臨沂城第二水源輸水工程頂管施工工藝對比

徐雯雯，馬軍棟，韓瑞濤

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

臨沂城第二水源項目輸水工程施工一標段，本工程輸水流量為22 萬m3/d，工程等級為3 級，工程規模為中型，場地抗震設防烈度為7 度。工程內容主要包括樁號0+000~13+403 段輸水管道工程、取水頭部工程、附屬建筑物工程，其中輸水管道工程采用地下埋設有壓管道重力流輸水至建水廠，雙管布置。輸水管道為1.0 MPa·DN1200 球墨鑄鐵管道，局部采用TPEP 防腐Dg1220×14 mm鋼管，過路及部分深埋段采用頂管工程，樁號K0+891~K0+921 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m土方頂管，樁號K10+450~K10+490 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m 巖石頂管，樁號K12+291~K12+395 段采用Dg1220X14 mmTPEP 鋼管巖石頂管，樁號K13+257~K13+403 段采用Dg1820×18 mm TPEP 鋼管巖石頂管。

1 施工工藝的選定

本工程針對不同的地質情況、施工條件和設計要求以及經濟效益，選擇了不同的頂管施工工藝。

1.1 土方段頂管

樁號K0+891-K0+921 段，橫穿省道S231 費縣北許家崖段，設計采用DRCPⅢ1500X2000 套管頂管，套管內鋪設管道K9 級DN1200 mm 球墨鑄鐵頂管。本段工程地層為粉質粘土，黃褐色，可塑，含較多砂礫及鐵錳氧化物及斑點，無軟弱下臥層，工程地質條件較好，土質類別為Ⅱ類，無地下水。管道埋深4.5 m，頂管較短，在安全的前提下，本著經濟的原則，綜合上述地質勘察情況，本工程確定采用手掘式挖土機械頂管。

1.2 石方段頂管

1）K10+450~K10+490 段。樁號K10+450~K10+490 段，橫穿費縣正義路吳家后段，設計采用DRCPⅢ1500×2 000 m 套管頂管，套管內鋪設管道K9 級DN1 200 mm 球墨鑄鐵頂管。本段工程地層為頁巖、白云巖、白云質灰巖、灰巖、凝灰巖等，淺褐灰色—灰白色，中、強風化，塊狀結構，各巖層壓縮性低，承載力高，巖石硬度80~90 MPa，無軟弱下臥層，工程地質條件好，無地下水。管道埋深8 m，頂管長度較短，管道埋深在安全的前提下，本著經濟的原則，綜合上述地質勘察情況，本工程確定采用水磨鉆巖石頂管。

2）樁號K12+291~K12+395 段、K13+257~K13+403 段。樁號K12+291~K12+395 段，設計采用Dg1220×14 mmTPEP 鋼管巖石頂管。樁號K13+257~K13+403 段，設計采用Dg1820×18 mmTPEP 鋼管巖石頂管。兩段工程地層都為白云巖、白云質灰巖、灰巖、凝灰巖等，淺褐灰色—灰白色，中、強風化，塊狀構造，各巖層壓縮性低，承載力高，巖石硬度110~130 MPa，無軟弱下臥層，工程地質條件好，無地下水。管道埋深12~16 m，頂管長度較長，工期要求緊，在安全的前提下，綜合上述地質勘察情況，本工程確定采用巖石破碎機機械頂管。

2 施工工藝優缺點的對比

2.1 手掘式挖土機械頂管和泥水平衡機械頂管

1）工程造價對比。手掘式挖土機械頂管和泥水平衡機械頂管兩種施工工藝，都適合于土方和砂基地層的頂管施工，手掘式挖土機械頂管相對于泥水平衡機械頂管在價格上較低。

（1）機械設備投資小。手掘式挖土機械頂管挖土全用人工，除頂進需要單個千斤頂外，其他設備，都是小型設備。泥水平衡機械頂管需用掘進機挖土，一臺1.5 m 掘進機需投資60~70 萬元左右。頂進需要2 個或4 個千斤頂頂進，抽排水系統設備，泥漿平衡系統設備等，投資較大。

（2）始發井、接收井物料投資少。手掘式挖土機械頂管對始發井、接收井的工程技術要求較低，手掘式挖土機械頂管始發井除后靠背外，其他部位要求簡單，只需要做好周圍安全防護，無需接收井。而泥水平衡機械頂管對始發井、接收井的工程要求較高，始發井從后靠背、四周安全防護，底部整平等方面混凝土用料大，投資大，后靠背的厚度較手掘式需增加1/3 甚至1/2 的厚度，底部需鋪設導軌后進行混凝土硬化，最少厚度40 cm。需要接收井，且接收井四周也需嚴格的安全防護措施，從整個的物料投資上明顯增加。

（3）無需泥水平衡系統。泥水平衡機械頂管，泥漿制備系統是關鍵工序之一，從儲水池，泥漿制造攪拌池，泥漿回收池等各個方面都需要投資，而人工挖掘無需泥漿的平衡。

（4）技術人員少。泥水平衡機械頂管屬于機械化施工，機械設備多，技術要求高，需多個機械操控人員。而人工挖掘無機械設備少，機械操控人員少，大多需要普通工人進行施工操作。

（5）電費少。泥水平衡機械頂管機械設備多，用電量較大，且多處于野外施工，無法直接采用高壓系統，需要采用臨時發電設備，耗資較大，而人工挖掘無機械設備少，用電量較少。

2）工程施工速度對比。手掘式挖土機械頂管相對于泥水平衡機械頂管進度較慢，結合實際施工，手掘式挖土機械頂管每天頂進6 m 左右，泥水平衡機械頂管每天頂進22 m 左右，施工效率達3~4 倍，對于工程工期要求緊或工程頂管距長的項目，選擇泥水平衡更為合適。

3）安全因素對比。泥水平衡機械頂管較手掘式挖土機械頂管在安全方面相對安全，在有限操作空間內全部由機械施工，規避了施工過程中的塌方、物體打擊、觸電、有害氣體、透水等方面造成的安全風險，安全事故較少發生。

4）質量控制、故障率因素對比。手掘式挖土機械頂管能直觀的了解土層結構和及時處理頂管施工偏位問題，同時具有工藝簡單，機械故障少等特點，對控制施工進度和施工質量是極為有效的。泥水平衡機械頂管工藝復雜，機械設備多，易發機械故障，一旦出現頂管施工偏位問題，需重新返工，耗時較長，費用較高。但根據多個實際工程案例來看，泥水平衡機械頂管工藝事故概率較小。

2.2 水磨鉆巖石頂管和巖石破碎機機械頂管

1）工程造價對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管在工程造價方面較低。

（1）機械設備投資小。水磨鉆施工機械投入較少，一套設備1.5 萬左右，而巖石破碎機，1.2 m直徑的管道需要1.0 m 機頭，一套設備投入在100 萬元左右，1.8 m 直徑的管道需要1.5 m 機頭，一套設備投入在150 萬元左右。

（2）人員投資小。巖石破碎機機械頂管屬于機械化施工，機械設備多，技術要求高，需多個機械操控人員。而水磨鉆巖石頂管機械設備少，機械操控人員少，大多為普通工人進行施工操作。

（3）始發井、接收井物料投資少。在始發井、接收井的工程要求方面，水磨鉆巖石頂管始發井要求低，無需做后靠背，直接利用原狀巖石即可。底部只需要簡單找平，混凝土厚度10 cm 即可，而巖石破碎機機械頂管底部只需要精確找平，混凝土厚度達40 cm。

（4）無需泥漿系統。水磨鉆施工無需泥漿潤滑，從而泥漿系統所需的儲水池，泥漿制造攪拌池，泥漿回收池等各個方面都減少了投資。

2）工程施工速度對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管在施工速度方面較慢，水磨鉆巖石頂管施工效率每天1.5~2.0 m，巖石破碎機機械頂管施工效率每天6~8 m。對于工程工期要求緊或工程頂管距長的項目，小口徑或者大口徑頂管選擇巖石破碎機機械頂管更為合適。

3）安全因素對比。巖石破碎機機械頂管較水磨鉆巖石頂管在安全方面相對安全，同土方頂管類似，在有限操作空間內全部由機械施工，規避了施工過程中的塌方、物體打擊、觸電、有害氣體等方面造成的安全風險，安全事故較少發生。

4）機械事故概率對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管，機械事故概率頻率較多，水磨鉆巖石頂管易損件較多，特別是堅硬的巖石更為發生機械損壞概率，但是維修更換較快。巖石破碎機機械頂管機械事故概率較小，全新機械事故概率約為10%左右。但是巖石破碎機機械頂管機械一旦發生機械事故，維修更換較慢。但從多個實際工程案例看，巖石破碎機機械頂管事故概率較小。

3 結 語

本文結合臨沂城第二水源輸水工程一標段工程施工，不同地質條件下頂管施工工藝的選定，對多種頂管施工工藝優缺點進行比較，挖掘各方面的優缺點，從工程造價、安全、工期等方面綜合考慮，為工程頂管施工工藝的選擇提供了依據，為以后的穿越工程施工提供了經驗。