高穎艷 李琳 姜穎 艾菁菁 張弢

摘要：本文以綜合管廊下穿高速公路立交橋工程為例，對(duì)綜合管廊穿越常見的三種施工方案-明挖順作、管道封閉頂進(jìn)、預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)進(jìn)行造價(jià)分析，為綜合管廊穿越的造價(jià)提供指導(dǎo)。本文對(duì)影響穿越方案造價(jià)的因素進(jìn)行了研究，定量分析了三種方案不同長(zhǎng)度的造價(jià)，據(jù)此提出明挖順作方案和頂進(jìn)方案的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)觀點(diǎn)。結(jié)果表明，當(dāng)穿越長(zhǎng)度小于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，明挖順作方案造價(jià)經(jīng)濟(jì);當(dāng)穿越長(zhǎng)度大于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，頂進(jìn)方案造價(jià)經(jīng)濟(jì);當(dāng)穿越長(zhǎng)度等于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，明挖順作方案造價(jià)與頂進(jìn)方案造價(jià)相當(dāng)。經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)的計(jì)算可為穿越方案的選擇提供指導(dǎo)。

Abstract： Based on an utility tunnel underneath-cross highway interchange engineering case， utility tunnel underneath-cross construction costs for open excavation method， closed pipe jacking method and closed prefabricated tunnel jacking method were analyzed to provide a guideline for utility tunnel underneath-cross costing. The influence factors for tunnel underneath-cross cost for above three methods were sought out，the costs for tunnel underneath-cross with different lengths for three methods were analyzed quantitatively， and the viewpoint of economic balance point for underneath-cross scheme was found and put forward.? Results indicate that open excavation method is more economic when the underneath-cross length shorter than economic balance point; and that jacking method is more economic when the underneath-cross length longer than economic balance point; open excavation method and jacking method are economically equivalent when the underneath-cross length equal to economic balance point. Calculation method of economic balance point provides a guideline for tunnel underneath-cross scheme selection.

關(guān)鍵詞：綜合管廊造價(jià);明挖順作;管道封閉頂進(jìn);預(yù)制管廊頂進(jìn);經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)

Key words： utility tunnel cost;open excavation method;closed pipe jacking method;prefabricated tunnel jacking method;economic balance point

中圖分類號(hào)：TU723.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）18-0172-08

0? 引言

在城市綜合管廊的實(shí)際施工過程中，管廊穿越障礙物的情況常常發(fā)生。管廊穿越時(shí)有多種施工方案可供選擇，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，原有地下設(shè)施和地下障礙物情況，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素均可對(duì)施工進(jìn)度、工程質(zhì)量、施工安全和施工成本造成影響。[1]在保證施工進(jìn)度、工程質(zhì)量、施工作業(yè)方便安全的前提下，選擇造價(jià)合理的管廊穿越方式值得研究。[2]

1? 工程概況

1.1 平面位置及周邊環(huán)境情況

某段綜合管廊下穿高速公路立交橋，長(zhǎng)度47m。立交橋跨度為16.0m（橋墩至橋墩）、橋面寬度約25.0m、橋下凈高約4.6m，沿橋面寬度方向設(shè)6根Φ1000mm樁接柱。管廊結(jié)構(gòu)外墻與橋墩凈距約4.75m，管廊具體位置與高速公路關(guān)系見圖1。綜合管廊包括綜合艙和燃?xì)馀?，管廊凈尺寸?.7m×3.8m，管廊外部尺寸為5.4m×4.55m，斷面型式如圖2。

1.2 工程地質(zhì)條件

地層從上往下如下：

①人工填土、耕土：層厚1.1～1.3m。

②粉質(zhì)粘土（風(fēng)化，坡積層，土黃色）：層厚4.9～5.2m。

③2礫砂：層厚1.6～3m。

③2-1粉質(zhì)粘土：層厚0.5～2m。

③3泥炭質(zhì)土：層厚1.1～2.2m。

③2礫砂：層厚4.3～4.6m。

1.3 水文地質(zhì)條件

該路段地勢(shì)低緩，為排匯區(qū)，地下水位較高。

地下水的類型為潛水，包括孔隙水和裂隙水，具微承壓性，主要賦存于粉質(zhì)粘土、砂土及礫類土及淤泥層中，地下水主要由大氣降水補(bǔ)給和地表水補(bǔ)給，總體向地勢(shì)低處徑流排泄。

2? 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案及造價(jià)測(cè)算

依據(jù)管廊所處環(huán)境以及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，本段管廊基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。該段基坑和管廊結(jié)構(gòu)施工期間高速公路需保持正常通行狀態(tài)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)要求較高，既要保證高速公路的過往通行，又要保證管廊工程能夠正常施工并保證質(zhì)量與安全。在對(duì)有關(guān)條件的研究分析后，提出了明挖順作方案，管道封閉頂進(jìn)方案和預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)方案，并對(duì)其造價(jià)進(jìn)行測(cè)算。

2.1 明挖順作支護(hù)方案

2.1.1 支護(hù)樁設(shè)計(jì)

該段管廊處于兩橋墩中間位置，基坑長(zhǎng)度47m，開挖深度8.6m。采用鋼筋混凝土灌注樁Φ1000mm@1000mm作為支擋結(jié)構(gòu)，樁長(zhǎng)16.5m。

2.1.2 止水措施

由于立交橋下空間有限，采用機(jī)械設(shè)備尺寸較小的旋噴樁作為止水帷幕。旋噴樁樁徑Φ600mm，咬合300mm，有效長(zhǎng)度15.5m。

2.1.3 基坑降排水

采用大口井降水，井間距15m?；油鈧?cè)設(shè)置觀測(cè)井，井間距20m。

2.1.4 內(nèi)支撐方案

坑深范圍內(nèi)共在兩道水平內(nèi)支撐，頂部和中部各設(shè)一道。頂部支撐即在灌注樁頂設(shè)置1300×700mm混凝土冠梁，并每隔5m設(shè)置一道水平對(duì)撐。中部支撐是在灌注樁內(nèi)側(cè)設(shè)一道腰梁，并每隔5m設(shè)置一道水平對(duì)撐，對(duì)撐截面積為600×700mm。具體平面布置及剖面形式見下圖。（圖3、圖4）

2.1.5 工程造價(jià)分析

①工程造價(jià)編制說明。

根據(jù)方案設(shè)計(jì)的工程量，采用云南省市政工程消耗定額（DBJ53/T-60-2013），按2019年1月專業(yè)測(cè)定價(jià)計(jì)算造價(jià)。造價(jià)由分部分項(xiàng)工程費(fèi)用、措施項(xiàng)目費(fèi)、其他項(xiàng)目費(fèi)用（即機(jī)械費(fèi)調(diào)差）、規(guī)費(fèi)和稅金組成。

②明挖順作工程造價(jià)計(jì)算結(jié)果。

明挖順作造價(jià)見表1。

2.2 管道封閉頂進(jìn)方案

在立交橋兩側(cè)分別設(shè)置工作井和接收井。從工作井頂出d3600和d2000鋼筋混凝土管道各一根至接收井，頂進(jìn)長(zhǎng)度為每根36m。管道頂進(jìn)方案工作內(nèi)容包括工作井、接收井、管道頂進(jìn)、現(xiàn)澆管廊四部分。

2.2.1 工作井和接收井

工作井和接收井的基坑平面尺寸均為16.5m×9m，深11.5m?；又苓呍O(shè)鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)25.5m，？準(zhǔn)1000mm@1200mm。樁頂設(shè)1.3m×0.7m鋼筋混凝土帽梁，中部設(shè)一道1.0m×0.7m鋼筋混凝土腰梁，在帽梁和腰梁層設(shè)置八道0.6m×0.75m×3m的斜梁和兩道0.6m×0.75m×9m的水平對(duì)撐?；臃秶鷥?nèi)設(shè)置0.7m厚底板。

2.2.2 止水措施

基坑開挖深度較深，開挖范圍內(nèi)存在滲透性較大③1含粘性土礫砂混角礫及③2礫砂土層，采用沿混凝土灌注樁外側(cè)設(shè)置的？準(zhǔn)850mm@600mm三軸水泥攪拌樁止水，樁長(zhǎng)21m。

對(duì)頂管施工后背土體，頂進(jìn)坑出洞一側(cè)、接收坑進(jìn)洞一側(cè)另加兩排三軸攪拌樁。加固樁？準(zhǔn)850mm@600mm，樁長(zhǎng)15m。

2.2.3 基坑降水

基坑采用大口井降水，頂進(jìn)坑和接收坑內(nèi)各設(shè)置兩口降水井一用一備。在頂進(jìn)坑出洞側(cè)、接收坑進(jìn)洞側(cè)各設(shè)置一個(gè)觀測(cè)井。

2.2.4 管道頂進(jìn)

根據(jù)管廊尺寸，選擇d3600和d2000鋼筋混凝土管道并排頂進(jìn)。頂管間距按4.2m設(shè)置。采用泥水平衡頂進(jìn)設(shè)備，觸變泥漿減阻。

2.2.5 現(xiàn)澆管廊

工作井和接收井內(nèi)管廊采用現(xiàn)澆法施工，斷面尺寸一側(cè)與明挖順作方案相同，即4.7m×3.8m，另一側(cè)考慮頂管外徑及頂管間距，斷面尺寸擴(kuò)大為13.5×5.3m?，F(xiàn)澆管廊長(zhǎng)度=穿越總長(zhǎng)度-頂進(jìn)長(zhǎng)度=47m-36m=11m。

管道封閉頂進(jìn)方案平面和剖面見圖5、圖6。

2.2.6 管道封閉頂進(jìn)造價(jià)分析

管道封閉頂進(jìn)造價(jià)見表2。

2.3 預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)方案

鑒于管廊尺寸較大，采用泥水平衡輔以觸變泥漿進(jìn)行封閉頂進(jìn)。管廊按頂進(jìn)長(zhǎng)度36m預(yù)制。在立交橋兩側(cè)分別設(shè)頂管井和接收井。預(yù)制管廊封閉方案包括預(yù)制管廊，現(xiàn)澆管廊，工作井，接收井及封閉頂進(jìn)五部分。

2.3.1 工作井和接收井設(shè)計(jì)

工作井和接收井的基坑平面尺寸為9×9m，做法同管道頂進(jìn)方案。

2.3.2 止水措施及基坑降水

做法同管道頂進(jìn)方案。

2.3.3 預(yù)制管廊

每節(jié)管廊外部尺寸為1.5m長(zhǎng)×5.4m寬×4.8m高，在預(yù)制廠制作，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，吊裝就位，每節(jié)間設(shè)有變形縫和止水帶。

2.3.4 預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)

預(yù)制管廊一般為矩形斷面，需采用特制泥水平衡頂進(jìn)機(jī)，根據(jù)斷面計(jì)算土方和泥水輸送能力，根據(jù)頂進(jìn)距離進(jìn)行中部和后部頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)頂力進(jìn)行后背設(shè)計(jì)，根據(jù)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)中繼間。矩形泥水平衡頂進(jìn)機(jī)重復(fù)使用率低。

2.3.5 現(xiàn)澆管廊

現(xiàn)澆管廊位于工作井和接收井內(nèi)，斷面尺寸和做法同明挖順作方案?，F(xiàn)澆管廊長(zhǎng)度=穿越總長(zhǎng)度-頂進(jìn)長(zhǎng)度=47m-36m=11m。

預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)方案平面和剖面見圖7、圖8。

2.3.6 預(yù)制管廊封閉造價(jià)分析

預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)造價(jià)見表3。

3? 方案造價(jià)分析

3.1 47m管廊穿越方案造價(jià)結(jié)果分析

穿越方案造價(jià)結(jié)果詳見表4。

從表4可見在上述設(shè)計(jì)條件和土質(zhì)條件下，明挖順作方案造價(jià)最經(jīng)濟(jì)，管道封閉頂進(jìn)方案造價(jià)其次，預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)方案造價(jià)最高。

3.2 方案造價(jià)指標(biāo)分析

穿越方案造價(jià)指標(biāo)分析見表5，表6和表7。

管廊明挖順作延米造價(jià)為125150元，其中管廊主體延米造價(jià)21880元，占比17.48%;支護(hù)延米造價(jià)94201元，占比75.26%，是管廊主體造價(jià)的4.31倍。

管道封閉頂進(jìn)延米造價(jià)為168712元，其中工作井和接收井占總造價(jià)43.39%和38.11%;延米管道頂進(jìn)造價(jià)為14350元，管道延米造價(jià)為15202元。

預(yù)制管廊頂進(jìn)延米造價(jià)為190789元，其中工作井和接收井占總造價(jià)37.67%和33.15%;延米頂進(jìn)造價(jià)為29600元，預(yù)制管廊延米造價(jià)為34842元。

3.3 管廊穿越方案造價(jià)規(guī)律研究

3.3.1 明挖順作方案造價(jià)規(guī)律研究

明挖順作造價(jià)由管廊支護(hù)、管廊本體、土方工程和降水工程組成，造價(jià)均與管廊長(zhǎng)度成正比。

明挖順作造價(jià)=（管廊支護(hù)延米單價(jià)+管廊本體延米單價(jià)+土方工程延米單價(jià)+降水延米單價(jià)）×穿越長(zhǎng)度

本方案穿越造價(jià)=（9.4201+2.1880+0.6480+0.200）萬元/米×47米=12.516萬元/米×47米=588.25萬元。

3.3.2 頂進(jìn)方案造價(jià)研究

頂進(jìn)方案造價(jià)與工作井、接收井、井內(nèi)現(xiàn)澆管廊、降水、頂進(jìn)費(fèi)用有關(guān)。其中工作井、接收井、井內(nèi)現(xiàn)澆管廊、降水與頂進(jìn)長(zhǎng)度無關(guān)，稱為固定費(fèi)用;頂進(jìn)費(fèi)用與頂進(jìn)單價(jià)和長(zhǎng)度有關(guān)，稱為變動(dòng)費(fèi)用。

頂進(jìn)方案造價(jià)=頂進(jìn)固定費(fèi)用+頂進(jìn)變動(dòng)費(fèi)用

其中：頂進(jìn)固定費(fèi)用=工作井費(fèi)用+接收井費(fèi)用+現(xiàn)澆管廊費(fèi)用+降水費(fèi)用

頂進(jìn)變動(dòng)費(fèi)用=頂進(jìn)單價(jià)×頂進(jìn)長(zhǎng)度=頂進(jìn)單價(jià)×（穿越長(zhǎng)度-井內(nèi)現(xiàn)澆管廊長(zhǎng)度）

本案例管道封閉頂進(jìn)和預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)固定費(fèi)用計(jì)算結(jié)果見表8

管道封閉頂進(jìn)和預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)變動(dòng)費(fèi)用計(jì)算見表9。

以管道頂進(jìn)方案為例，頂進(jìn)方案造價(jià)=（工作井費(fèi)用+接收井費(fèi)用+現(xiàn)澆管廊費(fèi)用+降水費(fèi)用）+頂進(jìn)單價(jià)×頂進(jìn)長(zhǎng)度=686.56萬元+2.9552萬元/米×36米=793萬元。

以封閉管廊頂進(jìn)方案為例，頂進(jìn)方案造價(jià)=（工作井費(fèi)用+接收井費(fèi)用+現(xiàn)澆管廊費(fèi)用+降水費(fèi)用）+頂進(jìn)單價(jià)×頂進(jìn)長(zhǎng)度=664.72萬元+6.4442萬元/米×36米=897萬元。

3.3.3 明挖順作和頂進(jìn)方案經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)分析

在大多數(shù)情況下，明挖順作的支護(hù)費(fèi)用小于頂進(jìn)費(fèi)用，此時(shí)明挖順作方案終比頂進(jìn)方案造價(jià)經(jīng)濟(jì)。無論長(zhǎng)度變化，不存在經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。

在特定受限空間和地質(zhì)條件下，當(dāng)明挖順作的支護(hù)費(fèi)用大于頂進(jìn)費(fèi)用時(shí)，方案的經(jīng)濟(jì)性會(huì)隨著穿越長(zhǎng)度而變化。明挖順作方案在穿越長(zhǎng)度短時(shí)投資低，造價(jià)隨長(zhǎng)度成比例增加，造價(jià)曲線斜率較大。封閉頂進(jìn)方案由于工作井、接收井以及頂進(jìn)設(shè)備安拆的費(fèi)用較大，穿越長(zhǎng)度短時(shí)造價(jià)高于明挖順作方案。由于頂進(jìn)費(fèi)用小于支護(hù)的費(fèi)用，造價(jià)隨長(zhǎng)度緩慢增加，造價(jià)曲線斜率較小，穿越方案造價(jià)會(huì)接近并逐步低于明挖順作方案。

以本案為例，當(dāng)管廊穿越長(zhǎng)度從40米變化為120米時(shí)，測(cè)得各方案造價(jià)如表10。

穿越方案造價(jià)與長(zhǎng)度關(guān)系圖繪制如圖9。

從圖9可見，管道頂進(jìn)造價(jià)始終小于管廊頂進(jìn)方案。存在明挖和頂進(jìn)方案造價(jià)線段的交匯點(diǎn)，即在某穿越長(zhǎng)度上兩個(gè)方案造價(jià)相同，這里把方案造價(jià)相同時(shí)的穿越長(zhǎng)度稱為經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度小于和大于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，方案造價(jià)優(yōu)劣正好相反。

3.4 經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)的確定

如何計(jì)算經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)，以本案為例：

3.4.1 明挖順作與管道封閉頂進(jìn)平衡點(diǎn)計(jì)算

在經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)（穿越長(zhǎng)度）時(shí)，明挖順作造價(jià)=管道封閉頂進(jìn)造價(jià)，即：12.516（萬元/米）×穿越長(zhǎng)度（米）=686.56萬元+2.9552（萬元/米）×頂進(jìn)長(zhǎng)度（米）

頂進(jìn)長(zhǎng)度=穿越長(zhǎng)度-工作和接收井內(nèi)的管廊長(zhǎng)度=穿越長(zhǎng)度-11m

經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)（穿越長(zhǎng)度）=（686.56-2.9552×11）/（12.516-2.9552）=68.41m

3.4.2 明挖順作與預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)平衡點(diǎn)計(jì)算

在經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)（穿越長(zhǎng)度）時(shí)，明挖順作造價(jià)=預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)造價(jià)，即：12.516（萬元/米）×穿越長(zhǎng)度（米）=664.72萬元+6.4441（萬元/米）×頂進(jìn)長(zhǎng)度（米）

頂進(jìn)長(zhǎng)度=穿越長(zhǎng)度-工作和接收井內(nèi)的管廊長(zhǎng)度=穿越長(zhǎng)度-11m

經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)（穿越長(zhǎng)度）=（664.72-6.4441×11）/（12.516-6.4441）=97.80m

3.4.3 經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)計(jì)算公式的確定

從以上兩例分析，推導(dǎo)出平衡點(diǎn)的計(jì)算公式為：

平衡點(diǎn)長(zhǎng)度=（頂進(jìn)固定費(fèi)用-頂進(jìn)單價(jià)×工作和接收井內(nèi)的管廊長(zhǎng)度）/（明挖順作單價(jià)-頂進(jìn)單價(jià)）

3.5 經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)的意義

當(dāng)穿越長(zhǎng)度小于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，明挖順作方案造價(jià)最優(yōu)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度大于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，頂進(jìn)方案造價(jià)最優(yōu)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度等于方案平衡點(diǎn)時(shí)，明挖和頂管的方案造價(jià)相當(dāng)。

4? 結(jié)論和建議

綜合管廊穿越方案的選擇，除了考慮場(chǎng)地能否斷交，地質(zhì)水文條件，施工復(fù)雜程度和施工工期等因素外，工程造價(jià)是重要的考量因素之一。

當(dāng)場(chǎng)地條件允許實(shí)施明挖和頂管的方案時(shí)，可根據(jù)明挖順作單價(jià)，管道頂進(jìn)或者管廊頂進(jìn)的單價(jià)和頂進(jìn)固定費(fèi)用，計(jì)算出方案的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度小于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，明挖順作方案造價(jià)最優(yōu)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度大于經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)時(shí)，頂進(jìn)方案造價(jià)最優(yōu)。當(dāng)穿越長(zhǎng)度等于方案平衡點(diǎn)時(shí)，明挖和頂管的方案造價(jià)相當(dāng)。因此，在工程實(shí)施中應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)比選結(jié)果選擇施工方案。在不允許斷交只能采用頂進(jìn)方案時(shí)，管道封閉頂進(jìn)方案造價(jià)優(yōu)于預(yù)制管廊封閉頂進(jìn)方案，宜優(yōu)先采用管道封閉頂進(jìn)方案施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊峰，城市地下市政綜合管廊施工方法初步探討與分析[J].安徽建筑，2016（3）：88-91.

[2]許海巖，蘇亞鵬，李修巖.城市地下綜合管廊施工技術(shù)研究與運(yùn)用[J].安裝，2015（10）：21-23，30.

[3]熊超兵.城市地下綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（5）：162.

[4]張吟秋，頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土箱涵制作及應(yīng)用.混凝土與水泥制品，2015（12）.

[5]馬驥.明挖現(xiàn)澆法城市地下管廊施工技術(shù)[J].低溫建筑技術(shù)，2017（1）.