蔡慧靜

(浙江省寧波市建設(shè)工程安全質(zhì)量管理服務(wù)總站，浙江 寧波 315040)

0 引 言

軌道交通工程地下區(qū)間的廢水泵房通常與區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道合建(常規(guī)廢水泵房)，位置通常在聯(lián)絡(luò)通道下方3～5 m深處設(shè)廢水泵房基坑，施工工藝采用凍結(jié)法+礦山法施工。寧波地區(qū)屬于典型的軟土地區(qū)，廣泛分布著厚層狀軟土，水系發(fā)達(dá)，河流眾多，具有“地下水位高，土層含水率高，壓縮性高，強(qiáng)度低，靈敏度高，透水性低”等特點(diǎn)。軌道地下車(chē)站和區(qū)間隧道都在高壓縮性和易流變軟黏土中開(kāi)挖，部分地段存在流沙，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極高。存在很高的復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性，特別是施工質(zhì)量較難控制。全國(guó)在類(lèi)似地質(zhì)條件下施工發(fā)生安全事故的案例也不少，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致整個(gè)軌道交通的損壞，帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失[1，2]。

目前，寧波已對(duì)改建方案可行性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并且從軌道交通3號(hào)線開(kāi)始，陸續(xù)將常規(guī)廢水泵房改建在隧道區(qū)間內(nèi)軌道道床下(內(nèi)置式廢水泵房)。筆者結(jié)合實(shí)際施工案例，對(duì)兩種泵房從施工工期、造價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)管控等多方面進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 常規(guī)廢水泵房施工案例

以寧波市軌道交通3號(hào)線一期工程某區(qū)間內(nèi)與聯(lián)絡(luò)通道合建的常規(guī)廢水泵房為例，該主體隧道區(qū)間長(zhǎng)818.618 m，聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)為11.241 m。廢水泵房長(zhǎng)3.2 m，寬2.2 m，深4.15 m。泵站為矩形結(jié)構(gòu)，均采用二次支護(hù)方式。初期支護(hù)層采用型鋼架結(jié)合素噴C20早強(qiáng)混凝土，厚度不小于175 mm，初期支護(hù)層和結(jié)構(gòu)層之間安裝防水層。二次支護(hù)結(jié)構(gòu)層采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P12。二襯厚度為500 mm、底板厚為1 000 mm，兩側(cè)墻厚500 mm。

1.1 施工工藝

采取“隧道內(nèi)鉆孔，凍結(jié)臨時(shí)加固土體，礦山法暗挖構(gòu)筑”的施工工藝，即在隧道內(nèi)利用水平孔和傾斜孔+冷凍排管凍結(jié)加固地層，使聯(lián)絡(luò)通道及泵站外圍土體凍結(jié)，形成一個(gè)按設(shè)計(jì)輪廓的凍土墻或密閉的凍土體，用以抵抗土體壓力、隔絕地下水，并在凍土墻的保護(hù)下，采用礦山法進(jìn)行通道及廢水泵房的開(kāi)挖構(gòu)筑施工。

1.2 施工流程

施工準(zhǔn)備→凍結(jié)孔施工和凍結(jié)站安裝→凍結(jié)→安裝預(yù)應(yīng)力支架→探孔檢驗(yàn)和試挖→通道開(kāi)挖并臨時(shí)支護(hù)、開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程維護(hù)凍結(jié)→通道結(jié)構(gòu)層施工→泵房集水井開(kāi)挖與臨時(shí)支護(hù)→泵房集水井結(jié)構(gòu)層施工→停凍、凍結(jié)系統(tǒng)拆除→地層跟蹤注漿。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖順序圖

1.3 施工工期

施工各環(huán)節(jié)所需的時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 施工時(shí)間計(jì)算

由表1可見(jiàn)，括號(hào)內(nèi)為因泵房施工增加的工時(shí)，純聯(lián)絡(luò)通道施工的時(shí)間比聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)設(shè)置廢水泵房的施工時(shí)間，縮短了23天，近1個(gè)月。

此外，在低溫(負(fù)溫)條件下，由于土中的原位水以及未凍區(qū)的水分遷移到凍結(jié)區(qū)的水結(jié)冰造成體積膨脹，引起土體膨脹的現(xiàn)象。凍結(jié)影響區(qū)域內(nèi)土體的凍脹和融降會(huì)引起較大的土層位移，因此須加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，待通道結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，跟蹤監(jiān)測(cè)待地層穩(wěn)定后結(jié)束監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月。

1.4 冰凍法施工風(fēng)險(xiǎn)

采用凍結(jié)法施工的暗挖通道，有發(fā)現(xiàn)過(guò)制冷量不足、凍土帷幕惡化、凍土強(qiáng)度不足，開(kāi)挖后管片失穩(wěn)、設(shè)備異常停機(jī)、帷幕缺陷、凍土變形和泵站開(kāi)挖涌水等現(xiàn)象[3]。

1.5 造 價(jià)

聯(lián)絡(luò)通道(含常規(guī)廢水泵房)的總體施工費(fèi)用約為260萬(wàn)，其中常規(guī)廢水泵房的總施工費(fèi)用約為33萬(wàn)。

2 內(nèi)置式廢水泵房

內(nèi)置式廢水泵房取消聯(lián)絡(luò)通道下方的廢水泵房，在上、下行區(qū)間隧道內(nèi)線路實(shí)際最低點(diǎn)處分別設(shè)置。主要利用軌道下方道床及隧道結(jié)構(gòu)空間設(shè)置長(zhǎng)條形的集水坑，消防廢水和結(jié)構(gòu)滲漏水由區(qū)間隧道道床排水溝收集后，排入內(nèi)置式廢水泵房的集水坑。

2.1 設(shè)計(jì)思路

寧波常規(guī)的盾構(gòu)區(qū)間隧道管片采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土管片，管片內(nèi)徑5 500 mm，外徑為6 200 mm；管片拼裝采用楔形環(huán)錯(cuò)縫拼裝；管片為通用型，厚度為350 mm，管片環(huán)寬為1.2 m。由于5 500 mm內(nèi)徑的盾構(gòu)區(qū)間道床高度有限，集水坑的高度不能滿足水位控制及水泵安裝要求，由常規(guī)的混凝土管片改成鋼管片，利用鋼管片縱橫向加勁肋之間的空腔作為吸水坑的空間。鋼管片采用Q235B鋼，由背板、端板、環(huán)向加勁板、縱向加勁板焊接而成,厚度為350 mm。

2.1.1 軌道交通盾構(gòu)區(qū)間用水量計(jì)算

《軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》第28.3.3條規(guī)定：地下區(qū)間軌道交通消火栓給水用水量應(yīng)為10 L/s?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中的表3.6.2規(guī)定：地下建筑、軌道交通車(chē)站火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2.0 h。綜上：地下區(qū)間軌道交通消防用水量為36 m3/h。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第14.3.5條規(guī)定：區(qū)間排水泵站應(yīng)設(shè)2臺(tái)排水泵，平時(shí)應(yīng)1臺(tái)工作，必要時(shí)應(yīng)2臺(tái)同時(shí)工作；排水泵的總排水能力，應(yīng)按消防時(shí)的排水量和結(jié)構(gòu)滲漏水量之和確定。而結(jié)構(gòu)滲漏水量較小，水量計(jì)算時(shí)按消防水量校核即可。

軌道交通盾構(gòu)區(qū)間廢水泵房集水池有效容積按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第14.3.6條的規(guī)定計(jì)算：區(qū)間排水泵站的集水池有效容積不應(yīng)小于最大1臺(tái)排水泵15～20 min的出水量。排水泵為自動(dòng)控制啟動(dòng)時(shí)，水泵每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)不宜超過(guò)6次。

根據(jù)上述分析，選用水泵臺(tái)數(shù)越多，所需集水池有效容積越小，干管流速越小，單臺(tái)泵將廢水排入車(chē)站的時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。同時(shí)，由于管路特性曲線存在一定的坡度，并聯(lián)的水泵臺(tái)數(shù)越多，對(duì)總流量的提升貢獻(xiàn)越小。

綜上，軌道交通盾構(gòu)區(qū)間廢水泵房選用2臺(tái)20 m3/h潛污泵。

2.1.2 集水池尺寸計(jì)算

在軌道交通盾構(gòu)區(qū)間線路實(shí)際最低點(diǎn)設(shè)置一處800 mm(W)×600 mm(D)(集水池水深為軌道溝溝底至池底最低點(diǎn))集水坑。為同時(shí)滿足集水池有效容積不應(yīng)小于最大1臺(tái)排水泵15 min的出水量，集水坑的有效容積需最小為5 m3。

集水坑有效容積為：二泵啟泵水位與停泵水位差(0.75-0.30=0.45 m)×集水坑長(zhǎng)×集水坑寬(0.8m)

集水坑沿軌道方向長(zhǎng)=5÷(0.8×0.45)=13.9 m。

考慮部分管道安裝空間，以及軌道橫梁占用空間，集水坑長(zhǎng)為14.4 m。集水坑尺寸14 400 mm(L)×800 mm(W)×600 mm(D)。

考慮到集水池底部需要有10%的坡度坡向水泵吸水坑，水泵集中布置會(huì)導(dǎo)致回填面高差過(guò)高，同時(shí)水泵均勻布置對(duì)水泵吸水水力條件較好。

2.1.3 排水管路布置

潛污泵排水管通過(guò)軌下空間至區(qū)間側(cè)壁，之后沿區(qū)間側(cè)壁排入車(chē)站。

2.1.4 軌道道床

最低點(diǎn)集水坑處軌道結(jié)構(gòu)為短枕式整體道床，集水坑長(zhǎng)度14.4 m，寬度800 mm，深度直到管片表面。

集水坑范圍每間隔1.2 m設(shè)置一根橫撐，橫撐尺寸200 mm×200 mm，上表面低于道床面50 mm，并安裝蓋板，滿足道床面疏散要求。

2.1.5 區(qū)間結(jié)構(gòu)

內(nèi)置式泵房長(zhǎng)度為14.4 m，共12環(huán)管片，在泵坑部位底部管片布置鋼管片，泵坑均勻布置，兩泵坑間隔4環(huán)普通混凝土管片。水泵下方鋼管片空間：吸水坑尺寸為800 mm×460 mm×240 mm。

在寧波軌道交通工程3號(hào)線中選取一個(gè)有內(nèi)置式廢水泵房的區(qū)間，其區(qū)間長(zhǎng)度約為1 020 m。泵房集水坑長(zhǎng)為14.4 m，集水坑尺寸為14 400 mm(長(zhǎng))×800 mm(寬)×600 mm(高)。吸水坑尺寸為800 mm×460 mm×240 mm。

2.2 施工工藝及流程

廠家加工鋼管片(廢水泵房的一部分)→盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行鋼管片的安裝→填充泵坑處管片→遇水膨脹聚氨酯止水膠施工→道床鋼筋模板安裝→混凝土澆筑。

2.3 廢水泵房施工

泵房長(zhǎng)度為14.4 m，共12環(huán)管片，在泵坑部位底部管片布置鋼管片，泵坑兩側(cè)均勻布置，兩泵坑間隔4環(huán)普通混凝土管片，如圖2、圖3所示。

圖2 內(nèi)置式廢水泵房平面布置圖

圖3 內(nèi)置式廢水泵房集水坑剖面圖

主隧道鋪設(shè)鋼管片后，首先填充泵坑處管片。采用填充C40混凝土對(duì)泵坑兩側(cè)的管片內(nèi)隔腔進(jìn)行回填，待泵坑施工完成后，根據(jù)線路中心樁確定止水膠的施工區(qū)域，保持此地段的盾構(gòu)壁干燥，確保止水膠與盾構(gòu)壁、混凝土與盾構(gòu)壁有效連接。

為防止泵房?jī)?nèi)廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水及道床排水溝內(nèi)的水進(jìn)入管片與道床結(jié)合面，應(yīng)在集水井兩側(cè)各設(shè)置2道聚氨酯止水膠。止水膠施工時(shí)管片表面砂漿抹平，清掃管片表面，再進(jìn)行止水膠施工，待其硬化養(yǎng)生后，設(shè)置道床鋼筋、模板，最后澆筑道床混凝土。

道床中心水溝寬度為800 mm，每處內(nèi)置式泵房處設(shè)置11個(gè)橫撐，其中低于道床面50 mm的橫撐共有7個(gè)，截面尺寸為200 mm×200 mm；高于道床面50 mm的橫撐共有4個(gè)(設(shè)置于泵坑兩側(cè))，截面尺寸為200 mm×290 mm。

2.4 施工時(shí)間

鋼管片安裝是在主隧道掘進(jìn)時(shí)安裝完成的，其施工時(shí)間與普通混凝土管片時(shí)間相等，沒(méi)有額外增加工時(shí)。但是由于該泵房混凝土結(jié)構(gòu)施工后期由鋪設(shè)道床的施工單位施工完成，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需額外完成填充泵坑處管片、防水施工、集水坑鋼筋模板安裝等工序，需增加3～4 d的工時(shí)。

2.5 施工風(fēng)險(xiǎn)

內(nèi)置式泵房施工中鋼管片安裝與普通的混凝土管片安裝一致，施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，但對(duì)鋼管片要求較高，如焊縫、防腐等。對(duì)鋼管片運(yùn)輸、堆放以及施工安裝水平的要求也有所提高，混凝土管片稍有破損不影響使用，鋼管片若有破損，其防腐層勢(shì)必被破壞，也就意味著不滿足防腐要求了。

2.6 造 價(jià)

隧道區(qū)間上、下行線對(duì)稱(chēng)設(shè)置廢水泵房，工程造價(jià)主要為鋼管片的費(fèi)用約為15萬(wàn)(為已減去混凝土管片價(jià)格的差價(jià))以及集水坑鋼筋模板額外增加的費(fèi)用2萬(wàn)，因而總體費(fèi)用約為17萬(wàn)。

3 兩種類(lèi)型泵房的比對(duì)

兩種類(lèi)型的泵房，工期上而言，根據(jù)表1所示，取消聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)廢水泵房，可節(jié)省24個(gè)工作日，但由于道床內(nèi)泵房的施工會(huì)額外增加3～4個(gè)工作日，因而最后可節(jié)約20個(gè)工作日。內(nèi)置式廢水泵房與常規(guī)的廢水泵房相比，總體工期將近縮短了266天，造價(jià)大約減少了16萬(wàn)，因冰凍法產(chǎn)生的施工安全風(fēng)險(xiǎn)也大大降低。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過(guò)應(yīng)用于寧波市軌道交通3號(hào)線的兩種類(lèi)型的廢水泵房實(shí)際施工案例對(duì)比分析可以得出，常規(guī)的廢水泵房與內(nèi)置式廢水泵房從施工工藝、總體造價(jià)、施工風(fēng)險(xiǎn)等方面相比，后者施工工期更短、造價(jià)更低、施工過(guò)程更安全，只是運(yùn)營(yíng)維護(hù)相對(duì)煩瑣，綜合比較后認(rèn)為采用內(nèi)置式廢水泵房更有優(yōu)勢(shì)。

但是由于內(nèi)置式廢水泵房部分是鋼管片，發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)輸、堆放及施工中難免會(huì)破壞其外防腐層，因而在地下水豐富的寧波地區(qū)其實(shí)際壽命是否能滿足100年設(shè)計(jì)使用年限還有待考證。其次，有其他設(shè)置內(nèi)置式廢水泵房的城市顯示，該泵房段存在鋼軌及扣件等部件銹蝕、浮置板道床內(nèi)隔振器被水浸泡、潛污泵故障次數(shù)多導(dǎo)致更換較頻繁、道床表面出現(xiàn)破碎掉塊等問(wèn)題[4]。