城区排涝通道改造施工方法比选

随着城市的发展，城市排水管网承担的输水压力越来越大，管道中出现的问题也越来越多，管道溢流、渗漏、淤积以及分流制排水系统中存在的初期雨水污染等问题日益严重，破坏了城市水环境，严重制约了城市的发展。为深入贯彻落实政府关于水旱灾害防御工作的重要指示精神和省市关于加快重点渍水综合整治的有关工作要求，某市通过系统治理和局部整治相结合的方式，开展全市渍水点综合整治，降低城市积水风险，以保障人民群众生命财产安全。本文以某城区渍水点问题为案例，分析比较了排涝通道改造的施工工法并进行科学选用。

1 渍水问题及解决措施

1.1渍水问题

该城区汇水区汇水面积约8.3km²，现状排水箱涵过流能力不足，导致箱涵雍水，且末端地势较低，导致箱涵内雨水通过与之连接的检查井和雨水口溢流出地面，同时随着降雨量的不断增加，雨水不断在该低洼路段聚集，频繁水。

1.2解决措施

本工程解决思路是：通过新增排水通道进行分流，增大片区雨水排水能力，解决该处渍水点问题。根据《室外排水设计标准》（GB 50012-2021），该市属于超大城市，管渠设计重现期P取3~5a，低洼地段或重要地区采用5a。该渍水点为片区低洼渍水点，故管渠设计重现期按5a设计过流量及管径。

当P=5a时该汇水区设计流量为78.6m³/s，现状管渠实际过流流量为45.1m³/s，流量缺口达45.4m³/s，水力计算分析如表1所示。根据水力计算结果，通道管径初步定为4500mm，此等规模的排水通道管径较大，暂未调查到同等直径的工程案例，从实施角度出发，考虑对管道纵断面进行优化，增大管道坡度，尽可能减小管道断面尺寸。经优化调整后，管道内径尺寸为4250mm，坡度为0.0013，管道过流量与d4500基本相当。通过相关的资料调查及收集，目前已有内径4250mm的排水隧道实施案例，故本工程拟采用d为4250mm的排水通道尺寸。

2 通道路由比选

从工程造价、排水条件、可实施性三个方面对通道路由进行比较，见表2。

从排水条件来看，方案三管底高程较高，排水条件较好，能有效降低顶托风险；从可实施性来看，方案-方案二施工难度大于方案三；从工程造价来看，方案二>方案一>方案三。综合考虑推荐方案三。

3 施工方案的比较

目前，长距离传输管道工程施工技术主要有明挖法、盾构法、顶管法和矿山法。

3.1明挖法

明挖法是从地表开挖基坑，施工结束后用土石进行回填的浅埋隧道、管道或其他地下建设工程的施工方法。明挖法主要有敝口明挖和盖挖两大类。明挖施工的特点是可以适用于各种不同的地质情况，减少埋深，施工工艺简单，技术成熟。但当施工区域位于城市道路或居民密集区时，明挖法施工对地面交通的干扰较大，地下管线迁改工作较大，且基坑深度大时基坑支护费用较高。

3.2盾构法

盾构法是采用盾构掘进机进行开挖，钢筋混凝土管片作为衬砌支护的隧道暗挖施工法。盾构法施工对周围建筑及地面变形控制较好、施工速度快，施工环境好，且随着盾构机制造技术的成熟，其造价已接近甚至已低于矿山法隧道或明挖法隧道。盾构法隧道的主要特点有：

（1）盾构管径不受限制；

（2）盾构曲线半径R>250m为安全转弯半径；

（3）管片的拼装，需在施工过程中掘进一段距离后组装和内衬相应的管片；

（4）工作井满足盾构施工需求即可；

（5）单次顶进长度不受限制，可按需求制定单次掘进长度。

3.3顶管法

顶管法是地下管道或隧道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物采用的一种暗挖式施工方法。顶管法的主要特点有：

（1）顶管管径：一般适用于顶进DN≤4000mm；

（2）顶管曲线半径：R≥600m为安全转弯半径；

（3）中继间：为保证长距离顶管过程中的安全及顶力的保证，采用中继间；

（4）工作井：提供一定强度的工作井（后背墙），保证顶进的安全；

（5）单次顶进长度：需根据实际的土层地质资料，在保证施工安全的前提下而制定单次顶进距离，一般安全距离为≤1000m。

3.4矿山法

矿山法主要是用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。其断面根据限界要求一般设计为马蹄形断面，采用复合式衬砌。初期支护一般采用网喷+锚杆+钢格栅的联合支护形式，当地层条件较差时，可增加预注浆或旋喷加固地层，管棚超前支护等工程措施，尽可能限制围岩的松驰变形。二次衬砌采用现浇模筑混凝土，根据隧道所穿越的不同地层及埋设深度，分别采用不同的支护形式。矿山法施工的主要缺点是地表沉降较大且不易控制，对周边的建筑物的安全影响较大，防水效果相对较差。

4 施工方法的选择

老城区建成时间较长，要解决道路排水不畅问题，必须在分析排涝通道控制因素的基础上对施工方法进行科学选择。

4.1控制因素分析

（1）穿越的土层主要为杂填土、粉质黏土和红黏土层，局部穿越中风化石灰岩；

（2）部分道路地面起伏较大，管内底深3.8~14.5m；

（3）道路红线宽度分别为25m、30m，交通量较大；排水通道位于现状机动车道范围；

（4）横穿现状交通主干道；

（5）现状管线众多且下穿110kV电力隧道2次。

4.2施工方法的选择

由于明挖法对城市交通、既有管线等影响较大，且对于埋深较大的基坑支护经济性较差，一般不予采用。通过对国内外排水隧道的资料收集可以发现：对于直径小于2m的排水隧道，采用顶管法居多；对于直径大于2m、小于4m，盾构法、顶管法均有成功案例，对于直径大于4m，暂无顶管法实施案例。

结合控制因素分析，若全线采用明挖法施工，部分基坑深度较大，施工风险高，施工措施费高，且需管线迁改及交通疏解量大，因此不推荐全线采用明挖法实施，仅在埋深较浅的起点与终点处采用明挖法施工。剩余段考虑暗挖法施工。本工程路由较长，若采用矿山法在现状道路下方施工，洞顶覆土深度5.5~9.6m，约1~2倍洞径属浅埋隧道，施工辅助工法较多，且施工机械化程度低，防水效果较差，施工速度慢，施工风险大，因此不推荐采用暗挖法施工。以下进行盾构法与顶管法的工法比选。针对本工程，顶管法施工存在几个突出问题：

（1）考虑顶管管节运输、顶管施工技术水平等因素，目前国内在建或已实施完成的最大尺寸的顶管内径为4000mm，暂无内径>4000mm的顶管实施案例。

（2）根据《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246-2002）5.4.1节“管顶覆盖层厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1.5倍，并应大于1.5m。”及5.3.2节“钢筋混凝土管和玻璃纤维增强塑料夹砂管不宜小于1倍管道外径，且不应小于2m。”，根据工艺布置，下穿电力隧道处难以保证2m的竖向净距；且考虑顶管覆土要求，穿越主干道处覆土仅为6m（其中3.5m为素填土），需采用明挖，工程实施的协调难度较大。

（3）该工程位于中心城区，现状道路交通量大，且管线众多，顶管法与盾构法相比，在控制地面沉降方面效果较差。盾构法实施对周围建筑及地面变形控制较好、施工速度快，施工环境好，施工工作井少，对地面交通影响小，且随着盾构机制造技术的成熟，其造价已接近甚至已低于矿山法隧道或明挖法隧道。

盾构法在施工竖井设置上相对灵活，地层适应性较强，且单次掘进能力强，平面布置相对灵活，对地面及地下建构筑物影响也相对较小，而顶管法在工期、造价上相比盾构法更具优势，由于本工程受平面线型的限制及设置工作井的便利性和经济性，且考虑到既有建构筑物的影响，推荐采用盾构法（>5m覆土范围）+明挖法（局部埋深较浅处）作为推荐工法。

5 结束语

综上所述，在中心城区新建排水通道，可增大片区排水调入过流能力，提高片区排涝标准，降低渍水风险；在中心城区新建长距离大管径排水通道，在埋深允许的情况下推荐采用盾构法，可实施性更强；排水设施的正常运行依赖于日常的管理维护，尤其要加强对排水设施的清淤，恢复其过流能力。

 

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