大管徑供熱管道穿跨越河流方案技術經濟分析

丘 寧， 彭世超， 周 京

(中國市政工程華北設計研究總院有限公司 第五設計研究院， 天津 300381)

1 概述

截至2019年底，北方地區清潔供暖取得明顯進展，改善了城鄉居民用能條件和居住環境。北方地區清潔供暖面積達116×108m2，比2016年增加51×108m2，長輸供熱管道的長度也逐年增大。受地形地貌影響，在敷設過程中，長輸供熱管道經常遇到穿跨越河流及其他障礙物的情況，穿跨越河流工程也是關鍵節點和難點[1]。因此，技術經濟性論證成為穿跨越方案制定的關鍵。

本文結合工程實例，對大管徑供熱管道穿跨越河流方案(桁架跨越方案、頂管方案、明挖安裝預制管廊方案、水平定向鉆穿越方案)的技術經濟性進行對比分析。文中的造價指材料費、安裝費等的總和。

2 工程概況

待穿跨越的河流為一條常年流水的河流，屬于不通航河流。穿跨越處河道寬約100 m，河底設計高程1.0 m，西岸河堤高程6.40 m，東岸河堤高程6.35 m。敷設2條熱水供熱管道(1供1回)，工作管規格為D1220×14，保溫層厚度為58.5 mm[2]。設計供、回水溫度為120、65 ℃，設計壓力為1.6 MPa。穿跨越處地勢平坦，無不良地質作用，適宜工程建設。

3 施工方案

3.1 方案1

桁架跨越方案。桁架跨越是將供熱管道安裝在鋼桁架上架空跨越河流[3]。CJJ 34—2010《城鎮供熱管網設計規范》第8.2.13條第3款規定，供熱管道架空跨越不通航河流，供熱管道保溫結構下表面與50 a一遇的最高水位的垂直凈距不應小于0.5 m。桁架結構高度為3.65 m，高程從6.65 m至10.30 m，符合規范要求。單跨桁架長度26.5 m，共4跨。橋墩設置處無給水、排水、燃氣、電纜等地下管線及建構筑物等。

桁架跨越方案的優點是技術成熟、施工期間不影響河道行洪、施工方便、后期維修方便。缺點是影響河道景觀、河道防洪評價周期長、桁架和供熱管道安裝難度比較高。

桁架跨越方案工程造價主要分為上部工程造價、下部工程造價。上部工程主要為桁架、供熱管道安裝以及河道兩側護砌。桁架造價375×104元。供熱管道造價99×104元，含管道絕熱支架造價12×104元。河道兩側護砌采用漿砌塊石方案，造價130×104元。下部工程主要包括基礎工程、圍堰工程。基礎工程分為岸基基礎、水中樁基礎，均采用鋼筋混凝土灌注樁基礎。岸基基礎及橋墩施工采用臨時筑島圍堰方式，水中樁基礎及橋墩施工采用鋼板樁圍堰，鋼板樁圍堰高度根據施工期間水位、沉井頂面高程、浪高、沉井可能下沉量等因素決定。基礎工程造價155×104元，圍堰工程造價106×104元。

由以上分析可知，方案1總工程造價為865×104元。

3.2 方案2

頂管方案。CJJ 34—2010第8.2.13條第4款規定，河底敷設供熱管道必須遠離淺灘、錨地，并應選擇在較深的穩定河段，埋深應按不妨礙河道整治和保證管道安全的原則確定。對于1～5級航道河流，管頂覆土深度應在航道底設計高程2 m以下；對于其他河流，管頂覆土深度應在穩定河底1 m以下。

采用頂管施工時，在擬穿越的河流兩側以及中心島各修建1個工作井[4]，長×寬均為10 m×10 m，深度均為10.5 m。利用頂管機頂進外套管(DN 1 600 mm鋼筋混凝土管或DN 1 800 mm鋼管)，從距河底2 m以下穿越，不影響河水正常流動以及后續河道清淤工作[5]。

頂管方案的優點是技術成熟、施工期間不影響河道行洪、建成后不影響河道景觀。缺點是施工成本比較高、后期維護檢修困難。由于穿管作業時，無法保證PE外護管接口的完整性，后期人工也無法進入檢查焊口，存在安全隱患。

頂管方案造價構成：工作井、外套管頂管施工、供熱管道頂管施工，工程造價分別為1 040×104、130×104、85×104元。由以上分析可知，方案2總工程造價為1 255×104元。

3.3 方案3

明挖安裝預制管廊方案。GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》第5.2.1條第3款規定，管廊在其他河道下敷設時，頂部高程應在河道底設計高程1.0 m以下。管廊內供熱管道布置見圖1。預制管廊內截面寬×高為5.5 m×2.7 m。供回水管道同廊敷設，管廊頂部距河底1.5 m。

圖1 管廊內供熱管道布置

模塊化廊體先在工廠生產加工，再運輸至現場拼裝成型。現場拼裝時，應確保拼裝精度，接頭連接可采取涂膠拼裝并施加預應力形成剛性接頭或采用承插方式連接。河底明挖開槽施工期間，采用臨時筑島圍堰方式。整體施工流程：先進行圍堰及降排水，然后進行溝槽開挖、管廊基礎施工，預制管廊安裝(含防水處理)后進行回填土方，實施廊內供熱管道及附屬設施安裝。

該方案的優點是施工期短、無需現場澆筑、粉塵噪聲污染小、建成后不影響河道景觀。管廊施工完畢后，施工人員可在管廊內安裝供熱管道，確保PE外護管接口完整。后期維護檢修方便，檢修人員可隨時進入管廊檢查供熱管道狀態。缺點是施工成本比較高、管廊拼裝要求高。河底溝槽開挖需穿越河堤，施工難度大，土方量大[6]。

明挖安裝預制管廊方案工程造價構成：圍堰工程造價340×104元，土方工程造價173×104元。預制管廊的運輸及安裝費可按照已有工程進行估算，管廊造價275×104元。供熱管道造價(含支座制作及安裝費用)109×104元。

由以上分析可知，方案3總工程造價為897×104元。

3.4 方案4

水平定向鉆穿越方案。在不適合開挖的市政管線施工中被廣泛應用，適用于鋼管、PE管，管徑范圍DN 200～1 200 mm。穿跨越處地勢平坦，無不良地質條件，可采用水平定向鉆穿越方案。

水平定向鉆穿越方案的優點是建成后不影響河道景觀、施工速度快、施工成本比較低，適合工期短、不影響行洪要求下的穿越河流工程。缺點是大管徑供熱管道的水平定向鉆工程沒有較多案例，經驗少，實施中需要解決不少技術難題：如PE外護管及接口保護等。

實踐中，首先根據管徑及管材確定管道允許彎曲半徑，再結合管頂埋深確定管道最短施工長度。根據現場實際情況進行平面布置，開挖基坑。然后進行導向鉆孔、擴孔，最后進行供熱管道回拖[7]。基坑尺寸根據設計管頂埋深、供熱管道規格確定。基坑長×寬×深均為7.0 m×4.5 m×4.0 m。

鉆孔：將鉆桿放入鉆機就位，調整機架使鉆桿在設計軸線上，檢查無誤后開始鉆進。鉆桿的入土角通常不宜超過15°，出土角一般不大于20°，在鉆進過程中采用導航儀進行跟蹤監測。擴孔、回拖：在鉆桿上安裝擴孔器，用鉆機回拉鉆桿進行擴孔，經過多次擴孔，成孔后，實施供熱管道回拖。

對于供、回水管，分別實施鉆孔、擴孔、回拖，且河流兩側基坑需要單獨設置。因此，水平定向鉆穿越方案單管工程造價構成：基坑造價8.6×104元，鉆孔、擴孔造價110.6×104元，回拖造價(含供熱管道費用)67.8×104元。由以上分析可知，供回水管道水平定向鉆穿越方案總工程造價為374×104元。

3.5 方案比較

由技術經濟性分析結果可知，頂管方案工程造價最高，水平定向鉆穿越方案工程造價最低，桁架跨越方案、明挖安裝預制管廊方案工程造價居中。雖然水平定向鉆穿越方案工程造價最低，但由于在大管徑供熱管道中應用缺少經驗，風險較大，因此沒有采納。桁架跨越方案成功案例多，采用桁架跨越方案。

4 結語

大管徑供熱管道穿跨越河流工程是長輸熱網非常關鍵的設計、施工節點。隨著工程材料及技術不斷發展，大管徑供熱管道水平定向鉆穿越技術將趨于成熟，這種省時、造價低的方案將越來越多應用于實際工程。