機械頂管穿越鐵路的工程組成及投資分析

溫哲

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，鄭州450001）

1 引言

近年來，在城市發(fā)展和海綿城市建設的要求下，大直徑管道穿越既有鐵路成為部分項目施工中的重要制約因素。目前，我國頂管的方式主要有人工頂管和機械頂管。由于人工頂管存在效率低、安全隱患大、管徑受限等缺點，僅適用于短距離施工。機械頂管施工具有工期短、少架空、對鐵路運營干擾少、安全性好等特點，在穿越既有鐵路頂進施工中能夠發(fā)揮較大優(yōu)勢，故各鐵路局已逐步推廣應用。本文通過比較分析機械頂管穿越鐵路的各項工程指標對費用的影響，總結出其綜合費用指標，為前期方案比選及投資控制提供參考。

2 機械頂管穿越鐵路的工程組成

機械頂管施工是將置于工作井中的頂管掘進機通過主頂油缸向前推進至止水圈后，由電動機提供能量轉動掘進機頭刀盤來切削土層、粉碎石塊，并使之進入泥水艙與泥漿混合，然后由泥漿系統(tǒng)的排泥管泵送至地面，與此同時，機頭連同管道在持續(xù)頂進力的作用下，最終穿過土層到達接收井。其主要工程內容由頂管、沉井、線路架空及附屬工程等組成。

2.1 頂管

頂管主要由管節(jié)和接口組成。管節(jié)按其接頭形式一般可分為平口式、企口式、承插口式和鋼承口式，由于鋼承口式鋼筋混凝土管具有柔性承插口管的特點，適合長距離及曲線施工，且管材壽命期長，因此，常用于頂進施工。鋼承口式鋼筋混凝土管的接口主要由外套環(huán)、橡膠止水帶和軟木襯墊組成。

2.2 沉井

沉井是井筒狀的結構物，它是以井內挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設計標高的結構物，主要由井壁、刃腳、凹槽、封底及頂蓋組成。機械頂管的沉井分為工作井和接收井,工作井是安放所有頂進設備的場所，也是頂管掘進機的始發(fā)地，同時又是承受主頂油缸反作用力的構筑物；接收井則是接收頂管掘進機的場所。

2.3 線路架空

在下穿鐵路施工時，為防止既有鐵路路基沉降、確保鐵路運輸安全，需采用D 形便梁等對既有鐵路進行架空，同時施工的全過程需要路局相關站段人員對施工過程進行安全和線路封鎖等方面的配合。線路架空的形式主要與頂管埋深等有關，一般規(guī)定管頂覆土不得小于1.5 倍管徑且不小于2m。當埋深小于3 倍管徑且路基沉降大于6mm 時，需對既有鐵路進行線路架空；若埋深大于3 倍管徑且路基沉降小于6mm 時，一般可采用輔助架空以確保鐵路運營安全。架空過程包括施工架空樁、安拆D 形便梁，對既有線路進行應力放散鎖定等[1]。

2.4 附屬工程

附屬工程是在機械頂管穿越鐵路的施工過程中，一些輔助性的措施或工序，包括對既有鐵路路基的注漿加固、拆除恢復鐵路防護柵欄、頂進后座及坑內平臺安拆、洞口加固、沉井抽排水等內容。

3 影響各項工程費用的指標分析

3.1 頂管

影響頂管費用的主要內容有管材型號、管徑、接口處理等，選取80m 頂管的工程數量進行計算，各項主要內容的費用如表1 所示[1]。以表1 中數據繪制的分析圖如圖1 所示。

由表1 和圖1 可以看出，型號不同對頂管費用的影響為3.76%～14.83%，管徑不同對頂管費用的影響為24.13%～143.85%，接口處理不同對頂管費用的影響為0.49%～0.81%，管徑對費用的影響最大，因此，可用不同的管徑來代表頂管進行綜合費用指標的編制。

圖1 頂管各項主要內容費用對比

3.2 沉井

影響沉井費用的主要內容有直徑、井深、封底等，選取常見類型的工程數量進行計算，各項主要內容的費用如表2 所示。以表2 中數據繪制的分析圖如圖2 所示。

圖2 沉井各項主要內容費用對比

表1 頂管費用計算表元

表2 沉井費用計算表元

由表2 和圖2 可以看出，直徑不同對沉井費用的影響為29.37%～82.01%，井深不同對沉井費用的影響為12.85%～29.95%，封底厚度不同對沉井費用的影響為2.65%～4.73%，沉井直徑對費用的影響最大，因此，用不同的直徑來代表沉井進行綜合費用指標的編制。

3.3 線路架空

影響線路架空費用的主要內容有架空范圍、架空形式及線路類型等，選取常見的架空類型進行計算，各項主要內容的費用如表3 所示。以表3 中數據繪制的分析圖如圖3 所示。

由表3 和圖3 可以看出，架空范圍不同對線路架空費用的影響為1.59%～10.42%，架空形式不同對線路架空費用的影響為51.95%～65.21%，線路類型不同對線路架空費用的影響為8.44%～14.81%，架空形式對費用的影響最大，因此，用不同的架空形式來代表線路架空進行綜合費用指標的編制。

3.4 附屬工程

圖3 線路架空各項主要內容費用對比

影響附屬工程費用的主要內容有鐵路路基加固、拆除恢復鐵路防護柵欄、頂進后座及坑內平臺安拆、洞口土體加固、沉井抽排水等，選取某項目的附屬工程數量分別進行計算，各項主要內容的費用如表4 所示。以表4 中數據繪制的分析圖如圖4 所示。

由表4 和圖4 可以看出，鐵路路基加固和洞口土體加固所占比例達附屬工程全部費用的94.62%，因此，僅針對路基加固和洞口加固進行綜合指標編制。

表3 線路架空費用計算表元

表4 附屬工程費用計算表元

3.5 政策因素

3.5.1 人工費、材料費的影響

由于物價上漲、生活成本逐漸提高等原因，人工費也在不斷增加。而且近幾年受環(huán)保等政策影響，水泥、地材等價格波動較大，尤其在冬季采暖期，多數工廠關停，材料價格增長幅度較大。選取某項目工程數量進行計算，各項費用如表5 和表6 所示。

表5 工程費用計算表（料價變化）元

表6 工程費用計算表（工費變化）元

由表5 可以看出，材料價格波動對投資影響較大，同年內2 季度投資最低，而到4 季度投資達到最高點，較2 季度增長7.77%。從表6 可以看出，工費對投資有一定的影響，但影響幅度相對較少，同比漲幅不到1%。

3.5.2 其他因素

機械頂管穿越鐵路的項目較為特殊，涉及市政、鐵路兩個不同的行業(yè)。對于市政工程來講，各地均發(fā)布有本省的概算編制辦法及定額，而對于鐵路工程，各鐵路局針對路外涉鐵項目有著不同的費用計算辦法。同時，由于頂管施工時屬于隱蔽工程，如遇到孤石等特殊情況，還需變更工法等。

從以上幾點可以看出，除技術因素外，其他如工費、料費、編制辦法等政策性因素和一些外界因素，均直接影響工程造價，對投資控制有較大影響，同時給工程項目的實施也帶來了一定的風險。

4 各項工程的綜合費用指標

4.1 頂管

經過對頂管的費用分析，管徑不同對費用影響較大，而型號、接口處理等影響造價較小，考慮到指標的綜合性要強，因此選取Ⅲ級頂管來測算綜合費用指標。經過對φ800mm～φ3 000mm各類管徑的計算，按φ800mm～φ1 000mm、φ1 000mm～φ2 000mm、φ2 000mm～φ3 000mm 3 檔來顯示頂管的綜合費用指標，區(qū)間范圍內的頂管指標可根據管徑按內插法進行計算，如表7 所示。

表7 頂管綜合費用指標

4.2 沉井

經過對沉井的費用分析，其直徑和井深對費用影響較大，封底影響費用較小，因此，選取直徑和井深來進行綜合指標的測算。但沉井各種直徑和井深的組合種類較多，一一列舉其指標使用起來并不方便，因此，以沉井的圬工方來體現其綜合費用指標，能較為簡潔、準確地反映出沉井的費用，沉井的綜合費用指標為2 500～3 000 元/圬工方。

4.3 線路架空

經過對線路架空的費用分析，架空形式對費用影響較大，線路類型影響費用較小。由于線路架空本身是按照架空的范圍來進行設計的，因此，以架空形式和D 形便梁相結合來顯示線路架空的費用較為合理，對常見的架空形式結合使用的D形便梁進行計算，綜合費用指標如表8 所示。

表8 線路架空綜合費用指標表元/m

4.4 附屬工程

經過對附屬工程的費用分析，將對附屬工程費用影響較大的路基及洞口加固進行計算，綜合費用指標如表9 所示。

表9 附屬工程綜合費用指標表

5 結語

機械頂管穿越鐵路施工質量的好壞，不僅對與既有管網的順利連接有影響，而且直接影響鐵路的運輸安全。通過上述分析，頂管管徑、沉井直徑和井深、線路架空形式等均為影響費用的關鍵因素，而在項目前期如何能夠較準確合理地把控投資，就需要造價人員對工程本身進行深入了解，將工程結構分解組合，并對其進行指標分析，形成合理性、實用性較高的綜合費用指標。本文針對機械頂管穿越鐵路工程，逐項對其構成內容及費用進行分析并得出綜合費用指標，希望能為類似工程合理確定方案及控制投資提供借鑒。