市政道路配套污水管道頂管設(shè)計及優(yōu)化

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摘要：通過介紹山城某市政道路污水管道頂管設(shè)計及優(yōu)化，從污水管道管徑及坡度、工作井?dāng)?shù)量及尺寸等方面進(jìn)行分析，提出了合理可靠的解決方案。加快了施工進(jìn)度、減小了安全隱患、減少了風(fēng)險源、節(jié)約了造價，從頂管設(shè)計方面為相關(guān)工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：污水管；頂管設(shè)計；優(yōu)化

引言

城市的發(fā)展和人口的增加為城市污水管網(wǎng)建設(shè)提供了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。近年來，國家各部委陸續(xù)印發(fā)相關(guān)文件，以推動污水收集和處理設(shè)施的改造及建設(shè)。目前，污水管道的施工方法包括開槽施工與不開槽施工（頂管法、盾構(gòu)法、淺埋暗挖、定向鉆及夯管法等）。隨著科學(xué)技術(shù)的革新，污水管道的頂管施工技術(shù)日益成熟，這給設(shè)計帶來了多樣化的優(yōu)化方案。

1工程概況

項目區(qū)域內(nèi)尚未開發(fā)建設(shè)，區(qū)域主要為自然山體、河流、農(nóng)田，零星分布有少量民房。原始地形起伏較大，最高標(biāo)高275m，最低標(biāo)高170m，高差105m。道路長度約2.57km，其中有一段為分離式單拱隧道1座，隧道采用上、下行分離式獨立雙洞，雙向六車道，左右線隧道設(shè)計線最小間距19.8m，左線隧道長287.744m，右線隧道長251.424m，隧道位于道路曲線段。根據(jù)規(guī)劃資料，項目中的污水管道基本沿道路走向。本次污水管道設(shè)計長度約2.57km，主管管徑為D400mm，管線埋深為2m～38m。全線污水分為2個系統(tǒng)，其中A系統(tǒng)埋深為2.4m～9.5m，B系統(tǒng)埋深為2m～38m。該項目約有300m管道埋設(shè)深度大于10m。地勘資料顯示，B系統(tǒng)管段所在的地層基本為泥巖、砂巖?？紤]到B系統(tǒng)開挖困難（此段道路為隧道）、施工條件復(fù)雜、埋設(shè)隧道內(nèi)危險性較大、維修時影響交通，結(jié)合地質(zhì)勘查報告經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，將此段改線后沿隧道外側(cè)敷設(shè)，并采用頂管施工。

2污水管道頂管設(shè)計

2.1頂管段地形地質(zhì)條件

擬建場地屬淺丘剝蝕斜坡地貌，穿越一小矮丘，場地大部分地段被第四系殘坡積粉質(zhì)粘土覆蓋，局部地段基巖出露。頂管起點段地形坡度22°～25°，中部為場地內(nèi)最高點且地形坡度較陡，兩側(cè)地形相對較緩，頂管終點段地形坡度20°～24°，局部呈陡坎，最高點標(biāo)高為274.61m，最低點標(biāo)高為214.12m，相對高程約60.49m。場地位于大盛場向斜東翼，無斷層通過。巖層呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為291°∠60°，局部充填泥質(zhì)，結(jié)合程度差，為硬性結(jié)構(gòu)面。場地內(nèi)地層自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工填土、殘坡積粉質(zhì)粘土、殘坡積塊石土及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖、砂巖。

2.2片區(qū)排水分析

擬建場地屬淺丘斜坡地貌，有利于地表水及地下水的排泄。場地內(nèi)泥巖為相對隔水層。其地下水主要為強(qiáng)風(fēng)化基巖的風(fēng)化裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給，水文地質(zhì)條件簡單。場地土層及基巖強(qiáng)風(fēng)化帶在雨季可能存在季節(jié)性上層滯水，雨季施工時有可能對工程有一定影響。片區(qū)地勢為東高西低，東側(cè)為山體、西側(cè)為河流及其支流；南北方向為中間高南北低，故雨水總體走向為中間向南北兩側(cè)，然后由東至西接入下游道路雨水系統(tǒng)，最終排入河流。污水管道頂管段位于片區(qū)北側(cè)穿越小矮丘處，污水總體走向由東至西接入下游道路污水系統(tǒng)，最終匯入位于項目西北方向的已建污水處理廠。

2.3污水頂管段設(shè)計

分離式單拱隧道東西向延伸，左線隧道長281.744m，右線隧道長251.424m，洞內(nèi)凈寬14.25m，單向三車道。本次設(shè)計污水管道沿隧道敷設(shè)，與隧道外側(cè)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為15m，覆土最高達(dá)38m，故考慮該段污水管道實施采用頂管方式。通過計算及規(guī)范要求，本段管徑采用d800mm，坡度為2.1%，設(shè)置2個工作井及2個接收井。

3污水管道頂管段優(yōu)化分析

3.1頂管工作井優(yōu)化

頂管施工的工程費(fèi)用與頂管的頂進(jìn)長度有關(guān)，頂進(jìn)長度越長工程費(fèi)用越高，但頂管井的數(shù)量相應(yīng)減少。同樣，若縮短頂管井之間的距離，雖然頂管工程費(fèi)用降低，但頂管井?dāng)?shù)量增加，工程費(fèi)用亦隨之增加，因此需對其進(jìn)行綜合比較分析。頂管段全長約300m，且與隧道結(jié)構(gòu)最小水平距離為15m。將頂管段分為2段，中間1個接收井，起止點為工作井。較之在起止點中間設(shè)置1個工作井與1個接收井的方案更合理。接收井在施工完成后可優(yōu)化為通氣井。在滿足工作面和使用功能的前提下，為便于現(xiàn)場施工，節(jié)約造價，結(jié)合專家意見后將結(jié)構(gòu)外尺寸由7.8m×4.3m調(diào)整為5.5m×3.6m。施工井的施工方法采用逆作法，非常適合在巖石地質(zhì)情況下的采用，安全性高?？赏ㄟ^減少修建工作井的數(shù)量和減小工作井尺寸來降低造價，加快施工進(jìn)度，并減小施工難度。

3.2頂管管徑優(yōu)化

接收井深度達(dá)38.3m，屬于超深井。施工時存在如下問題：①該段隧道爆破震動容易落石，對井下施工人員造成重大安全隱患；②接收井剛好位于施工進(jìn)場便道上，施工時影響材料進(jìn)場等操作；③施工難度大、安全風(fēng)險高，管道空間狹小、埋深大，不便于施工人員施工；④井深帶來檢修不便，建成后利用率不高；⑤施工進(jìn)度慢，影響整體工期?；谏鲜鲈?，頂管段管徑由原設(shè)計的D800mm調(diào)整為D1200mm。施工過程中施工人員及建成后檢修維護(hù)人員均可進(jìn)入管道進(jìn)行實施或檢修，相對較為方便和安全。

3.3頂管管道坡度優(yōu)化

為保證施工更好地控制精度、利于施工人員在通道內(nèi)運(yùn)輸及作業(yè)，坡度不宜過大；但為了保證污水管頂管工程的運(yùn)行安全和疏浚順暢，頂管坡度不宜過緩。結(jié)合本工程實際情況，將排水縱坡由2.1%調(diào)整為0.6%，同時保證下游坡度大于等于上游坡度。設(shè)計上游坡度為0.3%，下游坡度為2.38%，經(jīng)過計算滿足上游流速小于下游流速，避免因管徑增大流速變小引起的淤積。為進(jìn)一步保證頂管段管道的排水順暢，頂管段與上下游開挖段管道銜接采用管底平接，并在頂管段前設(shè)置沉泥井。

4結(jié)語

隨著技術(shù)發(fā)展，排水設(shè)計理念與方法的提高為排水施工的創(chuàng)新提供了有利條件，同時為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。綜上優(yōu)化，工程總投資從原來的189.2萬元下降至183.4萬元，減少了將近6萬元，通過頂管段整體設(shè)計優(yōu)化達(dá)到節(jié)約造價的目的。本項目的污水管道頂管段管徑的優(yōu)化及采用管底平接的方式，突破了以往設(shè)計對于管道不同管徑的管道銜接的變化習(xí)慣。頂管工作井的尺寸調(diào)整、逆作法的施工方法、接收井兼做檢查井的做法等，對類似工程極具借鑒作用，有助于推動城市建設(shè)進(jìn)程。

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作者：方俐 單位：重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司