張雪 梅耀輝

非開挖頂管施工技術(shù)可以實現(xiàn)在不對地表造成破壞的情況下使市政管網(wǎng)穿過建筑群,并且提高施工的效率，節(jié)約成本。解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的干擾，減少對交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響，因此具有較高的社會經(jīng)濟效果。但巖石頂管，特別是長距離、超深的巖石曲線頂管的應用較少，在施工方法和計量計價上都面臨著挑戰(zhàn)。本文以武漢市大東湖核心區(qū)污水傳輸系統(tǒng)工程支線工程為背景，對巖石頂管機的設(shè)備選型、沉降控制、長距離頂管的中繼間等關(guān)鍵技術(shù)進行研究探討，并重點探索長距離巖石頂管的計量與計價方法，以期對類似項目施工與計價提供經(jīng)驗。

一、工程概況

大東湖核心區(qū)污水傳輸系統(tǒng)工程位于武漢市大東湖核心區(qū)，通過集中收集大東湖核心區(qū)生活污水，傳輸至北湖污水廠統(tǒng)一處理，從而滿足污水處理和環(huán)境提升的需求。該項目近期服務(wù)范圍包括沙湖、二郎廟、布落咀及白玉山污水系統(tǒng)130.35平方公里，遠期控制服務(wù)范圍增加武鋼和龍王嘴污水系統(tǒng)約200.25平方公里。建成后，該項目可長遠解決城區(qū)污水處理廠用地與周邊格局矛盾，滿足沙湖港、羅家港、沙湖水環(huán)境提升需求，改善現(xiàn)污水廠周邊環(huán)境。

該項目的支隧工程支采用頂管法施工，采用DN1650的鋼筒混凝土管，管節(jié)長度2.5m；平行布置，凈間距2.5m，總長約1.7km，設(shè)計埋深20～33m，平面為曲線，曲率半徑600m、10800m，縱斷面為0.5‰。穿越巖層主要為中風化泥質(zhì)砂巖。最長頂進長度927.46m，曲線頂管最多拐點為2個，最小曲率半徑為600mm。

本項目為目前國內(nèi)小直徑雙管頂進難度最大、單次頂進長度最長，曲線最復雜的雙線頂管項目。主要難點在于：

1.管位埋深最大超過30米，場地狹小

本工程設(shè)置多個豎井，各豎井井深超過30m，頂管埋深過大，長距離曲線頂管測量導向系統(tǒng)在信號傳遞時，容易受到潮濕空氣影響，頂管姿態(tài)控制精度要求高；各井位場地狹小，現(xiàn)場不具備大量管節(jié)存放條件，各運輸站位有限，導致管節(jié)運輸效率較低。

2.超長距離小直徑頂管，有限空間作業(yè)

頂管隧道單線全長1690.3m，考慮到長距離頂進和鋼筒混凝土管可承載的最大頂力，需要合理布置中繼間，分段完成頂進施工，需設(shè)置中轉(zhuǎn)測站，自動測量定位及導向，渣土輸送設(shè)置中繼泵，采用摩擦系數(shù)較小的減阻泥漿，注漿管道設(shè)置加壓泵及增大注漿主管道的直徑。保證設(shè)備的穩(wěn)定性及耐久性，減少換刀及維護次數(shù)；采用自動導向系統(tǒng)控制精度，使頂管機能夠按照設(shè)定的設(shè)計軸線進行長距離及曲線掘進。

3.曲線頂管，精準糾偏

在曲線段或偏差段，頂進施工過程中需加大測量頻次，及時調(diào)整中繼間的合力中心，確保中繼間轉(zhuǎn)角不變大，應在管內(nèi)設(shè)置中間測站，為防止偏差過大，在曲線段，每頂進1節(jié)管宜進行不小于1次的測量定位，應定時對導線基點復測，宜每隔24h復測1次。

4.雙管平行頂進

支隧工程管材選用DN1650，兩排平行并排管道，管道中心間距為4550mm，兩管間凈距2500mm，比規(guī)程要求的1倍管道外徑2050mm非常接近，相互施工干擾大，對頂進過程姿態(tài)控制精度要求高，為保證頂進過程中隨時糾偏，頂進速度不能過快。

5.地下巖層復雜，不連續(xù)

由于地質(zhì)條件復雜，易造成刀盤結(jié)泥餅和磨損。長距離頂管機設(shè)計選型應滿足頂進系統(tǒng)的可靠性，刀盤的耐久性和可維護性、滾刀人工更換的可行性、主軸抗疲勞及密封性等要求。頂管機刀盤撐子面的巖土層強度軟硬不均，同一土層的強度不相同，頂進過程易產(chǎn)生偏差，須隨時糾偏，且?guī)r土層含泥量變化大，刀盤容易結(jié)泥餅，高壓水沖洗不均衡，對頂進影響大。

6.穿越道路、隧道、橋梁等構(gòu)筑物

支隧頂管穿越團結(jié)大道、地鐵4號線及三環(huán)線這些構(gòu)筑物時，會地表產(chǎn)生變形沉降等。施工過程中，應建立觀測數(shù)據(jù)觀測點，通過觀測數(shù)據(jù)的變化調(diào)整頂進參數(shù)。嚴格限制頂管中的徑向超挖、軸向超挖幅度。嚴格控制出渣量，不宜采取大角度糾偏。

二、長距離巖石頂管關(guān)鍵技術(shù)

1.巖石頂管機設(shè)備選型

本工程頂進地質(zhì)條件復雜，穿越地層有粉質(zhì)黏土層、黏土層、強風化巖、中風化粉質(zhì)砂巖，巖層強度大，地層軟硬不均，管道埋深32米，單次頂進927米，單次頂進持續(xù)時間長達120天。巖石和復合地層頂進作業(yè)，要求設(shè)備長時間處于高負荷狀態(tài)，有精準的頂進方向控制和糾偏措施，能夠滿足長時間作業(yè)的要求。基于本工程地質(zhì)條件和工程特點，采用進口改進型泥水平衡巖石頂管機進行施工。刀盤上安裝滾刀、主切削刀和邊刮刀，增強切削能力。采用保護刀盤的鋼結(jié)構(gòu)，降低對刀盤的磨損。二次破碎倉采用條幅式砍切方式，允許最大顆粒尺寸200mm的石塊進入，刀盤背部的牛腿和錐形破碎倉下部的突起耐磨破碎筋相互配合，組成剪切破碎機構(gòu)。

本工程為長距離曲線頂進，在工作井內(nèi)架設(shè)的儀器無法直接測量機頭的位置，因此采用長距離曲線自動導向系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于激光全站儀，能夠?qū)崟r準確確定頂管機相對于管道軸線的位置關(guān)系，并顯示在電腦屏幕上，為操作人員提供精準的位置姿態(tài)信息。

2.長距離曲線頂管中繼間的布置與應用

考慮到長距離頂進以及頂管掘進機正面阻力和管道外圍摩阻力的要求，本工程設(shè)置了中繼間分段頂進。頂進中應對中繼間進行編組控制，從頂管機頭向后按次序依次將每段管節(jié)向前推移，當一組中繼間伸出時，其它中繼間應保持不動，在所有中繼間依次完成作業(yè)后，主頂工作站完成該頂進循環(huán)的最后頂進作業(yè)。

頂管宜連續(xù)頂進，暫停時間一般控制在12小時之內(nèi)。如果停頂時間超過12小時，必須每隔12小時之內(nèi)至少注漿一次。并在重新開頂前大量注漿，才能取得較明顯的減阻效果，確保頂力在正常范圍之內(nèi)。否則就可能會因頂力過大造成后座墻頂裂、管材頂爆、完全頂不動等后果。

3.曲線頂進、雙線并行及沉降控制技術(shù)與措施

本工程的頂進曲率半徑600，對應的夾角為0.24°，根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》，F(xiàn)型鋼承口的管節(jié)宜小于0.3°，本工程設(shè)計要求接近規(guī)范，對頂進精度控制要求較高。頂進時偏差過大容易造成管節(jié)間止水圈失效、鋼圈與砼管節(jié)的空隙過大而滲漏，管道外側(cè)的泥漿套管也存在內(nèi)滲風險，因此需通過勤加觀測，降低頂進速度，保證頂進方向控制在偏差之內(nèi)。

本工程管材選用DN1650，外徑2050mm，兩排平行布置兩條排水管道，管道中心間距為4550mm，兩管凈間距2500mm。根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》，相互平行的管道水平凈距應根據(jù)土層情況、管道直徑和管道埋深等因素確定，一般情況不宜大于1倍管道外徑。本工程凈距2500mm與管道外徑非常接近，施工時相互干擾大，對頂進過程的姿態(tài)控制進度要求高，必須密切注意頂進軸線的控制。在每節(jié)管節(jié)頂進結(jié)束后，必須進行機頭的姿態(tài)測量，并做到隨偏隨糾，且糾偏量不宜過大，以免土體出現(xiàn)較大擾動及管節(jié)間出現(xiàn)張角。

本工程穿越兩條地鐵線路及三環(huán)線，設(shè)計要求控制沉降要求，對于周邊環(huán)境允許變形參考值2～20mm。根據(jù)《頂管技術(shù)規(guī)程》（CSTT2006），對于周邊環(huán)境允許變形參考值在5～30mm，本工程的要求比規(guī)范要求更加嚴格，為保證施工質(zhì)量，在頂進過程中，應合理控制頂進速度，保證連續(xù)均衡施工，避免出現(xiàn)長時間擱置情況；不斷根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進行土壓力設(shè)定值調(diào)整，使之達到最佳狀態(tài)；嚴格控制出土量，防止欠挖或超挖。

三、補充定額編制

1.編制背景

目前，欠缺巖石頂管的相關(guān)計價依據(jù)，同時現(xiàn)行定額頂管施工為土層，采用中繼間施工時，只有4級中繼間的系數(shù)。因此，為合理確定本工程的造價，根據(jù)本工程的地勘資料、施工方案、施工記錄，采用實測法確定人材機的消耗量，結(jié)合其他省市及行業(yè)定額的相關(guān)說明和本工程的項目難點，對相應消耗量進行調(diào)整，選取我省人材機單價，編制完成泥水平衡頂管 1650mm巖石頂進（綜合巖層）補充預算定額。

2.編制內(nèi)容

（1）項目設(shè)置

根據(jù)本工程頂管頂進穿越極軟巖、軟巖、較硬巖三種巖層，基本段頂進穿越巖層類別可以覆蓋所有巖層類別。根據(jù)本工程實際工藝工序要求，結(jié)合武漢市大東湖核心區(qū)污水傳輸系統(tǒng)工程支線隧道工程地勘資料，根據(jù)不同巖層掘進長度占總掘進長度權(quán)重，綜合計算，確定編制“DN1650mm 頂管頂進（巖層綜合）”預算補充定額。

（2）計算人材機消耗量

根據(jù)現(xiàn)場施工調(diào)研及實測，結(jié)合本項目地勘資料及批準施工方案，根據(jù)多方共同確認的施工記錄。

① 確定班組成員數(shù)及工作內(nèi)容：根據(jù)施工工藝需要，班組成員用工見下表：

工種 作業(yè)內(nèi)容安裝工人 配合協(xié)助管節(jié)、材料等吊卸，安裝及場內(nèi)運輸電工 各類設(shè)備電路接線及檢修普工 安裝木襯墊、膠圈、管道接口加工連接頂管機操作手 操作頂管機運行

②確定機械配置及工作內(nèi)容：根據(jù)施工工藝需要，主要機械配置如下表：

機械名稱規(guī)格型號 工作內(nèi)容刀盤式泥水平衡頂管機（掘巖機） 巖層破碎掘進泥水分離系統(tǒng)泥漿凈化，有效控制泥漿的性能指標，減少卡鉆事故；實現(xiàn)泥漿循環(huán)使用，節(jié)約造漿材料；對土渣的有效分離，減少廢漿外運和造漿費用。液壓泵站 為頂管機提供動力

另外根據(jù)施工需要配備汽車式起重機及叉式起重機進行管節(jié)及材料的吊運、場內(nèi)運輸。設(shè)置潛水泵、泥漿泵、中繼泵等進行排水、排泥漿、除渣等。

③機械消耗量

根據(jù)施工記錄和巖層長度的權(quán)重比例，確定刀盤式泥水平衡頂管掘進機、汽車式起重機及叉式起重機臺班消耗量。潛水泵、排泥泵、中繼泵、泥水分離器與頂管機配套，同時施工，臺班消耗量與頂管機相同。借鑒全國及行業(yè)定額液壓泵站與頂管機設(shè)備臺班消耗量比例為2∶1，確定液壓泵站臺班消耗量。

④人工消耗量

根據(jù)班組成員和頂管機臺班產(chǎn)量，結(jié)合相關(guān)定額普工技工比例，確定普工、技工消耗量。

⑤材料消耗量

根據(jù)施工工藝要求及技術(shù)方案材料配置計劃確定主要材料，如鋼管、橡膠圈、電纜、齒輪油等消耗量。

對于實際使用的，如鍍鋅鋼管、液壓油等，在其他材料費中考慮，借鑒全國或兄弟省市行業(yè)定額，其他材料費按照1.50%計取。

鋼筒混凝土管消耗量1.005m/m，按未計價材考慮。

定額編制不考慮開倉和刀具更換費用，發(fā)生時費用另計。

⑥多級頂進系數(shù)

根據(jù)《市政工程消耗量定額》（編號為ZYA1-31-2015）、《湖北省市政工程消耗量定額及統(tǒng)一基價表》（2008）、《頂管施工定額》（非開挖技術(shù)規(guī)范叢書2016版）及其他省市市政定額中頂管頂進均以基本段為編制基礎(chǔ)，當采用中繼間頂進時，人工與機械按調(diào)整系數(shù)分級計算。現(xiàn)行計價依據(jù)中多級頂進系數(shù)為頂管土層頂進時執(zhí)行系數(shù)。結(jié)合本項目巖層頂進特點，參考《頂管施工定額》（CSTT非開挖技術(shù)規(guī)范叢書）及《福建省市政工程預算定額》定額解釋，完善巖石頂進多級系數(shù)說明。

四、總結(jié)與展望

長距離巖石頂管作為一種新型頂管技術(shù)，避免了城市內(nèi)明挖施工帶來的影響，中繼間的應用保證了頂管機長距離施工。本補充定額針對該項目的特點，結(jié)合施工記錄，真實反映了施工實際情況和現(xiàn)場水平，解決了長距離巖石頂管定額缺項的問題，其結(jié)果經(jīng)各參與方審核確認，符合市場平均水平，為類似項目計價提供了寶貴參考價值。