雨水管非开挖修复技术研究

上海机场建设指挥部 上海 201202

1 工程概况

某地道地基已经过堆载处理，共有东西2 条地道，西侧地道全长568 m，东侧地道全长294 m（远期预留）。雨水管在地道最深处W7段和E4段从底板下横穿2 条地道，并沿地道向南延伸，见图1。

图1 地道雨水管位置平面示意

W7段和E4段为地道遮光段，长度38 m，底板厚度1.1 m，墙板厚度1 m，光栅梁0.8 m×0.6 m，间距3 m。W7段和E4段无地基加固，设有3 排共36 根Φ800 mm钻孔灌注抗拔桩，底板下的DN800雨水管有钢筋混凝土加固措施，落低井宽度为0.3 m，如图2所示。

本工程所修复的雨水管材质为球墨铸铁，底板结构内外采用软接头连接，其余采用承插式接头，弯头采用45°弯头。雨水管埋深约9 m，下有厚20 cm中粗砂垫层，位于黏质粉土层。

图2 西侧地道W7段雨水管处剖面

2 雨水管损坏情况及原因分析

地道工程竣工1 年之后，从与雨水管相通的泵站中发现抽出大量泥沙，并且在W7段结构边地表发现一个Φ0.8 m的塌陷洞口，从而判断雨水管可能损坏。通过在地道底板上重新开设工作井，切割开雨水管，进入管内发现最西面的雨水管软接头已损坏，橡胶顶部被撕裂且结构内外雨水管有轻度错位，其余3 个软接头也有损坏（图3）。

图3 雨水管接头处损坏情况（由西至东）

根据损坏的情况，推断雨水管橡胶软接头外侧的钢套管在填土后发生变形或移位，未起到有效的保护作用，在上方9 m深回填土的重压下软接头橡胶顶部撕裂，导致周围砂土随地下水涌入雨水管，并加剧了软接头的损坏，而非差异沉降造成。

经过对4 个接头损坏情况的观察，发现2 条地道间的接头损坏情况较外侧2 个接头要好很多。通过分析发现，中间的2 个接头四周分别被工法围护和水泥土搅拌桩包围，与外界水系一定程度地隔离了，从而推断地下水的含量也是影响雨水管损坏情况的重要因素之一。

3 雨水管修复技术[1-6]

探明损坏情况以及损坏原因后，拟订了开挖和非开挖2 种修复方案来进行修复。开挖修复法为重新打设围护，然后开挖至雨水管底，对雨水管接头进行彻底的修复；非开挖修复法为利用工作井，钻入雨水管采用内衬钢套筒的方法对软接头进行修补。开挖修复法的优点是能够保证修复质量，缺点是费用较高、工期长；非开挖法的优点是影响小、工期短、费用低，缺点是修复质量受施工现场条件影响且修复后过水截面变小。由于地道已移交给运行单位，故选择了安全性和可操作性更强的非开挖修复方案。

非开挖修复方案施工流程：开凿工作井→CCTV检测→清淤→内衬修复→高压旋喷管底加固→塌陷土体翻挖→工作井恢复

3.1 工作井开凿

为尽量减少对既有结构的影响，开凿主要采用人工风镐打凿混凝土和氧气切割钢筋相结合的方法。雨水管采用砂轮切割机切割。

工作井尺寸1.6 m×0.8 m，雨水管修复后恢复成0.7 m×0.7 m的检修井，故开凿时根据规范要求预留钢筋连接长度，钢筋采用挤压套筒连接。混凝土打凿的实际尺寸为1.8 m×0.8 m，横向Φ28 mm、Φ25 mm的钢筋预留长度15 cm，纵向Φ15 mm的钢筋预留长度20 cm（过程中先弯起以留出工作面）。

3.2 内衬修复

施工前需对雨水管壁内表面进行清洗，清除表面垃圾，使修复的材料与原雨水管壁接触充分、无空隙。

施工流程：凿开变形渗漏点→水玻璃和聚氨酯凝固损坏点上方土体→聚氨酯堵注→快干水泥补平→沥青麻丝嵌缝→安装O形橡胶止水带及钢套环

软接头凿开后立即用泵将水玻璃和聚氨酯混合物注入上方土体进行初步封堵，防止土进入雨水管，再进一步用聚氨酯进行堵漏，完成后凿除多余部分用水泥补平，将两边O形橡胶止水带放置到位，中间用沥青麻丝填充，最后安装钢套环。钢套环分上下2 片，左右两边各有1 个螺丝，安装好后拧紧螺丝，将钢套环上下撑到位（图4）。

钢套环安装完成后用遇水膨胀条填补边上的缝隙，并找平边上的坎，避免积淤。修复完成后雨水管过水断面Φ75 cm，过水断面面积减少了12%（图5）。

根据雨水管水流速度计算公式：Q=ω×V，其中Q为单位时间过水量，ω为过水断面面积，V为水流速度。由此计算出面积减小后水流速度增加了14%。另考虑到雨水管修复后表面的粗糙程度改变对水流的影响，实际水流速度的增加约在18%左右。

图4 雨水管横断面

图5 雨水管纵断面

3.3 高压旋喷管底加固

为了防止结构内外后期可能的差异沉降以及塌陷渗漏造成的空洞对雨水管再次造成损坏，保证修复效果，对管底进行高压旋喷加固（图6）。

图6 高压旋喷加固平面示意

雨水管接头两边50 cm、距离结构边150 cm各打一根Φ1 200 mm高压旋喷桩，采用P.O 42.5水泥。水泥掺量为25%，水灰比为0.7～1.0 ，高压泵压力5 MPa，提升速度不大于100 mm/min。

桩长为6 m，雨水管上部2 m，雨水管下部3 m，雨水管中心标高为-3.81 m。雨水管部位喷射压力为上部和下部压力的80%，且同时观察压力值有无异常、雨水管内有无渗漏。

3.4 工作井恢复

雨水管修复完成后按照原设计配筋对底板进行恢复，新钢筋与既有钢筋的连接采用A级挤压套筒连接。恢复后在检修井内设置一把不锈钢爬梯，并在井口盖铸铁盖板。

4 综合物探

因雨水管及泵站中清运的流砂方量较大，软接头周边土体可能存在掏空现象，会对上方机场滑行跑道土面区造成安全隐患，故在注浆之后再对渗漏影响范围进行综合物探，采用地质雷达法、高密度电阻率法、跨孔电阻率CT法等多种方法相结合来达成探测目的。

地质雷达是利用介质间的电导率、介电常数等电性差异分界面对高频电磁波的反射来探测地下目标体的。高密度电阻率法通过A、B电极向地下供电，从而得出记录点的电阻率，进行计算与分析，获得地层中的电阻率分布来达成探测目的。跨孔电阻率CT法是高密度电阻率法的一种技术改进。

根据现场环境情况，布置雷达测线12 条，总长度480 m，高密度电阻率法测线12 条，总长度480 m，跨孔电阻率CT法测线2 对。通过上述方法进行探测后，没有发现雨水管软接头周围存在土体空洞。

5 结语

通过对地道底板下雨水管软接头损坏情况原因的分析，就2 种修复方案进行了比选，最终采取了非开挖修复的技术对雨水管进行修复。修复完成后，经过半年时间的观察，不再发现有漏水或者流砂的现象；同时非开挖修复使得软接头处的过水断面减少了5 cm，但雨水管本身管径较大，对水流速度影响不大。综上所述，非开挖修复技术对损坏情况较轻微的雨水管软接头具有良好的效果。