羅文斌

(東莞市謝崗鎮(zhèn)水務(wù)工程運(yùn)營(yíng)中心,廣東 東莞 523000)

0 引言

城市片區(qū)水環(huán)境綜合治理和截污管網(wǎng)的建設(shè)在增加區(qū)域的污水收集率,減少污水直接排放等方面上有著顯著的作用。廣東東莞市謝崗鎮(zhèn)排水系統(tǒng)目前面臨排水工程建設(shè)相對(duì)滯后、排水系統(tǒng)混亂和排水管理不完善的問題,應(yīng)逐步對(duì)鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)排水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行完善,步實(shí)現(xiàn)雨污分流,保證污水系統(tǒng)的獨(dú)立性,以滿足城市排水需求。在截污次支管工程中,污水支管的管徑一般較小,多在DN800以下,但敷設(shè)的位置往往是居民密集區(qū),施工條件差,采選用安全可靠的管道施工技術(shù)尤其迫切。目前關(guān)于管道施工技術(shù)的研究主要集中在管道施工技術(shù)與質(zhì)量措施[1-2]、防滲漏施工工藝[3-4]、施工過程管理和現(xiàn)場(chǎng)安全管理[5-6]、技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新[7]、質(zhì)量問題及防治研究[8]等方面。

本文以東莞市謝崗鎮(zhèn)截污次支管網(wǎng)工程為研究背景,在對(duì)研究區(qū)域管網(wǎng)現(xiàn)狀分析和工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,針對(duì)稔子園村-趙林村片區(qū)施工環(huán)境緊張密集、地質(zhì)條件特殊的情況,針對(duì)截污管道主要采用開槽明挖的施工技術(shù),并系統(tǒng)分析其施工工藝及質(zhì)控要點(diǎn),研究成果可為類似截污管道工程建設(shè)施工提供技術(shù)參考。

1 工程區(qū)概況與管道現(xiàn)狀

1.1 片區(qū)排污系統(tǒng)現(xiàn)狀

謝崗鎮(zhèn)內(nèi)目前存在著五條最主要的截洪渠:黎村截洪渠、大厚截洪渠、曹樂截洪渠、謝崗中心區(qū)截洪渠、趙林截洪渠。目前的排水方式為通過這五條渠道和它們的支流,把水引流到該鎮(zhèn)北部的潼湖,最后匯入東江和橋頭鎮(zhèn)內(nèi)的石馬河、小海河。到現(xiàn)在為止排水系統(tǒng)除截污主干管已建成外,大部分為雨、污合流管渠,一些污水和廢水直接排入水體或管渠,此種排污方式對(duì)河流環(huán)境產(chǎn)生了直接的污染。

謝崗鎮(zhèn)現(xiàn)狀排水體制主要為合流制,雨、污水混合排污河涌。排污口沿河涌?jī)砂痘虺靥了闹芊植?數(shù)量較密。本次排污口調(diào)查主要內(nèi)容截污管道沿線排污口位置、坐標(biāo)、管底高程、管徑和排水量。利用手持GPS獲取排污口坐標(biāo),測(cè)量高程,填入排河排污口調(diào)查表。通過調(diào)查資料分析,設(shè)計(jì)截污管網(wǎng)沿線排污口眾多,本工程截污管道布置沿線排污口數(shù)量共45個(gè),尺寸為DN150 mm～2 000×2 000 mm,材料有PVC、砼及磚混。謝崗鎮(zhèn)現(xiàn)狀截污主干管布置見圖1。目前,鎮(zhèn)內(nèi)水域污染主要來自于沿線兩岸生活污染源、工業(yè)污染以及農(nóng)業(yè)的面源污染,泄洪渠主要功能已轉(zhuǎn)變?yōu)榧{污、排澇于一體,離娛樂景觀水體標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。

圖1 謝崗鎮(zhèn)現(xiàn)狀截污主干管布置圖

1.2 擬建管道工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

謝崗鎮(zhèn)屬丘陵地貌地區(qū),銀瓶咀山是東莞市最高峰,海拔898.2 m,其位于謝崗鎮(zhèn)東南面。區(qū)域整個(gè)地勢(shì)由南向北部逐漸降低,東南部的銀咀-白云嶂和西南的豆腐頭頂-馬坑山項(xiàng)-長(zhǎng)山頂(海拔都在700 m之上,而北部的石鼓水庫海拔僅為103 m。管道所在區(qū)域高程在9～30 m之間,局部區(qū)域起伏較為明顯。

稔子園村-趙林村片區(qū)沿線管道管底主要置于填石、填土、淤泥質(zhì)土、粘土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化化泥質(zhì)粉砂巖上。其中,填石需要壓實(shí)充填處理避免管道破壞,填土需要壓實(shí)處才能作為管道基礎(chǔ)。粘土、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化化泥質(zhì)粉砂巖工程性質(zhì)較好,可直接作為管道基礎(chǔ)。從擬建污水管線沿線場(chǎng)地的地層構(gòu)成來看,①-2填石塊、①-4人工填土、②-1淤泥質(zhì)黏土、③-1細(xì)中砂土層結(jié)構(gòu)變化,強(qiáng)度及變形性能各向異性明顯,工程力學(xué)性質(zhì)變化大,應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理措施;粘土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化化泥質(zhì)粉砂巖,按放坡比率進(jìn)行開挖。

1.3 排水現(xiàn)狀問題與成因分析

據(jù)根謝崗鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的調(diào)查情況,排水現(xiàn)狀存在的主要問題為排水工程建設(shè)相對(duì)滯后、排水系統(tǒng)混亂和排水管理不完善,分析其成因是由于:

(1)在城市化進(jìn)程加速的今天,大量的農(nóng)用地、山體被用于建設(shè),原本的天然蓄水村溝被破壞,排水系統(tǒng)失去了原有的作用。

(2)對(duì)現(xiàn)有排水渠道的維護(hù)、管理不足,現(xiàn)狀排水渠普遍存在著淤積、堵塞等情況,排水能力降低,污染物較多,重新又成為對(duì)排水和環(huán)境造成不利的問題渠道。

(3)老城區(qū)改造后,下游管渠沒有及時(shí)配套修建,雨水管渠個(gè)別地方斷面偏小;主要的排洪干流缺乏系統(tǒng)的整治,造成排洪干流參差不齊。

(4)因地基沉陷或其他原因,現(xiàn)狀污水管道部分管段出現(xiàn)接口松脫、錯(cuò)位,污水泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 排水管網(wǎng)水力論證與布置

2.1 排水管網(wǎng)水力論證

為了解決上述問題,應(yīng)逐步對(duì)鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)排水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行完善,對(duì)過流斷面偏小的管渠,應(yīng)隨城市道路升級(jí)改造、城市改擴(kuò)建以及城市新建逐步加大口徑,以滿足城市排水需求。根據(jù)謝崗鎮(zhèn)已建分流制區(qū)域、新建成區(qū)、開發(fā)區(qū)面積以及具備分流條件區(qū)域所占的污水量比例綜合分析,規(guī)劃近期分流率為87.0%,遠(yuǎn)期分流率約為 94.6%。在確定污水收集系統(tǒng)布局方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行管道設(shè)計(jì),主要方法和步驟為:管道系統(tǒng)定線→管道流量計(jì)算→確定管徑、坡度和埋深。其中稔子園村-趙林村片區(qū)設(shè)計(jì)管段匯水范圍及水力計(jì)算詳見表1。

表1 水力計(jì)算表

2.2 管網(wǎng)整體布置

本工程謝崗鎮(zhèn)截污次之管網(wǎng)主要在鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)的曹樂村、稔子園村、趙林村、泰園社區(qū)、五星村以及大厚村現(xiàn)狀道路沿線布置。主要在已建截污主干管、一期已建次支管網(wǎng)、二期擬建次支管網(wǎng)基礎(chǔ)上沿路延伸截污次支管網(wǎng),并且具備近期實(shí)施條件,實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大鎮(zhèn)區(qū)污水收集范圍。截污次支管網(wǎng)服務(wù)范圍約360.56 ha,管道總長(zhǎng)約16.0 km,所用管徑 DN300-DN600,其中主管管徑DN400～DN600,分為4個(gè)片區(qū),分別為曹樂村片區(qū)、稔子園村-趙林村片區(qū)、泰園社區(qū)-五星村片區(qū)以及大厚村片區(qū)。

其中稔子園村-趙林村片區(qū)部分位于謝崗鎮(zhèn)稔子園村范圍內(nèi),部分位于趙林村范圍內(nèi),包含兩個(gè) 分片區(qū),分別為西分片區(qū)與東分片區(qū),總匯水范圍面積84.61 ha,設(shè)計(jì)截流合流污水量115.03 L/s,計(jì)算得設(shè)計(jì)主管道管徑 DN400-DN600,管網(wǎng)總長(zhǎng)約 6 977 m(含DN800鋼套管78 m),西分片區(qū)管道終點(diǎn)接入二期擬建截污次支管網(wǎng),東分片區(qū)管道終點(diǎn)接入現(xiàn)狀已建截污主干管。本片區(qū)截污管網(wǎng)根據(jù)沿路布置情況,共分為14條線路,A線～N線,總平面布置及沿路布置位置詳見下圖2。

圖2 稔子園村-趙林村片區(qū)截污管網(wǎng)布置圖

2.3 管網(wǎng)材料選擇

開挖段管材:管徑 DN<800 時(shí),采用 HDPE 高密度聚乙烯排水管。覆土≤3 m時(shí),環(huán)剛度采用 S8 級(jí);3 m<覆土≤4.5 m 時(shí),環(huán)剛度采用 S12.5 級(jí);6.0 m≥覆土>4.5 m 時(shí),環(huán)剛度采用 S16 級(jí)。管徑 DN≥800 時(shí),采用內(nèi)襯 PVC 鋼筋砼管,Ⅱ級(jí)。DN100～DN200 焊接鋼管壁厚8 mm,DN300～DN800 焊接鋼管壁厚10 mm。

頂管段管材:道路下頂管施工管段管材采用纖維增強(qiáng)塑料混凝土復(fù)合管(Ⅲ級(jí)),有內(nèi)套管的采用頂管用鋼筋混凝土管(Ⅲ級(jí))。

過河、過公路段頂管、倒虹管均采用鋼管套管,內(nèi)套 HDPE 高密度聚乙烯排水管。

3 管道施工方案選擇

3.1 施工方式比選

管道的施工方法主要有放坡開挖、支護(hù)開挖和頂管三種方式。只要具備開挖條件,放坡開挖是最經(jīng)濟(jì)的施工方法。對(duì)于本工程應(yīng)用較多的管徑 DN400 管道的支護(hù)開挖和頂管施工,對(duì)其在相同埋深和邊界條件下作工程造價(jià)比較,詳見表2和圖3。

表2 頂管施工與鋼板樁支護(hù)開挖造價(jià)比較 元/100m

由表2可知,在管道埋深4.5 m時(shí),二者造價(jià)相當(dāng),埋深≤4.5 m時(shí),支護(hù)開挖比較經(jīng)濟(jì);埋深≥4.5 m時(shí),頂管比較經(jīng)濟(jì)。由經(jīng)濟(jì)比較可知:當(dāng)管道埋深小于4 m時(shí),優(yōu)先考慮開挖施工,綜合考慮管道布置及現(xiàn)場(chǎng)條件,開挖施工方便經(jīng)濟(jì),且對(duì)環(huán)境影響小。

圖3 工程造價(jià)隨管線埋深變化圖

3.2 施工方案選擇

在上述分析的基礎(chǔ)上,本次截污管道施工方案選擇依據(jù)為:

在條件允許的情況下,具有開挖工作面,均采用明溝大開挖的方式來敷設(shè)管道。若管道溝槽深度≤3 m時(shí),采用放坡開挖形式,放坡系數(shù)要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況和本地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)確定。

如果開挖工作面受限或土質(zhì)情況不滿足放坡條件,且3 m<基槽深度≤6 m時(shí),建議采用拉森鋼板樁加橫撐支護(hù)開挖,拉森鋼板樁長(zhǎng)度9 m或12 m。當(dāng)3 m<基槽深度≤4 m時(shí),加一道橫撐,4 m<基槽深度≤6 m時(shí),加兩道橫撐;橫撐采用H300×300鋼橫撐,圍檁采用 H300×300 鋼圍檁。

當(dāng)基槽深度>6 m時(shí),采用頂管方式施工。

結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件及管線設(shè)計(jì)埋深和邊界條件,稔子園村-趙林村片區(qū)A線～N線各線路管線施工方式見表3,由于工程管道埋深均在4 m以內(nèi),跟據(jù)管道施工方案論證必選結(jié)果,研究片區(qū)形成以明挖為主,頂管施工為輔的管線施工。

表3 片區(qū)管線施工方案表

4 管線明挖施工技術(shù)質(zhì)控

4.1 管線明挖施工工藝流程

開槽明挖施工主要施工工藝為地基處理→管道溝槽開挖→管道安裝→溝槽土方回填,施工工藝詳見圖4,同時(shí)在施工中應(yīng)做到:(1)管道溝槽底部開挖寬度應(yīng)結(jié)合管線埋藏和開挖邊界具體計(jì)算選取;(2)管道基礎(chǔ)要結(jié)合地質(zhì)條件考慮是否進(jìn)行注漿加固管周土體處理;(3)工程管道連接主要采用HDPE管道,管道安裝完成后需進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)和密閉性檢測(cè);(4)溝槽土方回填需滿足一定的壓實(shí)度,回填部位壓實(shí)度不應(yīng)小于95%。

圖4 開槽明挖施工工藝

4.2 管線明挖施工技術(shù)質(zhì)控

在管線明挖施工過程各環(huán)節(jié)為保障管線建設(shè)的質(zhì)安環(huán)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)對(duì)管線主要技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制,同時(shí)也利于施工現(xiàn)場(chǎng)管理。

4.2.1 基坑開挖

基坑開挖采用人工配合挖掘機(jī)開挖的方式進(jìn)行,并由測(cè)量人員全程跟蹤開挖過程,防止超挖,若發(fā)生超挖嚴(yán)禁用原土回填,需用級(jí)配碎石或石粉分層回填夯實(shí)。

4.2.2 砂礫墊層

在波紋管之下應(yīng)鋪墊一層不小于200 mm的砂礫基礎(chǔ)墊層,下層采用5～40 mm的碎石厚度不小150 mm,上層鋪設(shè)厚度不小于50 mm的中粗砂;碎石、砂采用挖掘機(jī)配合入槽,槽內(nèi)安排人工鋪筑,鋪筑時(shí)應(yīng)考慮材料的松鋪系數(shù),人工攤鋪的松鋪系數(shù)按照1.2計(jì),碎石墊層要求掛線鋪筑。

4.2.3 管道安裝

管道安裝時(shí)為確保管道縱斷面高程及平面位置準(zhǔn)確,要將高程和管道流水面中心逐節(jié)調(diào)整。穩(wěn)管時(shí),先進(jìn)入管內(nèi)檢查對(duì)口,減少錯(cuò)口現(xiàn)象。管內(nèi)底高程偏差在±10 mm內(nèi),中心偏差不超過10 mm,相鄰管內(nèi)底錯(cuò)口不大于3 mm。

4.2.4 閉水試驗(yàn)

管道的密閉性檢驗(yàn)要在污水管道安裝完畢溝槽回填前進(jìn)行,采取閉水試驗(yàn)來檢驗(yàn)密閉性。試驗(yàn)水頭達(dá)到規(guī)定水頭時(shí)開始計(jì)時(shí),觀測(cè)管道的滲水量,為保持試驗(yàn)水頭的恒定要不斷向試驗(yàn)管段內(nèi)補(bǔ)水直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。滲水量的觀測(cè)時(shí)間應(yīng)大于30 min。

4.2.5 坑槽回填

基坑回填采取石粉分層回填的方式,回填時(shí)人工還土和機(jī)械填土同時(shí)進(jìn)行,按基底排水方向由高至低管腔兩側(cè)分層進(jìn)行回填。下表為回填土壓實(shí)的每層虛鋪厚度。

表4 回填土每層虛鋪厚度

5 結(jié)論與展望

本文針對(duì)東莞市謝崗鎮(zhèn)截污次支管網(wǎng)工程開挖技術(shù)進(jìn)行方案論證和施工工藝與質(zhì)量控制研究,得到主要結(jié)論如下:

(1)當(dāng)管道溝槽深度≤3 m 時(shí),采用放坡開挖形式;且3 m<基槽深度≤6 m時(shí),可采用拉森鋼板樁加橫撐支護(hù)開挖;當(dāng)基槽深度>6 m時(shí),采用頂管方式施工,研究區(qū)域管線埋藏深度邊界均小于4 m,顧主要采用開槽明挖的管線施工方案。

(2)開槽明挖施工主要施工工藝為地基處理→管道溝槽開挖→管道安裝→溝槽土方回填,施工對(duì)環(huán)境影響小,安全便捷,經(jīng)濟(jì)合理。

(3)東莞市地質(zhì)條件復(fù)雜,要先進(jìn)行試挖,并做好基坑開挖的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),用于指導(dǎo)全線溝槽施工。建議管道施工過程做好溝槽內(nèi)的降水工作,槽底可設(shè)置水平止水隔離帶,配以密排水泥攪拌樁作為止水帷幕。