管道、DN800 mm 污水管道采用手掘式頂管施工，雨水管道內(nèi)使用反鏟挖掘機械挖土輔助掘進(jìn)。部分污水檢查井、雨水檢查井設(shè)置在同一沉井內(nèi)。頂管施工豎井根據(jù)不同情況分為工作井、接收井2 種井型，井體皆為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

排水檢查井：頂管完成后，利用工作井和接收井作為排水檢查井井室，井口設(shè)計橫梁及蓋板封堵，蓋板上預(yù)留孔洞用以施作檢查井。井內(nèi)雨污水流槽采用滿槽。

管材：頂管管道采用Ⅲ級鋼筋混凝土排水管，“F”鋼承口接口，混凝土強度等級C50，抗?jié)B等級P8，內(nèi)縫處理采用SXF-202 雙組分聚硫密封膠嵌縫，嵌縫深不小于3 cm。

3.2 工作（接收）井設(shè)計

規(guī)劃排水管道繞車站出入口、風(fēng)亭敷設(shè)，工作井設(shè)在管道走向改變處，在與既有管道勾頭處設(shè)接收井。工作（接收）井根據(jù)尺寸、地下管線及環(huán)境條件等因素確定支護(hù)形式，經(jīng)綜合考慮，井的施工工法確定為沉井和逆作井兩種。其中，設(shè)計矩形沉井5 座（J1、J2、J6、J7、J8），設(shè)計矩形逆作井5 座（J3、J4、J5、Y2、Y11），圓形逆作井2 座（W1、W10）（見圖5）。井的尺寸根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》及工程經(jīng)驗確定。

圖5 工作（接收）井平面布置圖

井J1 和J8 間雨污水管道平面并行敷設(shè)，凈距僅0.8 m，可利用同一個豎井作為工作（接收）井。雨水管頂管完成后，在共用豎井內(nèi)雨污水管道之間施作鋼筋混凝土隔墻。豎井的尺寸大小及形式見表1。

表1 工作（接收）井形式及尺寸統(tǒng)計表

3.3 施工順序

沉井施工順序：（1）放坡開挖工作坑；（2）工作坑內(nèi)澆筑沉井；（3）下沉至設(shè)計標(biāo)高；（4）澆筑封底混凝土及沉井底板；（5）達(dá)到100%強度后，設(shè)備安裝；（6）頂進(jìn)；（7）測量（校核糾偏）；（8）下管接口；（9）進(jìn)入接收井；（10）全線測量；（11）拆除設(shè)備；（12）頂進(jìn)結(jié)束；（13）吊裝施工頂板及橫梁；（14）原狀土分層壓實回填基坑；（15）砌筑進(jìn)人護(hù)筒至設(shè)計高程。

逆作井施工順序：（1）開挖工作坑；（2）澆筑鎖口圈梁；（3）開挖澆筑護(hù)壁墻；（4）澆筑封底混凝土及井底板；（5）向上澆筑井側(cè)墻至設(shè)計標(biāo)高；（6）待混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度后進(jìn)行頂管作業(yè)；（7）吊裝施工頂板及橫梁；（8）原狀土分層壓實回填基坑；（9）砌筑進(jìn)人護(hù)筒至設(shè)計高程。

3.4 施工監(jiān)測

在工作（接收）井及頂管施工過程中，采用監(jiān)測儀器對關(guān)鍵部位各項控制指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，在監(jiān)測值接近控制值時發(fā)出報警，用來保證施工的安全性。豎井的監(jiān)測項目主要包括凈空收斂（見圖6）、周圍地表沉降（見圖7）、底部隆起及管線監(jiān)測。頂管施工監(jiān)測項目主要包括地表沉降、鄰近建筑物沉降及地下管線沉降。

圖6 矩形豎井凈空收斂監(jiān)測點布置圖

圖7 J1 井地表沉降監(jiān)測點布置圖

通常每天監(jiān)測1 次，若發(fā)現(xiàn)有異常情況時，需適當(dāng)增加監(jiān)測頻率，并采取適當(dāng)措施給予調(diào)整[3]。

4 重難點分析

4.1 雨水接收井與地鐵區(qū)間的高程分析

現(xiàn)狀DN2 400 mm 雨水管道與西流湖南站右線區(qū)間隧道平面上平行布置，中心間距5.32 m。鑒于雨水管道深埋，頂管接收井設(shè)計深度還要考慮管壁厚度、頂管接收基礎(chǔ)及墊層厚度及支撐墊板厚度，再加上接收井結(jié)構(gòu)底板的厚度，Y2、Y11 雨水接收井的實際深度比DN2 400 mm 管道埋深深1.65 m。地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道外輪廓直徑約6.2 m，經(jīng)計算區(qū)間隧道距離Y2 接收井結(jié)構(gòu)凈距只有大約0.9 m（見圖8）。因此，必須控制好Y2、Y11 雨水接收井的施工精度，保障地鐵區(qū)間施工安全。

圖8 地鐵右線區(qū)間隧道與Y2 雨水接收井的高程關(guān)系圖

為達(dá)到上述目的，可采取以下措施：

1）施工前應(yīng)根據(jù)已有地質(zhì)資料、自身技術(shù)裝備水平對頂管施工、豎井施工方案等編制詳細(xì)全面的施工組織設(shè)計，嚴(yán)格按照GB 5028—2008《給水排水工程管道施工及驗收規(guī)范》和CECS 246:2008《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》等有關(guān)規(guī)范和規(guī)定進(jìn)行，確保工程質(zhì)量和施工精度。

2）嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的要求施工，施工中認(rèn)真作好監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測成果指導(dǎo)施工。

3）接收井施工完成后按要求進(jìn)行豎井周邊和管道周邊注漿加固，防止區(qū)間盾構(gòu)施工時出現(xiàn)土體坍塌。

4.2 管道勾頭

管線遷改施工接近尾聲時必須要考慮管道勾頭，即新建管道如何在原有市政管道不停水的情況下與其進(jìn)行連接。管道勾頭應(yīng)與頂管施工緊密結(jié)合，提前做好施工組織設(shè)計，必要時可編制專項施工方案。本文以DN800 mm 污水管道勾頭為例進(jìn)行簡單介紹。

車站東端勾頭方案（見圖9）：（1）先頂進(jìn)J1 與J8 之間雨污水管道，并砌筑J2 與J7 之間沉井隔墻，進(jìn)行污水管道閉水試驗；（2）截斷W10 上游現(xiàn)狀污水管道，將管內(nèi)污水用潛污泵提升至W10 下游污水檢查井，保證現(xiàn)狀管道內(nèi)污水排放；（3）完成后頂進(jìn)J8 與Y11 之間雨水管道以及J8 與W10 之間污水管道，砌筑J 與8 之間沉井隔墻，進(jìn)行J8 與W10 之間段污水管道閉水試驗。

圖9 車站東端污水管道勾頭方案示意圖

車站西端勾頭方案（見圖10）：（1）截斷W1 上游污水管道，將截斷處污水檢查井內(nèi)污水提升至J2 沉井污水側(cè)，污水由遷改污水管道排放；（2）頂進(jìn)J1 與Y2，J1 與W1 之間管道并砌筑隔墻，對J1 與W1 之間污水管道閉水試驗；（3）整個管道頂進(jìn)結(jié)束并且閉水試驗合格后，疏通W1 上游污水井，撤出潛污泵，拆除封堵，現(xiàn)狀管道污水由遷改污水管道排放。

圖10 車站西端污水管道勾頭方案示意圖

5 施工中的處理措施

5.1 J3 號豎井變更支護(hù)形式

J3 號逆作工作井在向下開挖至-7.8m 時，東側(cè)一面地基土出現(xiàn)大量沙質(zhì)土，土體自穩(wěn)能力變差，東側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，有失穩(wěn)風(fēng)險。發(fā)現(xiàn)上述情況后，施工單位立即停止施工，并及時組織專家進(jìn)行論證。

經(jīng)論證，提出以下解決方案：支護(hù)形式變更為型鋼樁+內(nèi)支撐臨時支護(hù)（見圖11）。內(nèi)支撐采用鋼圍檁、鋼管支撐及角撐組合體系，設(shè)置3 道鋼管支撐；第一道支撐標(biāo)高-4.9m；第二道支撐標(biāo)高-7.6m；第三道支撐標(biāo)高-10.3m。

圖11 J3 號豎井型鋼樁支護(hù)現(xiàn)場施工照片

5.2 頂進(jìn)中的滲水處理

雨水管道由J8 號工作井向Y11 接收井頂進(jìn)至距接收井10 m 左右時，發(fā)現(xiàn)掌子面?zhèn)冗叧霈F(xiàn)少量滲水。結(jié)合本站水文資料，懷疑可能為臨近市政自來水管道滲水。問題出現(xiàn)后施工單位立即停止施工，通過建設(shè)單位第一時間邀請自來水產(chǎn)權(quán)單位到場協(xié)助排查原因。經(jīng)產(chǎn)權(quán)單位檢測，發(fā)現(xiàn)滲水點附近的1 個自來水閥門井正在漏水，產(chǎn)權(quán)單位采取措施后隱患消除。

6 建議

1）地鐵車站管線遷改方案建議由城市規(guī)劃編制單位編制，編制過程中應(yīng)與地鐵建設(shè)單位、遷改設(shè)計單位、車站主體施工單位、管線產(chǎn)權(quán)單位溝通，確保遷改方案具有可實施性。

2）地鐵設(shè)計周期長，建筑方案受多種條件制約，設(shè)計方案一直處于變化之中，而管線遷改設(shè)計周期相對較短。因此，要做好管線遷改設(shè)計管理，及時了解車站建筑方案，合理利用地下空間。

3）大管徑深埋排水管道檢查井的井距可適當(dāng)做大，設(shè)計建議并行排水管道頂管時使用1 座工作（接收）井。