設(shè)計院承擔(dān)EPC項目在施工管理中的優(yōu)勢

鄭家祥，劉偉才，雷 軍

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072)

1 EPC項目的實質(zhì)

所謂EPC工程總承包，即設(shè)計、采購、施工一條龍，全部由一家企業(yè)總承包。其本質(zhì)就是要充分發(fā)揮總承包商的集成管理優(yōu)勢?？偝邪绦栌袕姶蟮娜谫Y和資金實力、深化設(shè)計能力、成熟的采購網(wǎng)絡(luò)，以及爭取施工技術(shù)精良的專業(yè)分包商的資源支持和有效監(jiān)控等。

對于設(shè)計院作為總承包商的EPC項目而言，總承包商可以通過把握設(shè)計思路及理念在保證工程質(zhì)量的前提下加快現(xiàn)場決策，從而加快工程進度、降低整個項目的建造成本。

2 設(shè)計院作為總承包商的優(yōu)勢和劣勢

從傳統(tǒng)的觀念來看，以前長期從事設(shè)計工作的設(shè)計院作為EPC工程總承包商既有其先天優(yōu)勢，也會有先天不足。其中最大的優(yōu)勢無疑是對工程設(shè)計的掌控能力，最大的劣勢應(yīng)該就是施工管理能力的欠缺和不足。

實事求是的說，對于長引水式的水電工程EPC項目，所謂的優(yōu)勢即設(shè)計掌控能力并未在方案策劃階段得到充分體現(xiàn)，大多因戰(zhàn)線長、地質(zhì)條件復(fù)雜且變化多端而在實施階段為確保工程運行安全而不得不增加投資。反倒是傳統(tǒng)意義上所謂的劣勢即施工管理能力尤其是現(xiàn)場決策能力，設(shè)計院經(jīng)過近十年來作為總承包商承擔(dān)EPC項目的實踐和摸索，取得了長足的進步，成了設(shè)計院的一大優(yōu)勢。因為設(shè)計出身的項目管理人員能夠準確把握不同工程部位不同結(jié)構(gòu)的功能性要求及施工和永久運行工況對于結(jié)構(gòu)的影響，在施工管理過程中可以做到抓大放小，抓主要矛盾放次要矛盾，在確保工程安全和施工安全的前提下快速決策，盡量使施工簡便可行，承包商樂于接受，減少了推諉扯皮，降低了監(jiān)理和總包的管理成本，進而進度相對較快，投資相對節(jié)省，最終使得項目施工管理贏得了高效、共贏、和諧的局面。

本文以坪頭工程為例，選取首部、引水系統(tǒng)、廠房分別介紹設(shè)計院作為總包商對項目的施工管理。

3 坪頭水電站施工管理現(xiàn)場決策案例

3.1 工程概況

坪頭電站裝機180MW。閘壩擋水形成庫容62萬m3的水庫，由12.7km引水隧洞及670m壓力鋼管引水，三條支管接三臺混流式機組；地下廠房包括主副廠房、安裝間及主變等洞室。該工程位于三縣交界處，條件艱難，自然環(huán)境危險，人文環(huán)境復(fù)雜。

首部樞紐左岸陡直高邊坡的主動網(wǎng)防護不僅施工難度大且占據(jù)主體工程的直線工期；引水隧洞戰(zhàn)線長、地質(zhì)條件復(fù)雜；調(diào)壓井及壓力管道施工的難點、重點在于三條豎井的開挖，由于圍巖均為全、強風(fēng)化而難以成型，安全風(fēng)險巨大。地下廠房前期施工很快，后由于尾水支洞施工中涌水嚴重而不得不使廠區(qū)樞紐全面停工。經(jīng)設(shè)計調(diào)整方案后剩余項目于2007年12月復(fù)工。

3.2 首部施工管理

當(dāng)設(shè)計和工程現(xiàn)場各自站在不同的立場，設(shè)計風(fēng)險和工程風(fēng)險的沖突就會帶來工程管理的困擾。此時優(yōu)秀的項目管理應(yīng)該從工程實際出發(fā)，在尊重設(shè)計的基礎(chǔ)上提出合理建議從而使設(shè)計和工程管理相得益彰，在有時矛盾實在不可調(diào)和時，項目部就得當(dāng)機立斷做出決策。

在首部的施工管理中就出現(xiàn)過兩個典型的案例：一為左岸束水墻的施工；二為左岸高邊坡防護倒懸體的施工。

3.2.1 左岸束水墻的施工管理

進水口布置于左岸，其上游設(shè)有順流向長約70m的束水墻與取水口塔體連接，根據(jù)初設(shè)階段的水工模型試驗成果，整個束水墻的迎水面從建基面高程885m至壩頂高程915m須鉛直，但由于實際地形的出入，有很長一段束水墻若要保持迎水面鉛直，則會出現(xiàn)“頭重腳輕腰身細”的不利結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)厚度最薄處僅70cm), 設(shè)計也及時進行了調(diào)整，將該段束水墻改成了貼坡混凝土擋墻結(jié)構(gòu)。

但項目部認為，即便為貼坡結(jié)構(gòu)，也未能從根本上解決“頭大腳小”的問題，在庫水位下降的工況中，因巖壁與墻體間的水不能及時排除而使束水墻極有可能發(fā)生折斷。結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定問題是明顯的，要想解決此問題，只有兩個途徑，要么增大下部結(jié)構(gòu)厚度，要么降低束水墻高度。項目部認為，原來的水工模型試驗成果更多地考慮了水力學(xué)方面的問題，于是分析了一定程度降低束水墻高度后，既不會影響取水口流態(tài)(諸如產(chǎn)生立軸漩渦)，也不會影響沖沙效果(下部結(jié)構(gòu)完全維持原設(shè)計的結(jié)構(gòu)形態(tài))，更不會影響泄洪能力。即：左岸束水墻適當(dāng)調(diào)整體型，不會改變水力學(xué)結(jié)果?；诖耍椖坎繘Q定：與進水口塔體相鄰30m段仍按原設(shè)計體型施工，其余約40m段束水墻902m高程以上的混凝土結(jié)構(gòu)全部取消。運行實踐表明，該調(diào)整不僅使左岸束水墻的結(jié)構(gòu)安全有了保證，還減少了工程量、節(jié)省了投資。

3.2.2 左岸高邊坡防護倒懸體的施工管理

左岸為高約155m近直立的陡崖，雖整體穩(wěn)定，但會有小塊體墜落。為保證施工期和運行期人員及建筑、設(shè)備安全，對進水口至閘護坦區(qū)域的陡崖進行主動防護網(wǎng)處理。

在主動網(wǎng)施工的后期，有一處倒懸體(長40余米，深15m左右)是否必須進行主動網(wǎng)防護，設(shè)計和現(xiàn)場的意見出現(xiàn)了不一致，設(shè)計要求必須防護，而施工方認為施工難度太大，很難按設(shè)計要求將主動網(wǎng)牢固地緊貼巖壁，達不到主動防護的目的。

項目部查看了現(xiàn)場實際情況，并作出如下分析：

(1)該區(qū)域巖體完整無裂隙，整體性較好，無明顯危巖塊體，基本不會有大的掉塊等地質(zhì)現(xiàn)象；

(2)倒懸體最高處高程約928m，閘壩完工之后的壩頂高程915m，高差較低；更重要的是該倒懸體位于取水口和左岸擋水壩體下游，該處正下方無建筑物。故倒懸體即便有小塊體墜落，一來不會直接砸主體結(jié)構(gòu)，二來沖擊力和破壞力較小；

(3)該部位施工難度極大，工人以安全繩和安全帶作為主要的作業(yè)通道和安全保護由上向下施工或是懸崖式安全作業(yè)艙都無法到達作業(yè)面；若采用其他施工工藝，則需要較長的施工工期；若必須對該區(qū)域采取主動網(wǎng)防護，則工期將延后35天左右，直接影響首部樞紐工程的后續(xù)工期。

鑒于上述分析，該倒懸體即便不做主動網(wǎng)防護，于施工、于永久運行均無影響，故項目部決定取消了該部分的主動網(wǎng)施工，既為后續(xù)工作贏得了時間，也節(jié)省了投資。

3.3 引水系統(tǒng)施工管理

3.3.1 灌漿管理

水電站引水隧洞全長約為12.7km，進行固結(jié)灌漿的洞段長度為5 655m，固結(jié)灌漿總長度51 250m。

引水隧洞初期較大的單耗量(CⅠ標(biāo)已經(jīng)完成的1～5單元段的灌漿，此段巖性為白云質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r，圍巖類別為Ⅲ類偏差，平均單耗竟然達到474kg/m)，使得項目部感覺到很大的壓力。灌漿屬地下工程，又稱良心工程，管理起來常常費時費力效果還不好。經(jīng)上報院項目管理部批準采取了兩項措施：①從另外的灌漿專業(yè)施工隊伍引進專業(yè)人員協(xié)助項目部進行管理；②項目部自購自動灌漿記錄儀提供給施工單位使用。

隧洞固結(jié)灌漿量的決定因素是圍巖的巖性、裂隙發(fā)育情況、圍巖類別等客觀因素，但如何保證所有的吸入量真實有效，就需要盡可能減少人為因素在工程施工中的影響。自購自動灌漿記錄儀加強了設(shè)備方面的管理，有助于施工及管理人員更有效、更簡單地對施工過程進行監(jiān)管，使得灌漿量的可信度增加；而專業(yè)灌漿技術(shù)人員的旁站是加強監(jiān)督方面的管理。兩者對于灌漿施工的有效管理缺一不可。

項目部自購的記錄儀主機為單片機，而不是普通的計算機，其記錄程序除廠家外無法手動修改，記錄結(jié)果的時間及內(nèi)容自動生成，無法人工修改；二是記錄儀為三參數(shù)自動記錄儀，即灌漿壓力、漿液密度、灌漿量自動測量及記錄，而分包商使用記錄儀的密度為人工測量及手工填入。自動記錄儀的使用可以最大程度地減少灌漿記錄過程中的人為因素。與此配套，項目部制定了《灌漿施工現(xiàn)場質(zhì)量管理辦法》。

灌漿記錄儀的成果減少了記錄過程的人為因素，但它畢竟是機器，在使用中缺失監(jiān)督一樣會出問題。舉個最簡單的例子，在記錄儀的關(guān)鍵配套設(shè)備密度桶上加個蓋子就會使密度計的測量值增大。因此，專業(yè)的灌漿技術(shù)人員的旁站監(jiān)督是必須的。

在灌漿施工旁站和使用了自動記錄儀后，隧洞的灌漿單耗有了明顯的下降。

隧洞固結(jié)灌漿情況統(tǒng)計見表1。

表1 引水隧洞固結(jié)灌漿結(jié)果統(tǒng)計

3.3.2 隧洞鋼襯施工管理

引水隧洞后段(11+305～12+711m)經(jīng)設(shè)計復(fù)核后調(diào)整為鋼管襯護。1.4 km長的隧洞鋼管安裝，在最初的施工計劃中，制作安裝需耗時接近2年，可謂耗材、耗時、耗力。

在其他工程，鋼管安裝基本都采用軌道進行洞內(nèi)運輸就位，只對壓力管道采用鋼管，因此總長度不長，其制安并不占直線工期。而坪頭電站是在較長的引水隧洞也采用了鋼管，所以鋼管制安的時間緊、任務(wù)重，項目部集思廣益，最終選擇利用叉車在洞內(nèi)進行運輸及就位的方案。在洞內(nèi)運輸前，首先將1.4km長鋼管安裝洞段的底板澆筑C20素混凝土進行硬化。鋼管在加工場加工好后，由汽車運至支洞口，利用支洞口的反轉(zhuǎn)龍門架翻身，之后整個洞內(nèi)的運輸及就位交由叉車在比較平坦的洞內(nèi)完成。

由于充分發(fā)揮了叉車靈活自由的特點，到高峰期，甚至一天可以就位掛裝6～7節(jié)鋼管(每節(jié)鋼管2m)，整個隧洞鋼襯的制安從2009年2月至2010年8月歷時1年半完成，比原計劃縮短了5～6個月。

鑒于此成功的經(jīng)驗，后期開始的壓力鋼管平段安裝也采用了叉車的模式。

3.4 廠區(qū)樞紐施工管理

廠區(qū)樞紐施工過程中，主要存在兩個施工安全隱患：一為調(diào)壓井豎井及壓力管道兩條豎井共計三條豎井的開挖；另一為廠房老頂拱混凝土的拆除。這兩個地方若稍不注意，都會造成重大安全事故。

3.4.1 廠房頂拱混凝土拆除

設(shè)計調(diào)整電站廠區(qū)樞紐布置決定將廠房及所有相關(guān)附屬建筑在原地垂直上抬15m時，原廠房頂拱混凝土已澆筑成型，拱跨度18.6m，總長75m，設(shè)計厚度1～1.2m，混凝土等級為C20,配雙層鋼筋，主筋直徑φ25mm@200mm，分布鋼筋φ20@200mm。頂拱下部為原開挖形成的巨大空腔。

廠房上抬，新頂拱成型后，在新、老頂拱間形成了一個巨大的“夾心餅干”，包括老頂拱上覆巖體、老頂拱的混凝土、鋼筋、還有部分錨桿，加之其下即為巨大空腔，因此在爆破及拆除過程中，若方案及控制不當(dāng)，都有可能造成施工人員及設(shè)備墜落事故。其重點和難點主要有：

(1)如何確保廠房頂拱上部高邊墻的穩(wěn)定、周邊圍巖的穩(wěn)定及附屬洞室的穩(wěn)定。

(2)新頂拱混凝土拱座部分與邊墻巖體連接，如處理不當(dāng)，將會在膠結(jié)點處拉裂，造成邊墻巖體失穩(wěn)。

(3)原頂拱混凝土襯砌混凝土中密布雙層結(jié)構(gòu)鋼筋，并交叉有系統(tǒng)錨桿、隨機錨桿等，鉆孔作業(yè)隨時都有可能碰到鋼筋，造成大量的廢孔，混凝土雖經(jīng)爆破但仍存在嚴重的粘連情況，需對大徑塊體進行二次解炮，極大影響爆破效率和施工進度，施工難度較大。

(4)爆破參數(shù)無類似工程可借鑒，拆除施工時需大量的爆破試驗數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化設(shè)計。

(5)原廠房頂拱混凝土產(chǎn)生了縱向裂縫，為安全計，無法投入大型施工設(shè)備。為將拆除爆破對邊墻的影響降到最低，需對原頂拱混凝土拱腳部位的鋼筋進行割除，割除時施工人員的安全問題突出。

(6)下部出渣高采空清渣施工安全問題突出。

由于施工難度和安全風(fēng)險太高，項目部專門從高校請來教授商討爆破參數(shù)，也特意從施工單位請來爆破專家進行施工方案的研究，不僅制定審慎的施工方案還制定了詳盡的安全預(yù)案。

實際實施時，首先將上部高邊墻全部進行系統(tǒng)支護；對下部空腔進行石渣回填，回填至原廠房頂拱拱腳601m高程。因原廠房頂拱最高點高程為607.5m，與拱角高程仍有近7m的高差，為將此空腔填滿，以保證施工安全。在廠房二層布置兩個溜渣井，采用溜渣的方式，用上部爆破石渣將空腔填至607m高程，之后再拆除老頂拱混凝土。針對頂拱混凝土的結(jié)構(gòu)特點及鋼筋混凝土的性質(zhì)，采用“條帶分區(qū)，水平鉆孔、爆破法拆除混凝土，機械割除鋼筋”的方式進行原廠房頂拱混凝土的拆除施工。整個施工過程中，無論是老頂拱混凝土之上的上覆巖體的挖除，還是老頂拱混凝土本身的拆除，爆破都是必不可少的程序。總包、監(jiān)理及施工各方嚴密跟蹤施工過程，隨著實際斷面的變化，適時調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)，同時加強安全監(jiān)測。

從2009年2月25日開始至4月25日，期間克服了施工本身存在的巨大風(fēng)險和難度帶來的影響，也克服了經(jīng)常停電、老鄉(xiāng)阻工等外部施工環(huán)境的干擾，歷時兩個月順利安全地完成了廠房頂拱混凝土拆除。

3.4.2 豎井開挖

調(diào)壓井和壓力管道位于引水系統(tǒng)后段，處于莫紅背斜核部的細晶白云巖內(nèi)，巖體風(fēng)化、巖溶作用強烈，“砂化”現(xiàn)象明顯，構(gòu)造作用較為明顯，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，且多充填粉砂土，巖體多呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，少部分為鑲嵌結(jié)構(gòu)，大部分地段可形成 “土夾石”狀的全強風(fēng)化段，圍巖以Ⅳ～Ⅴ類為主，且Ⅴ類居多。為此地質(zhì)部門建議調(diào)壓井井筒及壓力管道兩條豎井開挖務(wù)必采用邊開挖、邊支護的方法施工。

三條豎井的開挖都采用了反倒井施工法，項目部除了嚴格加強井下作業(yè)的規(guī)范管理外，還果斷調(diào)整了原設(shè)計的臨時支護方案，將原設(shè)計的在井壁現(xiàn)場制安鋼筋網(wǎng)支護調(diào)整為高強度高韌性的成品機編網(wǎng)直接鋪在井壁上，將原設(shè)計的砂漿錨桿調(diào)整為自進式錨桿，井壁擴挖14cm，增設(shè)I14鋼支撐，榀距0.5～1m，鋼支撐與錨桿連接，遇有砂化特別嚴重洞段，榀距可適當(dāng)加密。此調(diào)整極大地縮短了巖壁裸露的時間、加快了支護的進度，從而有效保證了施工的安全。2009年8月16日，調(diào)壓井豎井開挖支護結(jié)束；2009年10月17日，2號豎井開挖支護結(jié)束。

即是如此，由于“土夾石”狀的全強風(fēng)化段的存在，壓力管道1號豎井還是出現(xiàn)了井壁坍塌，因提前有預(yù)判，加之管理和保護得當(dāng)，沒有造成人員傷亡。

1號豎井自反導(dǎo)井形成后，豎井井底圍巖坍塌現(xiàn)象持續(xù)不斷，坍塌區(qū)域自765m高程不斷向上延伸，隨著1號豎井全斷面擴挖撐子面向下延伸，豎井內(nèi)巖石坍塌規(guī)模有增強趨勢，常伴有2～3m3大粒徑巖塊塌落。2009年7月24日，1號豎井全斷面開挖支護至810.3m高程(已完成了39.1m，剩余設(shè)計開挖高度約45.3m)時，發(fā)生了坍塌，塌方段以反導(dǎo)井為中心徑向最大半徑約9m，平均半徑為4～5m，塌空區(qū)徑向范圍超過設(shè)計開挖尺寸近6m，塌方段頂部距正向擴挖工作面約5m。

發(fā)生坍塌后，項目部立即下令暫停1號豎井的開挖，研究后續(xù)方案。通過項目部、監(jiān)理及施工方共同商討，先后制定了三套方案：

方案一：

(1)對高程806m以上6m范圍進行固結(jié)灌漿，孔深12m，間、排距2.0m×2.0m；

(2)對高程806m以上6m范圍進行3φ25錨筋樁支護，L=12m，間、排距1m×1m，入巖11.5m，分三段注裝，中間采用搭頭焊接；

(3)穩(wěn)住上面的井壁后再對剩余欠挖部分進行開挖支護；

(4)搭設(shè)可伸縮式施工平臺，利用施工平臺，由上至下噴射C25混凝土10cm對坍塌基巖面予以封閉處理。

方案二：

(1)高程806m以上6m范圍仍同方案一，即：進行固結(jié)灌漿，孔深12m，間、排距2.0m×2.0m(梅花形布置)及3φ25、L=12m，間、排距1m×1m(梅花形布置)的錨筋樁支護；

(2)對于井壁坍塌段(高程806m以下范圍)，建議采用C20二級配泵送混凝土進行回填，中部預(yù)埋PE管(直徑φ1500，壁厚4cm)做為后續(xù)豎井開挖的溜渣孔。

方案三：

(1)高程806m以上6m范圍仍同方案一；

(2)預(yù)制1m見方的中空模板，通過中平洞在豎井底部快速支模，從底部往上澆筑約20m高的混凝土，封住塌方段，中空部分為后續(xù)豎井開挖的溜渣孔。

方案的確定事關(guān)重大，不能絲毫馬虎。通過近一個半月施工可行性及安全保證性的充分全面而又慎重的論證，最終于8月底才確定采用方案三。2010年2月9日，1號豎井開挖支護結(jié)束。

三條豎井的開挖及廠房老頂拱混凝土的拆除創(chuàng)造了零傷亡的奇跡，至關(guān)重要的是采取了高度縝密的事前策劃、科學(xué)合理的施工方案、嚴謹?shù)倪^程控制與管理等措施。

4 結(jié)束語

設(shè)計院承擔(dān)EPC項目，有設(shè)計的優(yōu)勢不足喜，掌握不好基礎(chǔ)資料而盲目按經(jīng)驗套用原有成果也會栽跟頭；有施工管理的弱項也不足懼，立足自身特長，結(jié)合工程實際，也會走出獨具特色的施工管理之路。

設(shè)計院作為EPC項目總承包商在施工管理中具有一定的優(yōu)勢。但施工管理僅僅是EPC項目管理的一個分支而已，無論是設(shè)計院還是其他單位作為總承包商，要搞好EPC項目的管理(設(shè)計管理、施工管理、采購管理、團隊建設(shè)等)，以下4點均必不可少：

(1)“以工程為本、為工程服務(wù)”的理念為先導(dǎo)；

(2)熟練的業(yè)務(wù)素質(zhì)，靈活變通的能力是基礎(chǔ)；

(3)堅強有力、團結(jié)一心的項目管理團隊是平臺；

(4)完善的體系、獎懲分明的激勵機制是催化劑。

在此基礎(chǔ)上，通過一個個具體工程的管理實踐和摸索，最終會使EPC項目管理合理、規(guī)范、科學(xué)。