地下长距离废弃管道充填施工设计

探矿工程（岩土钻掘工程）　２００８年第ｌ１期　地下长距离废弃管道充填施工设计　唐群艳　，贾敏才　，吴晓峰　（１．同济大学地下建筑与Ｘ－程系，上海２０００９２；２．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海２０００９２）　摘要：阐述了某地下废弃管道的充填处置施工设计方案，为地下废弃管道处置项目的施工实践提供依据，并对以　后类似长距离废弃地下空间的充填施工具有很好的借鉴意义。　关键词：地下废弃管道；充填；注浆；排水板　中图分类号：ＴＵ９４　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—７４２８（２００８）１１—００６８—０３　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　Ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｔ　Ａｂａｎｄｏｎｅｄ　Ｐｉｐｅ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ／ＴＡＮＧ　Ｑｕｎ－ｙａｈ，ＪＩＡ　Ｍｉｎ—ｃａｉ，刚Ｘｉａｏ一　，ｅｎｇ（Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ａｂａｎｄｏｎｅｄ　ｐｉｐｅ，ｗｈｉｃｈ　ｓｕｐｐｌｉｅｓ　ｉｍ－　ｐｏｒｔａｎｔ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆｒ　ｏｔｈｅｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｉｆｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｓｐａｃｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ；ａｂａｎｄｏｎｅｄ　ｐｉｐｅ；ｆｉｌｌｉｎｇ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｂｏａｒｄ　１　工程概况　华地带，不适宜采用开挖回填处置方式，最适宜的方　某地下废弃管道为２０世纪７０年代初建造的一　法为泥浆注浆充填。　条污水输送干线，曾是市区内的一条主要的污水输　废弃管道本身的这些特点，给充填施工设计带　送干线，长达２０　ｋｍ以上，管道断面为马蹄形钢筋混　来了系列难点和需要攻克的技术关键。　凝土和砖砌结构的平底半圆拱管，断面面积达７．６１　（１）管道处于地下，底部还有３０　ｃｍ左右的淤　ｍ　。原设计标准低，结构薄弱，污水冒溢严重，安全　泥沉积，充填器械不便进入管内；　隐患多。　（２）管道现有结构薄弱，安全隐患大，无法进行　如此大规模的废弃工程埋于地下，随着城市建　管内人工操作；　筑大规模扩展和快速的社会经济发展，其工程安全　（３）管道长达２３　ｋｍ，充填程度不便控制；　风险极大。为防止诸如因管道结构破坏而引起的安　（４）管道大多地处交通繁华地带或居民校区，　全隐患，对废弃的老管道进行充填处置非常必要。　充填过程中需避免环境污染；　根据调查，废弃管道的地面环境复杂，差别极大，除　（５）充填量大，达１７万ｍ　，要充分考虑充填料　小部分可加固利用外，大部分需要进行有效充填。　和施工的经济性。　受制于地面环境的影响，充填的重要方式将为管内　针对以上施工难点，就本废弃管道的充填施工　泥浆充填，充填材料总量约ｌ７万ｍ　。必须选择合　进行了设计和分析。　适的材料作为充填材料，且管道充填方案应兼顾经　济、技术、环保和可行性的要求。在室内试验和室外　３充填方案设计　模拟试验的基础上，拟采用掺水泥为固化剂的泥浆　在室内试验和管道模拟试验的基础上，对比经　充填方案充填处置废弃管道。　济及技术可行性，考虑不同管段所处区域的环境、地　理位置以及环境影响因素，采取２种充填方案。　２施工存在的问题及困难　方案一：管段内充满疏浚砂，静置失水后，对管　本条废弃管道相较于以往国内外曾处理过的其　段顶部出现的孑Ｌ隙进行第二次充填，充填入掺１０％　它地下废弃空间，有如下特点：管道处于地下，充填　水泥的城市弃土泥浆。此方案适用处于尚未开发地　距离长，充填处理空间大，所需充填材料方量大；在　区，以及较偏区域厂区下的管段充填。　管道沿线上部大部分均为厂房、居民小区或交通繁　方案二：在管底水平向铺设排水板增加排水通　收稿日期：２００８—０４—２２　作者简介：唐群艳（１９８０一），女（汉族），湖南祁阳人，同济大学在读博士研究生，岩土工程专业，从事地下结构和地基处理等方面的研究工　作，上海市杨浦区密云路５２８弄同济西苑５号楼５０４—１，ｔａｎｇｑｕｎｙａｎ２９８２＠１２６．ｏｏｍ。　２００８年第１１期　探矿工程（岩土钻掘工程）　道，以利于之后的充填泥浆充分排水固结；往管段内　充满城市弃土泥浆，静置排水固结后，对管段顶部新　出现的空隙，再充填入掺１０％水泥的城市弃土泥　浆。此方案适用处于居民小区以及建筑物与交通繁　华地带下的管段充填。　两种方案的配比见表ｌ。　表１　充填材料配比方案表　４　充填材料及设备情况　４．１充填材料　方案一中的第一次充填料为粉细砂，第二次充　填料为掺人１０％水泥的城市弃土泥浆。因此，主要　用料为疏浚砂、城市弃土和水泥。方案二中的第一　次充填料为城市弃土泥浆，第二次充填料为掺入　１０％水泥的城市弃土泥浆，且方案二在第一次充填　中增加了排水通道的铺设，因此，主要用料为城市弃　土、水泥和塑料排水板。　４．２设备选用　方案一中第一次充填料粉细砂，用吹砂泵吹人　充填。方案二和方案一中的第二次的充填料泥浆，　选用注浆系统泵人充填。注浆系统包括拌浆机、注　浆泵、贮浆桶和输浆管。鉴于管道横截面积达７．６１　ｍ　，充填量较大，所以要求注浆系统的注浆流量较　大，建议输浆管口径为１０　ｅｍ。此外，第一次充填完　毕后要及时排水，备潜水泵抽水。　综上所述，充填设备包括吹砂泵、拌浆机、注浆　泵、贮浆桶、输浆管和潜水泵。建议设备型号见表２。　表２工程设备一览表　设备名称　型号　设备名称　型号　吹砂泵　ＮＬ１５０—１５　贮浆桶　２　ｍ０　拌浆机０．８　２ｍ　输浆管　１０　ｅｍ口径　注浆泵　ＳＮＣ—ｍｏｏ　潜水泵　ＱＹＩ５　５施工工艺　施工工艺流程见图１。　５．１施工准备　施工准备工作包括管段的划分，管段施工端排　水井砌筑和施工监测装置的安装。　整个管道过长将无法进行有效充填，因此此需　对整个管段进行分段充填，确定各分段点。每施工　分管段的长度不宜过长，以１００　ｍ为宜。同时，管道　图１　管段充填施工流程图　堵塞点和透气孑Ｌ可设为自然分段点。　为使充填后浆料强度迅速增强，要使充填料充　分排水，在每分管段两端设置排水井。排水井的作　用是在管口填置砂袋之后，汇集充填泥浆从堵口砂　袋渗透出来的水，通过设置潜水泵进行排水。砌筑　方式如图２所示，砌筑尺寸设计为管段横截面直径　长的方形井，对于半圆形截面管段，排水井尺寸为　４．５　ｍ　Ｘ４．５　ｍ。　图２排水井硼筑方式示惹图　另外，在每管段的两端安装监视摄像镜头，同时　在管口安装足够长距离的照明设备，满足监视设备　的照明需要。此外，在管顶定点安装小型土压力盒，　测定初次充填料的充填程度以及二次充填时管内浆　液的压力，防止注浆压力过大，压破管道。　５．２设备进场及原料运输　吹砂设备或注浆系统（拌浆机、注浆泵、贮浆桶　和输浆管）分别置于每分管段两端口。各种原材料　（疏浚砂、水泥、城市弃土以及排水板）运输到位。　５．３充填施工　５．３．１方案一充填施工　（１）吹砂管和注浆管放置ｔ充填料不能依靠自　流自行充满整个管道，要依靠高压泵和吹砂泵的推　动力推动砂体充填料的流动，因此，从分管段的两端　将吹砂管放入管段中间位置，从两端同时吹砂。为　７０　探矿工程（岩土钻掘工程）　２００８年第１１期　防止吹砂过程中产生的推动力使吹砂管外滑，吹砂　管放人时，进行固定。在管顶同时置人一条注浆管，　以备二次充填时使用。　（２）管两端砂袋透水墙砌筑：设置封堵透水墙　封堵管段两端口，要求墙体能抵抗充填料端口侧压　力，以防充填过程中充填料的泄漏，同时要保证透　水，保证首次充填完毕后充填料的排水固结。建议　采用０．６　ｍ×１　ｍ编织袋封装疏浚砂，堆砌成４　ｍ厚　度的砂袋透水墙。　（３）吹砂场地砌筑：吹砂之前，在管端处砌筑或　开挖２　ｍ　Ｘ２　ｍ　Ｘ　１　ｍ（长×宽×深）的吹砂场地。　（４）吹砂充填：采用高压水泵吹砂，然后用吹砂　泵充填。为节约用水量，吹砂过程产生的水应该循　环使用。充填至管道充满为止。　（５）第二次泥浆充填：砂体充填完毕抽水静置１　天后，砂中水分通过设置在端口的潜水泵迅速排出，　管段顶部出现空隙，往管段顶部空隙充填入掺１０％　水泥的城市弃土泥浆。注浆系统选用单液式注入系　统，设备型号如前所述。拌浆机、注浆泵、贮浆桶和　输浆管的安装依照机械安装说明安装，密封各连接　段。泥浆配置时水泥的掺人比为１０％，掺人比例以　城市弃土湿土为标准。实测土的含水量，计算水泥　掺入量，搅拌均匀。含水量控制在６０％～７０％之　间，保证泥浆可泵；注浆过程同时从安装的摄像镜头　实时观测，依据摄像镜头观测情况，一边充填，一边　往外撤管。注浆结束控制标准以放置于靠近管段口　的土压力盒测得的压力为依据，首次注浆土体，先测　得浆液压力，根据计算，实测二次注浆时压力增量，　在测得土压力大于静止土压力１０　ｋＰａ时停止注浆。　注浆完毕后，及时对机械设备进行清洗。　５．３．２方案二充填施工　方案二下部充填料为城市弃土泥浆，与方案一　相比，增添了浆体塑料排水板铺设的施工环节。　（１）输浆管放置：在管道底部和顶部分别放置　一条输浆管，并进行固定。　（２）排水通道铺设：废弃泥浆作充填料时，渗透　率小，渗透速度慢，因此，注浆之前，在管道底部铺设　５条塑料排水板以形成浆体内部排水通道。塑料排　水板铺设间距为１　ｍ。　（３）管端砂袋透水墙砌筑：工序如方案一，采用　０．６　ＩＴＩ　Ｘ　１　ｍ编织袋封装疏浚砂，堆砌成４　ｍ厚度的　砂袋透水墙。　（４）充填工艺程序：第一次充填采用城市弃土　制备的泥浆。不掺入任何外加剂和固化剂，铺设排　水板以排水固结的方式使其达到稳定状态，并提高　土体强度。注浆设备与施工流程与方案一中二次充　填相同。　（５）排水固结：充填完毕后，每间隔２天以潜水　泵抽水排水，以促进泥浆的排水固结速度。静置７　天后排水完毕，从摄像镜头观测管道内泥浆的干缩　状态。　（６）第二次充填：泥浆充填完毕，静置７天排水　后，由于泥浆中水的大量排出，泥浆面固结干缩下　降，管顶出现空隙，因此需要进行二次充填，充填料　为掺人１０％水泥的城市弃土泥浆。工序同方案一。　６充填效果及经济效益分析　６．１　管内充填程度检测　沉降稳定后进行管内充填程度的测定，拆除顶　部封堵砂袋，以米尺测定浆液固化干缩面距管顶距　离，换算成面积百分率，若充填率低于９７％，则进行　补充注浆。　对于充填率低于９７％的管段，即管内泥浆面距　离管顶的高度超过１９　ｅｍ的管段，进行补充注浆。　补充注浆配比仍采用添加１０％水泥的城市弃　土泥浆。充填流程同第二次充填流程。　６．２两种充填方案经济效益分析　充填工程造价按立方米充填料需要的费用进行　计算，预算结果见表３。　表３工程造价预算表　由表３数据可见，采用方案一更经济，但鉴于其　用水产生的环境问题，只能适用于地处尚未开发地　区，以及较偏区域厂区下的管段充填。两种方案均　能达到经济有效充填的目的。　参考文献：　［１］张文根．立井壁后注浆施工工艺［Ｊ］．山西煤炭，２００５，２５（１）．　［２］　胡中立．泵吸反循环钻孔桩后注浆施工［Ｊ］．岩土工程界，　２００３，６（９）．　［３］仲付维．泥浆输送泵的选择［Ｊ］．水利水电科技进展，１９９５，１５（４）．　［４］大西浩司．魔案管路内灭　ｌＪ一乇，Ｌ，少，Ｌ，充填工法　改良　［Ｊ］．Ｓｅｒｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００２，（２５）：７１—７３．