長距離大管徑頂管施工技術(shù)及造價控制措施

黃亞

（中交二公局東萌工程有限公司，西安 710119）

1 工程概況

三星二期工程項目中，電力管溝的設(shè)置主要是為了滿足項目整體用電需求，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，沿線分布大量自來水管線等市政管網(wǎng)工程，同時道路東側(cè)有大量綠地，根據(jù)上述情況進行設(shè)計變更，確定總長度為1 596.3m，其中，K0+136～K0+720.8 和 K0+789～K1+273.5 段共 1 069.3m 長，均使用DN3 000mm 頂管。

其中，BEDL01～BEDL02 長 129m，坡度 0.72%；BEDL02～BEDL03 長 220m，坡度 0.517%；BEDL03～BEDL04 長 235.8m，坡 度 0.595% ；BEDL05 ～BEDL06 長 219m，坡 度 1.473% ；BEDL06～BEDL07 長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，本項目選擇土壓平衡法，管頂覆土6m（具體視實際情況靈活調(diào)整）。

2 頂管施工工藝

2.1 穿墻頂進

頂管工藝流程中，出洞環(huán)節(jié)將對整體質(zhì)量造成直接影響，應(yīng)采取可靠的防控措施，以達到順利出洞的效果。本工程采取的施工方案是：前期準備工作中在洞口預(yù)埋鋼盒，同時在該處增設(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，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，前部管子要與頂管機形成穩(wěn)定的連接關(guān)系。需增強頂管機的穩(wěn)定性，避免管子后移的現(xiàn)象。從具體原因來看，掘進機主動面的工作狀況較為特殊，該處的主動土壓力相對較大，且明顯超過各類摩阻力總和（源自管子周邊、導(dǎo)軌間等）。對此，使用鋼柱將管子牢牢頂住，以達到增強穩(wěn)定性、防止后退的目的。

2.2 正常頂進

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

每頂進一節(jié)，均要為下一段施工做好準備，回縮千斤頂，并全面檢查各類管路，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，具體工作量應(yīng)達到1 個千斤頂?shù)男谐蹋⒏鶕?jù)實際情況靈活調(diào)整。若施工中出現(xiàn)設(shè)備故障，將對持續(xù)頂進帶來阻礙，因此，工具頭的準備要到位，土的數(shù)量要足夠合理。若因特殊情況而暫停頂進，恢復(fù)作業(yè)時必須對管路補漿。各階段頂進速度不同，初始階段以慢速為宜，具體為20～50mm/min；待進入到正常頂進階段時，可提升速度，使其達到50～150mm/min【2】。

2.3 測量與糾偏

頂進作業(yè)時，掘進機頭是重要的裝置，其連接了光電接收靶。同時，觀測臺上還安裝了激光經(jīng)緯儀，頂進時該裝置將產(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。若掘進機頭存在偏差，對應(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，通過對偏移量的分析可以求得頂管機斜率。此時，糾偏千斤頂組隨即運行，在其作用下調(diào)節(jié)頂管機方向，以確保頂進方向的準確性。整個糾偏流程遵循循序漸進的原則，使各管節(jié)逐步復(fù)位。需注意的是，必須避免強制糾偏行為。

2.4 觸變泥漿

從現(xiàn)階段的行業(yè)發(fā)展狀況來看，若要確保長距離頂管效果，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)過潤滑、減阻后，有助于改善頂管效率低的問題，頂距提升幅度可達到40%～70%。若要實現(xiàn)有效減阻，膨潤土和水尤為關(guān)鍵，形成漿液后應(yīng)給予2h 的靜置時間。本次施工中，除了中繼環(huán)后面管段補漿的方法外，還引入了掘進機尾部同步注漿工藝，在雙重作用下實現(xiàn)有效減阻。

2.5 中繼間接力頂進

長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，伴隨距離的延長，對應(yīng)的管道摩阻力也表現(xiàn)出不斷提升的趨勢。若工作井結(jié)構(gòu)強度欠佳，則要在中繼環(huán)的作用下達到接力頂進的效果。從中繼環(huán)的具體構(gòu)成來看，內(nèi)部適配了多臺小千斤頂，主要作用在于推進前方的管子，結(jié)束此動作后，在后一中繼環(huán)的作用下將其千斤頂縮回，最終長距離管道則實現(xiàn)了“化整為零”，可分為多段依次頂進。

2.6 頂管機頂入接收井

持續(xù)頂進之下，若與接收井間距約為15m，作業(yè)者要重點關(guān)注頂進軸線情況，及時發(fā)現(xiàn)偏差并調(diào)整，確保工具管運動姿態(tài)的合理性，使其能夠沿設(shè)計軸線有序運行，最終到達預(yù)留洞。需注意的是，預(yù)留洞封門開啟后易出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，可對預(yù)留洞前方的土體采取處理措施，通過壓密注漿法實現(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 頂管工程造價及措施

3.1 頂管套價

主要考慮以下幾個方面：

1）中繼間設(shè)置：本項目中，由于長距離頂管難度較大，通過中繼間的設(shè)置可實現(xiàn)分段頂進，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，從而達到傳遞頂力的效果。除理論計算結(jié)果外，還需綜合考慮現(xiàn)場地質(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子目中，因此，在造價控制時應(yīng)注重上述2 方面內(nèi)容，避免漏項。

3）頂進后座及坑內(nèi)設(shè)備安拆：因頂進需求，涉及平臺、支撐等結(jié)構(gòu)的安拆作業(yè)，各項操作均按一次考慮。部分項目中并未針對頂進后座做出明確規(guī)定，此時可按如下方法：（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，各圈所對應(yīng)的觸變泥漿壓漿孔數(shù)量均為4 個。

5）其他：例如，土方外運、現(xiàn)場通風(fēng)與照明等。

3.2 頂管井套價

主要考慮如下幾方面：（1）基層開挖作業(yè)以及各類墊層的施工；（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用中，一般情況下，材料費占工程總費用60%～70%，對建筑工程的造價構(gòu)成影響顯著。合理拉制工程投資，應(yīng)重點拉制材料費用。在頂管工程中，材料費主要是鋼筋混凝土頂管費用，而不同管徑鋼筋混凝土頂管工程造價相差較大，如表1 所示。

表1 不同管徑鋼筋混凝土頂管單價及工程綜合造價表

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，頂管材料價格大幅上漲。因此，實際工作中需要設(shè)計人員通過統(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)約工程管材的費用，從而控制造價。

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 個工作井投資約增80 萬元，而盲目減少工作井數(shù)量將造成兩井之間的距離過長，需增加中繼間數(shù)量，從而增加頂管施工摩擦力，導(dǎo)致施工時需要分級推進，加大施工難度，甚至可能導(dǎo)致施工無法進行，反而增加工程造價。按照現(xiàn)行的工程造價定額，不同級別施工費用不同，人工費及機械費隨施工級別的增加而增加。按照現(xiàn)行定額：一級頂進人工和機械費增加36%，二級頂進人工和機械費增加64%，三級頂進人工和機械費增加215%，四級頂進人工和機械費增加280%。因此，要綜合考慮工作井位置及數(shù)量，做到既減少工作井數(shù)量，又不增加頂管推進的難度，減少頂管推進所增的人工及機械費用，實現(xiàn)2 種工程量最佳結(jié)合點，減少工程造價。

3.5 工程支護樁型選擇及樁長的準確計算

由于土壤天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、地基承載力小，工程需進行地基處理。工作井及接收井外圍需布置1～2層支護樁、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樁和加固地基。

4 結(jié)語

長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)；造價控制工作中，應(yīng)高度注重設(shè)計階段，從施工效果、安全等方面考慮，綜合比選后確定最具經(jīng)濟效益的方案，從而減少工程項目成本，提高投資效率。