□北京建工路桥集团有限公司 许世明 矫志丹 范奎 王少杰
摘要：针对城市地下排水管线维护的困难，特别是针对长期存在积水且无法引流疏干的管道维护及接驳的难题，本文介绍的水下封堵的实践，为城市地下排水管线的维护提供了一个经济可行的办法。
前言
随着时代的发展，城市的规模以及人口的数量直线上升，城市配套设施也得到了飞速发展。地下排水（雨、污水）管道作为城市正常运行的必要配套设施，随着城市的扩改建，必须进行同步提升，才能满足城市正常运行的需求。在这个过程中，地下管道的维护以及新旧管道的接驳等工作量大大增加，特别是部分老旧管道下游排水设施不完善，存在积水且没有闸门无法疏干等情况，给管道的维护和建设造成了一定的困难。
地下排水管道的维护以及接驳，通常需要无水作业，施工时还需要保证主排水管道的正常运行，所以常规的施工方法是使用污水泵进行地面引流，这样做的限制条件是水流不能过大、就近有可导流的下游，但当管道流量较大时，引流实施困难，施工成本较高，特别是当大部分管道位于现况道路以下时，引流便会相当困难，且会影响正常的社会交通，并极易造成二次污染。
水下封堵技术，就是通过潜水人员水下作业，使用特种砂浆完成管道的封堵砌筑，待砂浆达到强度后，将井内的少量存水抽尽，即可达到无水作业的条件。这种做法经济成本较低，但需要施工人员穿戴潜水服，在排水管道内或井内水下作业，由于空间狭小，风险较大，因此在施工过程中，必须具备完善的安全措施。
北京某地下管线工程污水管道需在预留接入检查井（样本污水勾头井）内勾头施工，勾头井与现状排污干管相连，现状井井深11.4米，长年水深5.3米，并且与污水处理厂排水口水位齐平，井内下游管径D=1050 mm，井内不具备抽排水条件。
工程新建上游接入管道管径D=880mm，采用顶管法施工。新建管道已完成，等待勾头。（如下图所示）
样本勾头施工情况示意图（单位：米）
前期调查（勾头井参数、水位、水下情况、下游情况）→方案的确定和完善→施工准备（专业技术交底、情况模拟、特种砂浆制配、模拟试验）→水下砌筑→勾头井内抽水→实施勾头
因水下封堵的整个施工工程均在水下一个狭小的有限空间内进行，且污水透光性很差，作业过程可见度极差，因此对作业区以及上下游的情况调查，是整个工程方案制定且顺利进行的基础。
经过向现况污水样本检查井原施工方了解及查阅竣工资料，检查井的井型是：内净空长2.1米，宽1.6米，井室高3.9米，为端头井，下游连接管为D1050钢筋混凝土管，与主干道下污水管道相连，并最终通过排污干管，并排至污水处理厂。
此段污水管线及下游排污干管常年积水较深，经过一周的观察，W20#检查井为端头井，井深11.353米，水深约5.3米，上下浮动不大，无明显水流，井底存在少量淤泥，下游排污干管管径为D1600，高峰期水流速度达到300立方米/h，水位与样本井内水位基本相同。
因为样本检查井内积水较深，且与排污干管相连，直入污水厂，沿线无闸门，水量极大，且下游管道位于城市主干道之下，不具备实施常规的引流办法的条件和价值，经组织多次专项施工方案讨论，结合南方水资源丰富地区水下砌筑思路，最终得出水下砌筑封堵试行思路方案：
2.3.1 人工潜水施工
针对现场情况，砌筑管堵挡水是解决接入问题的关键。由于水头高，无法引流排空，因此考虑借鉴以往坝体检修、水下管道检修以及特殊井内施工常用的人工潜水方式，此处封堵可采取水下施工。
2.3.2 水下封堵结构施工
由于管径大、水头压力高，无法使用橡胶充气堵，必须采用刚性封堵。结合在富水地层、流砂层暗挖过程中，常用到的土壤固化处理的工法，以及南方富水地区带水砌筑等工法，综合理论，提出水下砌筑，起到封堵闭水作用。
2.3.3 特种砂浆的调制
砌筑过程中，结合材料是水下砌筑的根本，如何让砌筑材料水下不散是关键。经组织相应专家讨论，根据特种混凝土的早强、孔隙自密实等特性，结合将静态水流局部水体粥样化的方式，经多次试验论证，并经专家指导，最终试配出符合水下砌筑用的特种砂浆。相关数据如下：
样 本：绿色液体
固含量：42.8%
比 重：1.26g/cm3
PH值：12.5
碱含量：7.14%
三氧化二铝含量：0.14%
凝结时间如下：
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掺量 |
初凝 |
终凝 |
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4% |
126min |
177min |
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5% |
95min |
155min |
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6% |
63min |
120min |
水下封堵的最主要风险点是作业人员的安全，同时水下作业的质量控制也是工程顺利进行的必要条件。本次水下作业空间狭小，位于地下的污水管道内，能见度极差，需根据水下封堵的特殊性，做好施工前的充分准备。
2.4.1施工人员准备
为减轻水下作业人员的心理压力，需配备2名潜水作业人员换班作业。作业人员必须具备潜水作业经验，且身体健康，有专业资格证书，工作前进行严格的交底培训，并在模拟环境中试工作。
地上需配备如下人员：
通讯员：负责与水下作业人员沟通，并传达项目技术人员的作业指导；
设备调试人员：负责设备的看护、确保输氧设备正常运行；
砂浆制作员：负责特种砂浆的制作；
力工：负责将地下材料传递给水下作业人员，将水下作业人员下放到井下及提升到地面。
医护人员：对下井人员进行下井前身体检查及出井后身体检查。
应急处置人员：根据编制的应急预案，如出现问题，及时响应和处理。
2.4.2 材料设备准备
潜水设备3套，密封式潜水服，头盔具有相应的抗水压能力。
长管呼吸器及供养设备：与潜水服连接，提供氧气。
7.5kw发电机一备一用。
砌筑材料、特种砂浆原材料等。
2.4.3 现状井内情况调查
结合前期了解的情况，安排潜水员下井调查，具体包括：淤泥厚度、井内型式、水下能见度情况、封堵处管道情况及位置等。并将数据整理成册，结合工程资料，完善详尽的施工方案。
2.5.1施工流程
2.5.2设备调试、下水作业前准备
检查输氧系统：首先对输氧设备长管呼吸器进行目测检查，确定无异常后，将输氧管末端与潜水服头盔进气孔相连，运行输氧设备，检查头盔内出气是否正常，检查输氧管道是否存在漏气的部位，检查输氧管长度是否够用，本工程输氧管长度为20m。
目测检查潜水服，要求无磨损、孔洞等，头盔与潜水服连接处密封垫完好、无变形。
检查通讯系统：本工程采用有线通讯，信号线长15m，检查信号线是否有损坏，通讯声音是否清晰。
设备穿戴：设备检查完毕后，将信号线和输氧管绑扎成一束，与潜水服连接好，潜水员穿戴潜水服，佩戴安全带，四根长约15m专用绳均匀固定在潜水员的安全带上，潜水员上下井口，均由四名工人配合进行。
试水调试：潜水员下水后，在水面下静止3～5min，检测潜水服的密封性完好后，下潜至井底，对输氧速度、通讯效果进行调试，确保在最佳状态下进行水下作业，然后由工人将潜水员拉上地面准备正式工作。
2.5.3水下管堵砌筑
水下作业时间应挑选在水位变化最小的时间段进行。本工程管堵位于水下5.3米，勾头时承受水压力为50KN，管堵采用特种砂浆砌筑非烧结页岩砖，管堵厚0.5m。
潜水员到达井底后，首先熟悉水下情况，找清方位，确定管堵砌筑位置，并随时将水下情况向地面技术人员汇报。
将砌筑管堵部位的淤泥等清理干净，然后通知地面人员传递材料。非烧结页岩砖采用吊篮传递，特种砂浆在地面拌制好后，使用铁桶传递。在材料传递时，地面通讯员提前通知潜水员避开井口位置。
第一桶特种砂浆传递到井底后，将其倾倒至管堵砌筑部位，然后摊开，厚度不小于2cm，摊开宽度略宽于管堵厚度，然后在砂浆上铺设砖料并轻轻挤揉，保证砖与砂浆良好结合。在底层砖砌筑完成后，将特种砂浆倾倒在砖面上，然后进行抹挤揉，确保砖缝砂浆饱满。整层砖缝填充饱满后，继续将传送的特种砂浆倾倒在砖面上摊平，厚度2cm，然后铺设砖料并挤揉。按此方法，采用一丁一顺的砌筑形式，逐层砌筑。上述工作均需模拟训练多次成功后方可实施。
管堵最后封口，使用特种砂浆将封口处填充饱满，可添加少量碎砖块。
特种砂浆凝固速度较快，60min即达到初凝，因此砂浆应随用随拌制。
根据水下作业不可见的特点，在砌筑时可适当加大特种砂浆的用量，确保砌筑质量。
特种砂浆24h即可达到100%强度。在管堵砌筑完成后24h，开始抽水，抽水速度应平缓，在抽水过程中观察井内水位下降变化情况。当井中污水抽尽后，在地面听不到明显水声，观察4小时无变化或有极少渗漏后，方可下井检查。检查人员必须身着潜水服，以免出现意外。检查管堵有无明显漏水点及管堵强度，如强度合格但有局部渗漏点，可采用堵漏灵处理，如强度有问题，可身着潜水服进行处理。管道勾头施工需约5天时间，施工期间，需安排24h看护人员进行监测，并在井内备好抽水设备。
水下作业危险性较大，必须采取措施做好安全保护，切忌麻痹大意。
3.1 水下作业对潜水设备、输氧设备、通讯设备等依赖性很大，作业前要对各种设备进行仔细检查，确保其无故障、无损坏，入水后对设备进行调试检测，一切正常后方可潜水作业。
3.2 通讯信绳、输氧气管及安全绳由专人持管，绳、管不得离手；
3.3 潜水员在整个潜水过程中，随时保持警惕，并严格听从地面指令；
3.4 下水施工前需由专门保健医生做心理疏导，并经严格的模拟试验；
3.5潜水作业时间较长，须换班作业，每名潜水员在水下作业不得超过30分钟；
3.6潜水员在潜水及作业的过程中，如发生异常感觉或不适，应迅速通知地面人员，尽快回到地面检查休息；
3.7因地下空间狭小，下潜、上升过程中，潜水员需在地面人员的协助下，缓慢进行，并保持与地面通讯，随时汇报情况；
3.8在浊水下前进时，应先伸手向前探摸，以保护目镜；
3.9严禁在水下解脱信绳；
3.10水下作业完毕，上升前必须提前报告地面，经同意出水后，方开始离底上升；
3.11潜水作业时，长管呼吸器必须有专人看守，保持设备正常运行，一旦发现异常，立即通知潜水人员和井上作业人员，潜水员马上停止施工，离开检查井上到地面，在未查出设备异常的原因和设备正常之前，不得下井作业。
通过对施工过程中的全程参与及工后分析认为，采用水下封堵技术，解决了现状排污管道污水引流的问题，达到无水作业的要求，具有大幅减少抽水量、对周边环境影响小、相对低成本等优点。以本工程为例，抽水量仅15m³左右，相对成本降低了80%。
但因水下封堵整个作业过程均在水下进行，危险系数较大，需做好一切准备工作及安全保护措施，同时因水下不可见的特点，施工质量把控难度较大，对施工人员的素质要求较高，极易造成封堵失败，返工的情况。
本工程顺利解决了排水管道勾头施工中引流困难、高成本等难题，低成本、低影响的完成了无水作业的要求，整个工程均在可控的情况下顺利实施，取得了良好的效果，对以后类似的工程有着极大的借鉴意义。
参考文献
《水下工程》 2006年1月 中国电力出版社出版 作者：陈惠欣
《混凝土外加剂》 2003年8月 陕西科学技术出版社 作者： 何廷树
