市政道路配套污水管道顶管设计及优化

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摘要：通过介绍山城某市政道路污水管道顶管设计及优化，从污水管道管径及坡度、工作井数量及尺寸等方面进行分析，提出了合理可靠的解决方案。加快了施工进度、减小了安全隐患、减少了风险源、节约了造价，从顶管设计方面为相关工程提供借鉴和参考。

关键词：污水管；顶管设计；优化

引言

城市的发展和人口的增加为城市污水管网建设提供了挑战与机遇。近年来，国家各部委陆续印发相关文件，以推动污水收集和处理设施的改造及建设。目前，污水管道的施工方法包括开槽施工与不开槽施工（顶管法、盾构法、浅埋暗挖、定向钻及夯管法等）。随着科学技术的革新，污水管道的顶管施工技术日益成熟，这给设计带来了多样化的优化方案。

1工程概况

项目区域内尚未开发建设，区域主要为自然山体、河流、农田，零星分布有少量民房。原始地形起伏较大，最高标高275m，最低标高170m，高差105m。道路长度约2.57km，其中有一段为分离式单拱隧道1座，隧道采用上、下行分离式独立双洞，双向六车道，左右线隧道设计线最小间距19.8m，左线隧道长287.744m，右线隧道长251.424m，隧道位于道路曲线段。根据规划资料，项目中的污水管道基本沿道路走向。本次污水管道设计长度约2.57km，主管管径为D400mm，管线埋深为2m～38m。全线污水分为2个系统，其中A系统埋深为2.4m～9.5m，B系统埋深为2m～38m。该项目约有300m管道埋设深度大于10m。地勘资料显示，B系统管段所在的地层基本为泥岩、砂岩。考虑到B系统开挖困难（此段道路为隧道）、施工条件复杂、埋设隧道内危险性较大、维修时影响交通，结合地质勘查报告经过技术经济比较后，将此段改线后沿隧道外侧敷设，并采用顶管施工。

2污水管道顶管设计

2.1顶管段地形地质条件

拟建场地属浅丘剥蚀斜坡地貌，穿越一小矮丘，场地大部分地段被第四系残坡积粉质粘土覆盖，局部地段基岩出露。顶管起点段地形坡度22°～25°，中部为场地内最高点且地形坡度较陡，两侧地形相对较缓，顶管终点段地形坡度20°～24°，局部呈陡坎，最高点标高为274.61m，最低点标高为214.12m，相对高程约60.49m。场地位于大盛场向斜东翼，无断层通过。岩层呈单斜产出，岩层产状为291°∠60°，局部充填泥质，结合程度差，为硬性结构面。场地内地层自上而下依次为：第四系全新统人工填土、残坡积粉质粘土、残坡积块石土及侏罗系中统沙溪庙组泥岩、砂岩。

2.2片区排水分析

拟建场地属浅丘斜坡地貌，有利于地表水及地下水的排泄。场地内泥岩为相对隔水层。其地下水主要为强风化基岩的风化裂隙水，主要由大气降水补给，水文地质条件简单。场地土层及基岩强风化带在雨季可能存在季节性上层滞水，雨季施工时有可能对工程有一定影响。片区地势为东高西低，东侧为山体、西侧为河流及其支流；南北方向为中间高南北低，故雨水总体走向为中间向南北两侧，然后由东至西接入下游道路雨水系统，最终排入河流。污水管道顶管段位于片区北侧穿越小矮丘处，污水总体走向由东至西接入下游道路污水系统，最终汇入位于项目西北方向的已建污水处理厂。

2.3污水顶管段设计

分离式单拱隧道东西向延伸，左线隧道长281.744m，右线隧道长251.424m，洞内净宽14.25m，单向三车道。本次设计污水管道沿隧道敷设，与隧道外侧结构最小水平净距为15m，覆土最高达38m，故考虑该段污水管道实施采用顶管方式。通过计算及规范要求，本段管径采用d800mm，坡度为2.1%，设置2个工作井及2个接收井。

3污水管道顶管段优化分析

3.1顶管工作井优化

顶管施工的工程费用与顶管的顶进长度有关，顶进长度越长工程费用越高，但顶管井的数量相应减少。同样，若缩短顶管井之间的距离，虽然顶管工程费用降低，但顶管井数量增加，工程费用亦随之增加，因此需对其进行综合比较分析。顶管段全长约300m，且与隧道结构最小水平距离为15m。将顶管段分为2段，中间1个接收井，起止点为工作井。较之在起止点中间设置1个工作井与1个接收井的方案更合理。接收井在施工完成后可优化为通气井。在满足工作面和使用功能的前提下，为便于现场施工，节约造价，结合专家意见后将结构外尺寸由7.8m×4.3m调整为5.5m×3.6m。施工井的施工方法采用逆作法，非常适合在岩石地质情况下的采用，安全性高。可通过减少修建工作井的数量和减小工作井尺寸来降低造价，加快施工进度，并减小施工难度。

3.2顶管管径优化

接收井深度达38.3m，属于超深井。施工时存在如下问题：①该段隧道爆破震动容易落石，对井下施工人员造成重大安全隐患；②接收井刚好位于施工进场便道上，施工时影响材料进场等操作；③施工难度大、安全风险高，管道空间狭小、埋深大，不便于施工人员施工；④井深带来检修不便，建成后利用率不高；⑤施工进度慢，影响整体工期。基于上述原因，顶管段管径由原设计的D800mm调整为D1200mm。施工过程中施工人员及建成后检修维护人员均可进入管道进行实施或检修，相对较为方便和安全。

3.3顶管管道坡度优化

为保证施工更好地控制精度、利于施工人员在通道内运输及作业，坡度不宜过大；但为了保证污水管顶管工程的运行安全和疏浚顺畅，顶管坡度不宜过缓。结合本工程实际情况，将排水纵坡由2.1%调整为0.6%，同时保证下游坡度大于等于上游坡度。设计上游坡度为0.3%，下游坡度为2.38%，经过计算满足上游流速小于下游流速，避免因管径增大流速变小引起的淤积。为进一步保证顶管段管道的排水顺畅，顶管段与上下游开挖段管道衔接采用管底平接，并在顶管段前设置沉泥井。

4结语

随着技术发展，排水设计理念与方法的提高为排水施工的创新提供了有利条件，同时为社会经济的发展起到了促进作用。综上优化，工程总投资从原来的189.2万元下降至183.4万元，减少了将近6万元，通过顶管段整体设计优化达到节约造价的目的。本项目的污水管道顶管段管径的优化及采用管底平接的方式，突破了以往设计对于管道不同管径的管道衔接的变化习惯。顶管工作井的尺寸调整、逆作法的施工方法、接收井兼做检查井的做法等，对类似工程极具借鉴作用，有助于推动城市建设进程。

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作者：方俐 单位：重庆市交通规划勘察设计院有限公司