PCCP作為頂管在穿越建筑物中的應用

董曉兵

1 工程概況

禹門口提水東擴工程位于山西省中南部，是向臨汾、運城六縣市（新絳、稷山、襄汾、侯馬、曲沃、翼城）工、農業以及農村生活供水的保障性給水工程。工程沿線共布置調蓄水庫2座，提水泵站4座，主管線全長48.8km，支管線總長20km，輸水干渠總長11.1km，支渠總長34.3km。工程分兩期實施，其中：一期工程為向新絳、侯馬、曲沃、翼城四縣市工業及農村生活和侯馬北莊、新絳三泉、曲沃澮河灌區、翼城利民灌區農業供水。二期工程為向稷山汾南灌區、襄汾原井灌區農業供水。

2 方案的提出

山西省禹門口提水東擴工程的管線工程經實地勘察優化，目前有14處穿越公路頂管，鑒于頂管專業性強、施工難度大、周期長、相對投資大，為優化設計，我公司會同設計人員考察國內相關工程（陜西黑河供水二期工程、河南云臺山引水工程）并咨詢了有關單位和專家，擬采用帶鋼筒的PCCP管道作為頂管，并直接作為壓力管道使用，現將此方案可行性做一闡述。

3 工程頂管設計情況

3.1 頂管整體設計情況

禹門口提水東擴工程一期工程管線總長度為56.13km， 其 中 DN2000PCCP約 22.06km 、DNI800PCCP約 21.79km、DN1600PCCP約 1.10km、DN1400PCCP約 4.84km、DN1200RPMP約 4.86km。線路涉及四縣七個鄉鎮，多次穿越鐵路、高速公路、公路，頂管設計難度大、涉及投資多，一般均為關鍵線路上的關鍵節點，對工期較為敏感。因此，頂管設計成為工程設計的難點和重點。經可研、初步設計階段不斷優化，招標階段明確穿越鐵路4處、長度285m，穿越公路14處、長度為665m。初步設計方案為箱涵頂進，現擬考慮采用PCCP管道頂進方案，為此我們將箱涵和傳統頂管及PCCP直接頂管做一比較。

3.2 箱涵頂進與傳統頂管頂進方案對比

箱涵頂進是在現場預制鋼筋混凝土箱涵，然后將箱涵逐節頂進最終形成管道穿越的方形涵洞。其優點是可根據工程需要設計成所需的形狀和尺寸，如長方形、正方形等，其缺點是成本高、施工周期長，一般適用于大型涵洞的頂進。

頂管頂進是直接采購圓形頂管，然后將頂管逐節頂進最終形成管道穿越的圓形涵洞。與箱涵頂進相比，其優點是管材成本低、土方開挖量小、管道采購和施工工期短，缺點是當管徑超過3m時，受超高、超寬、超重影響，將難以運輸。一般適用于直徑小于3m的頂管。

表1 頂管頂進方案與箱涵方案對比表

根據表1所列方案，以穿越2m直徑管道為例對其成本加以比較。采用箱涵頂進方案成本約為2萬元/m，采用頂管頂進方案成本約1.5萬元/m。同時頂管頂進方案還可以縮短工期1/3甚至1/2。因此，本項目采用頂管頂進方案明顯優于箱涵頂進方案。

4 PCCP頂管和傳統鋼筋混凝土頂管方案對比

針對頂管設計和施工方案，經調研、考察并咨詢類似工程建設經驗和專家意見，提出采用PCCP管道作為頂管，并由頂管直接作為壓力管道使用。

國內將頂管直接作為壓力管道是在PCCP使用發展過程中，根據PCCP結構特點和頂管特點由PCCP管廠所開發的一種新型頂管，其基本特點是帶鋼筒和承插口的預應力混凝土結構，分別作為管體防滲、接頭防滲、管體承受水壓力和外荷載措施。同時作為管道受力結構一般有兩種，一種是根據荷載情況設計采用兩層或三層鋼筋網混凝土管體；一種是采用與PCCP完全相同的預應力混凝土結構，但保護層由砂漿層變為有一層鋼筋網的現澆混凝土保護層。因此，該頂管具有傳統頂管的全部功能，并具有PCCP承受水壓力和接頭防滲的優點，也使該種頂管直接替代傳統頂管和內部穿管成為可能。

5 直接采用PCCP頂管可行性分析

5.1 施工簡單

直接采用PCCP頂管與傳統頂管加套管工藝相比，頂管內徑減小、省去穿管工序（管材費用和施工費用），土體開挖量減少50%～60%，施工難度大大降低。

5.2 基礎受力條件改變

采用帶鋼筒和承插口的混凝土頂管直接作為壓力管道，管道加水重比所開挖的土體重量減小40%～60%。減小了基礎荷載，不會增加基礎承載力，比傳統頂管受力情況有所改善。

5.3 成本低

直接采用頂管作為壓力管道可大大縮減成本。

一是省去內部穿管的全部管材費和安裝費用。

二是減少頂管的管材費用。頂管內徑減小，管材費用減小40%～50%。

三是減少土體開挖量50%以上。

5.4 進度加快

由于施工工藝簡化，施工難度大大降低，頂管施工進度大大加快。

6 本項目擬直接采用PCCP頂管的情況分析

6.1 基礎條件

6.1.1 有利條件

頂管施工工藝已非常成熟，直接頂管已有多項工程成功應用，最早應用已達十年以上。本項目所設計各處頂管地質均為Q2和Q3黃土，土質均勻，地下水埋深在15m以下，有利于頂管作業，可頂進性好，利于提高開挖精度，且可以直接采用人工挖土作業。因避免采用頂管成套設備，成本還會明顯降低。

6.1.2 不利條件

輸水線路經過的主要地貌單元為山前沖洪積傾斜平原區、汾河河谷、漫灘及階地，本段汾河主要發育一級階地和三級階地。主要發育的地層有新生界第四系中更新統（Q2pl）、上更新統（Q3pal）、全新統（Q4pal）以及人工堆積（Qs）。場地低液限黏土多為中等—強烈濕陷性土，存在濕陷性問題。一旦接頭漏水會造成管基沉降，嚴重的會造成路基沉降破壞。

6.2 質量保證措施

6.2.1 加強接頭防滲處理

可對頂管內部接縫進行防滲處理，結合南水北調PCCP漏水管道處理措施，對全部內部接縫進行加強防滲處理。該防滲結構可保證在膠圈止水失效后作為備用防滲結構，以保證管道不會滲水而保證正常運行。

6.2.2 加強接頭制作及安裝質量控制

制作時盡量減小管接頭橢圓度、頂進前先進行接頭水壓試驗，確認管接頭密封良好后再頂進，后期接頭漏水可能性很小。

6.2.3 加強開挖和測量控制

提高頂管軸線和高程精度，最大程度保證承插接口處于正常工作狀態。

6.2.4 加強通水前的接頭打壓控制

把握接頭工作條件并對打壓不合格管道進行進一步處理和缺陷備案。

根據以往經驗，采用良好的安裝工藝和質量保證措施，PCCP管道接頭防滲是絕對可靠的，并能最大程度適應不均勻沉降。本項目能嚴格控制并減小承插口的制作精度，嚴格控制頂管施工工藝和安裝質量，并增加管內接縫，加強防滲處理措施，頂管接頭漏水問題基本可以完全杜絕。

7 結語

通過以上分析可以看出，傳統的鋼筋混凝土管頂管優于箱涵，而直接采用PCCP頂管又優于傳統的鋼筋混凝土管頂管，2010年12月8日，采用此方案分別在翼城縣南塘到西下坪混凝土公路以及曲沃澮河水庫上壩公路進行了頂管施工，通過對管道打壓試驗及各項指標的驗收，頂管施工達到規范要求，充分證明了直接采用PCCP頂管既能保證工程質量又能加快工程建設進度，是經濟合理可行的。