呂所祥

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市排水標(biāo)準(zhǔn)逐步提高，老城區(qū)現(xiàn)狀排水管道普遍存在年久失修或管徑不能滿足現(xiàn)行排水標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，亟待改造。該類(lèi)改造工程環(huán)境較為復(fù)雜，新建管道一般緊鄰現(xiàn)狀建筑，所在道路下方管道或其他構(gòu)筑物錯(cuò)綜復(fù)雜。當(dāng)新建管道埋深較深時(shí)，從保護(hù)周邊環(huán)境考慮，不適宜采用開(kāi)槽埋管，可視管徑大小采用頂管或牽引等非開(kāi)挖施工方式，此時(shí)新建管道接入現(xiàn)狀管道節(jié)點(diǎn)為工程難點(diǎn)。被接入的管道一般為排水干管，接入施工需盡量減少被接入管的斷水時(shí)間，同時(shí)還需對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，以保證在施工期間該區(qū)域的排水安全。本文針對(duì)上海某改建道路新建頂管接入現(xiàn)狀管道節(jié)點(diǎn)以及對(duì)現(xiàn)狀管道保護(hù)的方案進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 工程問(wèn)題

某道路改建工程位于上海市區(qū)，沿改建道路下新建一根雨污合流管，管徑d1 800。采用頂管施工，收集上游以及沿線的雨、污水后，接入下游已建的d2 200合流總管。

1.2 周邊環(huán)境

工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜，道路兩側(cè)有多座重要?dú)v史保護(hù)建筑，道路下現(xiàn)狀管線復(fù)雜交錯(cuò)，另有兩條地鐵盾構(gòu)區(qū)間沿著道路下運(yùn)行，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)頂覆土 16～26 m。

1.3 現(xiàn)狀合流總管情況

根據(jù)相關(guān)竣工圖及物探資料，該工程擬接入的現(xiàn)狀d2 200合流管建于2010年，采用頂管施工，管材為鋼筋混凝土管，管節(jié)之間采用F形接口，管道埋深約5.46 m。

1.4 地質(zhì)條件

場(chǎng)地為典型的上海軟土地質(zhì)，根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地土層可分為四個(gè)大層，各土層名稱(chēng)及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地勘土體參數(shù)表

2 接入方案

2.1 接入方式

接入位置位于改建道路端頭的十字路口處。根據(jù)現(xiàn)狀資料，接入位置附近有一現(xiàn)狀鋼筋混凝土四通交匯井，該井尺寸較小，底板埋深較淺，約5.5 m；而新建管道為避讓沿線的現(xiàn)狀管道，埋深較深，接入處埋深約7.36 m，無(wú)法直接接入此現(xiàn)狀檢查井內(nèi)。若考慮改造此井以接入管道，則施工難度較大，且施工對(duì)下方地鐵影響較大。

綜上所述，將d1 800管道的頂管接收井設(shè)置在d2 200管道上，在接收井內(nèi)新建包管井，新建管道與現(xiàn)狀d2 200管道通過(guò)新建的包管井相接。

2.2 基坑設(shè)計(jì)

為減小對(duì)交通的影響，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，該接收井分兩個(gè)基坑進(jìn)行開(kāi)挖，其中南側(cè)基坑深8.76 m，北側(cè)基坑深6.78 m?；訃o(hù)選用?600@750的鉆孔灌注樁，在北側(cè)和南側(cè)基坑之間設(shè)置一排灌注樁，止水帷幕采用?700@500雙軸水泥土攪拌樁，坑底和現(xiàn)狀d2 200管道處采用 ?3 200 MJS旋噴樁進(jìn)行加固。南側(cè)基坑采用一道鋼筋混凝土支撐、兩道鋼支撐；北側(cè)基坑采用一道鋼筋混凝土支撐、一道鋼支撐?；拥钠矫鎴D和剖面圖如圖1、圖2所示。

圖1 頂管接收井基坑平面圖（單位：mm）

圖2 頂管接收井基坑剖面圖（單位：mm）

基坑主要以止水為主，水泥土攪拌樁止水帷幕進(jìn)入相對(duì)不透水層，坑底5 m內(nèi)MJS旋噴樁滿堂加固，形成封閉止水帶，坑內(nèi)地下水采用明排。

2.3 基坑及管道接入施工步驟

（1）施工止水帷幕、灌注樁、坑底及現(xiàn)狀管道下加固，在灌注樁與止水帷幕間隙壓密注漿。

（2）南側(cè)基坑開(kāi)挖并依次設(shè)撐。

（3）開(kāi)挖至坑底后澆筑南側(cè)檢查井底板及井壁，并依次拆撐。

（4）d1800頂管頂入，取出機(jī)頭。

（5）南側(cè)檢查井覆蓋預(yù)制蓋板，回填，其上恢復(fù)交通。

（6）北側(cè)基坑開(kāi)挖至現(xiàn)狀d2 200管道處，對(duì)現(xiàn)狀d2 200管采取吊管保護(hù)，期間依次設(shè)撐。

（7）北側(cè)基坑開(kāi)挖至坑底，澆筑北側(cè)檢查井底板及井壁，并依次拆撐。

（8）待北側(cè)檢查井底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第一道鋼支撐。

（9）北側(cè)檢查井達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在中間排灌注樁以及對(duì)應(yīng)井壁位置開(kāi)孔，安裝連通管。

（10）割斷現(xiàn)狀的d2 200管道，割除作業(yè)在晴天進(jìn)行，同時(shí)d2 200管道臨時(shí)斷水，斷水區(qū)間需采用臨時(shí)調(diào)水措施。

（11）覆蓋北側(cè)檢查井蓋板，回填并恢復(fù)交通。

3 管道保護(hù)方案

3.1 管道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

管道的位移限值不僅與管道的管材、接口方式有關(guān)，也應(yīng)考慮管線施工時(shí)的初始變形以及使用期間管線的長(zhǎng)期沉降等因素[1]。劉月梅[2]提出既有管線在基坑施工時(shí)的位移、沉降每次不得超過(guò)3 mm，累計(jì)不超過(guò)10 mm。上海市《基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程》（DG/TJ 08-2001—2016）[3]規(guī)定剛性管道位移的監(jiān)測(cè)報(bào)警值累計(jì)量不超過(guò)10～30 mm，變化速率不超過(guò)2～3 mm。該工程中d2 200合流管為排水干管，綜合考慮管線重要性等因素后，確定該管道的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為位移不超過(guò)10 mm。

3.2 管道保護(hù)措施

對(duì)現(xiàn)狀d2 200管道的保護(hù)包括三個(gè)方面：一是減小基坑開(kāi)挖對(duì)其的影響；二是施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)狀d2 200管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)；三是基坑開(kāi)挖期間對(duì)其吊管的保護(hù)。

3.2.1 減小基坑開(kāi)挖影響措施

（1）控制基坑變形，基坑按環(huán)境保護(hù)等級(jí)一級(jí)[4]進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移是保證地下管線安全性的關(guān)鍵[5]，施工過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)測(cè)基坑的圍護(hù)樁變形。

（2）采用雙軸攪拌樁止水帷幕、MJS旋噴樁坑底加固等輔助措施。其中，MJS旋噴樁直徑為3.2 m，保證d2 200管底下搭接不小于300 mm。

（3）不進(jìn)行坑外降水，坑內(nèi)明溝排水。

3.2.2 現(xiàn)狀d2 200管道監(jiān)測(cè)

在施工期間對(duì)現(xiàn)狀d2 200管線的水平和豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距在5～10 m。其中，基坑開(kāi)挖深度兩側(cè)1.5倍范圍內(nèi)應(yīng)布設(shè)直接點(diǎn)，1.5倍范圍外應(yīng)布設(shè)模擬點(diǎn)。如管道位移變化速率達(dá)到2 mm/d或者位移累計(jì)值達(dá)到10 mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行報(bào)警。

3.2.3 吊管保護(hù)

北側(cè)基坑開(kāi)挖期間需對(duì)d2 200現(xiàn)狀合流管進(jìn)行吊管保護(hù)，進(jìn)行吊管保護(hù)前需先通過(guò)開(kāi)挖樣槽確定坑內(nèi)現(xiàn)狀管道的管節(jié)位置，根據(jù)管節(jié)位置確定吊管方案，每根管節(jié)不少于兩個(gè)吊點(diǎn)。

4 管道影響分析

4.1 有限元模型建立

4.1.1 土體本構(gòu)模型與參數(shù)

土體采用莫爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型。計(jì)算中各圖層的重度、黏聚力、摩擦角等參數(shù)按勘察報(bào)告。

4.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

?600@750的灌注樁根據(jù)抗彎模量相等原則簡(jiǎn)化為460 mm的鋼筋混凝土墻，結(jié)構(gòu)材料參數(shù)根據(jù)材料類(lèi)別取相應(yīng)參數(shù)，支撐按照型鋼型號(hào)選取。

4.1.3 網(wǎng)格劃分

計(jì)算區(qū)域：幾何模型寬度為基坑以外3倍以上開(kāi)挖深度范圍；計(jì)算深度為坑底以下3倍以上開(kāi)挖深度范圍。對(duì)兩側(cè)垂直邊界施加水平向約束，底部水平邊界施加垂直向約束。有限元模型如圖3所示。

圖3 有限元模型

4.1.4 施工工況模擬

為了反映初始應(yīng)力狀態(tài)及基坑開(kāi)挖的施工過(guò)程，此次計(jì)算在土體初始應(yīng)力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，模擬各相應(yīng)土層的開(kāi)挖和支撐的加設(shè)?？紤]北側(cè)基坑開(kāi)挖至管底后，d2 200合流管已采用吊管保護(hù)，此時(shí)坑內(nèi)管道的變形與基坑施工無(wú)直接關(guān)系，因此有限元模擬至北側(cè)基坑開(kāi)挖至d2 200合流管管底為止。

4.2 有限元計(jì)算結(jié)果

經(jīng)有限元計(jì)算，d2 200合流管的水平位移圖和豎向位移圖如圖4、圖5所示。

圖4 d2 200管道水平位移圖

圖5 d2 200管道豎向位移圖

通過(guò)有限元分析，d2 200現(xiàn)狀合流管在施工期間管道的水平最大位移為0.47 mm，豎向最大位移為3.0 mm，變形均在管道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程，給出了頂管施工的排水管接入現(xiàn)狀排水干管的接入方案以及對(duì)現(xiàn)狀排水干管的保護(hù)方案，并通過(guò)有限元對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明，在本文提出的接入和保護(hù)方案下，現(xiàn)狀排水干管變形控制在保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，本文提出的管道接入和保護(hù)方案可行。管道接入與保護(hù)涉及設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)等多方面，應(yīng)綜合考慮多方面因素。本文對(duì)于類(lèi)似的管道接入工程具有一定的借鑒參考意義。