長(zhǎng)距離大管徑頂管施工技術(shù)及造價(jià)控制措施

黃亞

（中交二公局東萌工程有限公司，西安 710119）

1 工程概況

三星二期工程項(xiàng)目中，電力管溝的設(shè)置主要是為了滿足項(xiàng)目整體用電需求，由高新區(qū)330kV 變電站引出，沿西部大道向東至經(jīng)三十八路路口東南角，轉(zhuǎn)向南沿經(jīng)三十八路至緯二十路。

本管溝改造工程受到多方面因素影響，沿線分布大量自來(lái)水管線等市政管網(wǎng)工程，同時(shí)道路東側(cè)有大量綠地，根據(jù)上述情況進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，確定總長(zhǎng)度為1 596.3m，其中，K0+136～K0+720.8 和 K0+789～K1+273.5 段共 1 069.3m 長(zhǎng)，均使用DN3 000mm 頂管。

其中，BEDL01～BEDL02 長(zhǎng) 129m，坡度 0.72%；BEDL02～BEDL03 長(zhǎng) 220m，坡度 0.517%；BEDL03～BEDL04 長(zhǎng) 235.8m，坡 度 0.595% ；BEDL05 ～BEDL06 長(zhǎng) 219m，坡 度 1.473% ；BEDL06～BEDL07 長(zhǎng)265.5m，坡度0.5%。關(guān)于頂管深度，BEDL01 為 8.5m、BEDL02 為 8.5m、BEDL03 為 8.8m、BEDL04為 9.4m、BEDL05 為 9.4m、BEDL06 為 9.8m、BEDL07 為 8.5m。

根據(jù)沿線施工環(huán)境，為滿足頂管作業(yè)要求，本項(xiàng)目選擇土壓平衡法，管頂覆土6m（具體視實(shí)際情況靈活調(diào)整）。

2 頂管施工工藝

2.1 穿墻頂進(jìn)

頂管工藝流程中，出洞環(huán)節(jié)將對(duì)整體質(zhì)量造成直接影響，應(yīng)采取可靠的防控措施，以達(dá)到順利出洞的效果。本工程采取的施工方案是：前期準(zhǔn)備工作中在洞口預(yù)埋鋼盒，同時(shí)在該處增設(shè)止水鋼圈，在此基礎(chǔ)上設(shè)止膠圈。工具頭穿墻作業(yè)時(shí)，應(yīng)形成合適的初始角（以5°為宜，方向朝上），目的在于避免工具頭下跌現(xiàn)象【1】；同時(shí)，前部管子要與頂管機(jī)形成穩(wěn)定的連接關(guān)系。需增強(qiáng)頂管機(jī)的穩(wěn)定性，避免管子后移的現(xiàn)象。從具體原因來(lái)看，掘進(jìn)機(jī)主動(dòng)面的工作狀況較為特殊，該處的主動(dòng)土壓力相對(duì)較大，且明顯超過(guò)各類(lèi)摩阻力總和（源自管子周邊、導(dǎo)軌間等）。對(duì)此，使用鋼柱將管子牢牢頂住，以達(dá)到增強(qiáng)穩(wěn)定性、防止后退的目的。

2.2 正常頂進(jìn)

管道順利出洞后，便可進(jìn)入到正常頂進(jìn)環(huán)節(jié)，此時(shí)除了頂進(jìn)作業(yè)，還要兼并注漿施工。

每頂進(jìn)一節(jié)，均要為下一段施工做好準(zhǔn)備，回縮千斤頂，并全面檢查各類(lèi)管路，將后續(xù)施工所需的管段吊至指定位置，調(diào)整好姿態(tài)，設(shè)置接頭止水材料以及頂鐵，啟用油泵使其發(fā)生推進(jìn)，具體工作量應(yīng)達(dá)到1 個(gè)千斤頂?shù)男谐蹋⒏鶕?jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。若施工中出現(xiàn)設(shè)備故障，將對(duì)持續(xù)頂進(jìn)帶來(lái)阻礙，因此，工具頭的準(zhǔn)備要到位，土的數(shù)量要足夠合理。若因特殊情況而暫停頂進(jìn)，恢復(fù)作業(yè)時(shí)必須對(duì)管路補(bǔ)漿。各階段頂進(jìn)速度不同，初始階段以慢速為宜，具體為20～50mm/min；待進(jìn)入到正常頂進(jìn)階段時(shí)，可提升速度，使其達(dá)到50～150mm/min【2】。

2.3 測(cè)量與糾偏

頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)頭是重要的裝置，其連接了光電接收靶。同時(shí)，觀測(cè)臺(tái)上還安裝了激光經(jīng)緯儀，頂進(jìn)時(shí)該裝置將產(chǎn)生激光束，調(diào)整方向使其與管道中心線保持重合的關(guān)系，以此作為頂管導(dǎo)向。若掘進(jìn)機(jī)頭存在偏差，對(duì)應(yīng)的光電接收靶中心將發(fā)生變化，偏離預(yù)先設(shè)置的光斑中心，通過(guò)對(duì)偏移量的分析可以求得頂管機(jī)斜率。此時(shí)，糾偏千斤頂組隨即運(yùn)行，在其作用下調(diào)節(jié)頂管機(jī)方向，以確保頂進(jìn)方向的準(zhǔn)確性。整個(gè)糾偏流程遵循循序漸進(jìn)的原則，使各管節(jié)逐步復(fù)位。需注意的是，必須避免強(qiáng)制糾偏行為。

2.4 觸變泥漿

從現(xiàn)階段的行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，若要確保長(zhǎng)距離頂管效果，中繼環(huán)是最為基礎(chǔ)的裝置，此外還要從注漿工藝的角度入手，降低管材與土壤間所產(chǎn)生的摩阻力，經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑、減阻后，有助于改善頂管效率低的問(wèn)題，頂距提升幅度可達(dá)到40%～70%。若要實(shí)現(xiàn)有效減阻，膨潤(rùn)土和水尤為關(guān)鍵，形成漿液后應(yīng)給予2h 的靜置時(shí)間。本次施工中，除了中繼環(huán)后面管段補(bǔ)漿的方法外，還引入了掘進(jìn)機(jī)尾部同步注漿工藝，在雙重作用下實(shí)現(xiàn)有效減阻。

2.5 中繼間接力頂進(jìn)

長(zhǎng)距離頂管的難度偏大，中繼環(huán)是尤為關(guān)鍵的裝置。根據(jù)頂管作業(yè)的特點(diǎn)，伴隨距離的延長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的管道摩阻力也表現(xiàn)出不斷提升的趨勢(shì)。若工作井結(jié)構(gòu)強(qiáng)度欠佳，則要在中繼環(huán)的作用下達(dá)到接力頂進(jìn)的效果。從中繼環(huán)的具體構(gòu)成來(lái)看，內(nèi)部適配了多臺(tái)小千斤頂，主要作用在于推進(jìn)前方的管子，結(jié)束此動(dòng)作后，在后一中繼環(huán)的作用下將其千斤頂縮回，最終長(zhǎng)距離管道則實(shí)現(xiàn)了“化整為零”，可分為多段依次頂進(jìn)。

2.6 頂管機(jī)頂入接收井

持續(xù)頂進(jìn)之下，若與接收井間距約為15m，作業(yè)者要重點(diǎn)關(guān)注頂進(jìn)軸線情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差并調(diào)整，確保工具管運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的合理性，使其能夠沿設(shè)計(jì)軸線有序運(yùn)行，最終到達(dá)預(yù)留洞。需注意的是，預(yù)留洞封門(mén)開(kāi)啟后易出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，可對(duì)預(yù)留洞前方的土體采取處理措施，通過(guò)壓密注漿法實(shí)現(xiàn)有效加固。此外，井內(nèi)預(yù)留洞處還需要采取防水措施，即增設(shè)橡膠止水帶。

3 頂管工程造價(jià)及措施

3.1 頂管套價(jià)

主要考慮以下幾個(gè)方面：

1）中繼間設(shè)置：本項(xiàng)目中，由于長(zhǎng)距離頂管難度較大，通過(guò)中繼間的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)分段頂進(jìn)，該裝置具體位置為管段中部，設(shè)置在該處的環(huán)形小室內(nèi)。所用材料為鋼材，并增設(shè)千斤頂，從而達(dá)到傳遞頂力的效果。除理論計(jì)算結(jié)果外，還需綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，在上述基礎(chǔ)上確定中繼間的設(shè)置方案，通常間距為100～200m。

2）泥漿池開(kāi)挖：出土泥漿暫存池與制備池是重要的組成部分，但其并未被列入頂管頂進(jìn)子目中，因此，在造價(jià)控制時(shí)應(yīng)注重上述2 方面內(nèi)容，避免漏項(xiàng)。

3）頂進(jìn)后座及坑內(nèi)設(shè)備安拆：因頂進(jìn)需求，涉及平臺(tái)、支撐等結(jié)構(gòu)的安拆作業(yè)，各項(xiàng)操作均按一次考慮。部分項(xiàng)目中并未針對(duì)頂進(jìn)后座做出明確規(guī)定，此時(shí)可按如下方法：（管外徑+2m）×（管外徑+2m）×0.5m【3】。

4）觸變泥漿減阻：以每3 段管道為間距設(shè)置1 圈，各圈所對(duì)應(yīng)的觸變泥漿壓漿孔數(shù)量均為4 個(gè)。

5）其他：例如，土方外運(yùn)、現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)與照明等。

3.2 頂管井套價(jià)

主要考慮如下幾方面：（1）基層開(kāi)挖作業(yè)以及各類(lèi)墊層的施工；（2）腳手架工程，如安裝與拆卸以及模板工程；（3）澆筑混凝土；（4）磚封預(yù)留孔洞；（5）沉井下沉；（6）混凝土底板施工，后澆井壁；（7）洞口止水圈，坑內(nèi)臨時(shí)鋼梯；（8）永久性鋼爬梯。

3.3 頂管管徑的選擇

根據(jù)工程資料分析，在鋼筋混凝土頂管工程的主要費(fèi)用中，一般情況下，材料費(fèi)占工程總費(fèi)用60%～70%，對(duì)建筑工程的造價(jià)構(gòu)成影響顯著。合理拉制工程投資，應(yīng)重點(diǎn)拉制材料費(fèi)用。在頂管工程中，材料費(fèi)主要是鋼筋混凝土頂管費(fèi)用，而不同管徑鋼筋混凝土頂管工程造價(jià)相差較大，如表1 所示。

表1 不同管徑鋼筋混凝土頂管單價(jià)及工程綜合造價(jià)表

從表1 可知，伴隨頂管管徑增大、管壁變厚、管壁鋼筋含量增加，頂管材料價(jià)格大幅上漲。因此，實(shí)際工作中需要設(shè)計(jì)人員通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃、精心布置，充分利用頂管的內(nèi)部空間，在滿足工程要求的前提下盡量減小管徑，節(jié)約工程管材的費(fèi)用，從而控制造價(jià)。

3.4 工作井、接收井的位置及數(shù)量確定

工作井、接收井位置及數(shù)量的確定直接影響工程投資。增加1 個(gè)工作井投資約增80 萬(wàn)元，而盲目減少工作井?dāng)?shù)量將造成兩井之間的距離過(guò)長(zhǎng)，需增加中繼間數(shù)量，從而增加頂管施工摩擦力，導(dǎo)致施工時(shí)需要分級(jí)推進(jìn)，加大施工難度，甚至可能導(dǎo)致施工無(wú)法進(jìn)行，反而增加工程造價(jià)。按照現(xiàn)行的工程造價(jià)定額，不同級(jí)別施工費(fèi)用不同，人工費(fèi)及機(jī)械費(fèi)隨施工級(jí)別的增加而增加。按照現(xiàn)行定額：一級(jí)頂進(jìn)人工和機(jī)械費(fèi)增加36%，二級(jí)頂進(jìn)人工和機(jī)械費(fèi)增加64%，三級(jí)頂進(jìn)人工和機(jī)械費(fèi)增加215%，四級(jí)頂進(jìn)人工和機(jī)械費(fèi)增加280%。因此，要綜合考慮工作井位置及數(shù)量，做到既減少工作井?dāng)?shù)量，又不增加頂管推進(jìn)的難度，減少頂管推進(jìn)所增的人工及機(jī)械費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)2 種工程量最佳結(jié)合點(diǎn)，減少工程造價(jià)。

3.5 工程支護(hù)樁型選擇及樁長(zhǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算

由于土壤天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、地基承載力小，工程需進(jìn)行地基處理。工作井及接收井外圍需布置1～2層支護(hù)樁、底部布置樁基以加固地基，防止施工期間出現(xiàn)回淤現(xiàn)象及工作井過(guò)度下沉，確保工程質(zhì)量及周邊道路等建構(gòu)物的安全。目前，工程常用水泥攪拌樁、水泥旋噴樁、鋼混凝土灌注樁作為工程支護(hù)樁和加固地基。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離頂管的工作量較大，要結(jié)合施工情況選擇合適的頂管技術(shù)；造價(jià)控制工作中，應(yīng)高度注重設(shè)計(jì)階段，從施工效果、安全等方面考慮，綜合比選后確定最具經(jīng)濟(jì)效益的方案，從而減少工程項(xiàng)目成本，提高投資效率。