賴關(guān)倒虹管穿國(guó)道施工方案分析比選

段周平，盧 萍

(1.貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽 550000；2.中鐵二院工程集團(tuán)有限公司，貴陽 550000)

1 工程概況

賴關(guān)倒虹管屬夾巖水利樞紐工程部分，橫跨一溶蝕槽谷地形，落差50m，進(jìn)口接北干渠末端，出口接1#明渠，全長(zhǎng)322m，進(jìn)口段為順向坡，出口段為逆向坡。倒虹管采用管徑為DN1500的球墨鑄鐵管雙管布置。倒虹管K0+106-K0+135段(2#-3#鎮(zhèn)墩)下穿G212國(guó)道，該段國(guó)道位于S曲線彎道上，現(xiàn)場(chǎng)坡度較大，路基邊坡最大高差7.9m，同時(shí)管道安裝時(shí)接口的設(shè)計(jì)允許最大轉(zhuǎn)角為1°。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料以及公路管養(yǎng)單位相關(guān)資料，本段倒虹管下穿國(guó)道段，屬于半填半挖地段，填方段為路基填筑AB料，挖方段全部為基巖，現(xiàn)場(chǎng)基巖裸露，為T1m灰色中厚層灰?guī)r。施工平面示意圖見圖1。

圖1 施工平面示意圖

2 方案比選

施工過程中為保障公路路基穩(wěn)定性，確保原有道路車輛暢通，施工工期等因素，現(xiàn)對(duì)原繞行斷路方案、水鉆施工方案及頂管中管施工方案(以下分別簡(jiǎn)稱方案一，方案二，方案三)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹及分析比選。

2.1 開挖斷路繞行施工

跨國(guó)道段施工總體流程為：施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地清理→修建跨路臨時(shí)道路→修建臨時(shí)排水溝→交通管制→原有道路破除→開挖至倒虹管設(shè)計(jì)基礎(chǔ)標(biāo)高→底板及墊層混凝土工程→倒虹管安裝→鋼筋混凝土施工→路面恢復(fù)。

為保證施工期間通行，施工前需沿國(guó)道一側(cè)布置臨時(shí)道路，距離原道路橫向間距4m位置布置，減少施工對(duì)道路行車的影響，確保道路安全及行車通暢。對(duì)原有路基側(cè)溝、擋墻、防撞墻、人字形骨架等公路附屬設(shè)施及綠化拆除。

臨時(shí)道路采用泥結(jié)碎石路面，挖機(jī)整平后，底部換填0.3m塊石，頂部采用40cm厚碎石攤平碾壓處理，攤鋪寬度8.5m，保證車輛可以安全通過，臨時(shí)道路最大縱坡坡比為3.1%。本段改路長(zhǎng)度180m。繞行道路距離G212國(guó)道較近，爆破開挖危險(xiǎn)性較大，石方采用挖掘機(jī)自帶破碎錘進(jìn)行破碎，10t的自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)集中堆放。塊石材料從1#明渠挑選石質(zhì)堅(jiān)硬的材料，規(guī)格質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，碎石墊層從石料廠采購(gòu)，鋪設(shè)完成后攤平碾壓，驗(yàn)收合格后方可封道改路，如圖2所示。

圖2 開挖斷路繞行

在臨時(shí)道路內(nèi)側(cè)設(shè)置底寬40cm，深度50cm，坡度1∶0.3的臨時(shí)排水溝，水溝內(nèi)側(cè)采用M7.5砂漿抹面厚度3cm。臨時(shí)道路跨原有道路水溝處使用C25鋼筋混混凝土蓋板覆蓋，以確保行車安全及原有水溝不被破壞。

2.2 水磨鉆成洞施工

采用水磨鉆鉆孔施工，成型開挖斷面，貫通后，采用頂推球墨鑄鐵管，其工作原理是在頂進(jìn)管道的兩端按設(shè)計(jì)的方案設(shè)置工作井和接收井，工作井內(nèi)設(shè)置堅(jiān)固的鋼筋混凝土后座，吊進(jìn)油壓千斤頂以及要頂進(jìn)的球墨鑄鐵管(管內(nèi)徑1.5m,壁厚15cm)，接好照明，油管等管線，然后用油壓千斤頂緩慢頂進(jìn)，通過人工開挖方式，將球墨鑄鐵管頂進(jìn)。在頂進(jìn)的過程中通過激光導(dǎo)向儀測(cè)量頂管的方向，邊頂進(jìn)邊排土邊調(diào)整，直至將球墨鑄鐵管管頂至接收井內(nèi)。

圖3 頂管施工示意圖

施工工序?yàn)椋簻y(cè)量放樣→場(chǎng)地平整→工作井開挖及支護(hù)→路基主體注漿→施工后背墻→機(jī)械調(diào)試→人工開挖孔口→水磨鉆掘進(jìn)→出洞(接收井)→頂進(jìn)管材→超挖注漿處理→交工驗(yàn)收。

2.3 頂管施工(管中管)

本段下穿國(guó)道段采用頂管施工工藝，水鉆鉆孔，頂管掘進(jìn)，混凝土管跟進(jìn)，穿過跨路段2#-3#鎮(zhèn)墩頂管貫通時(shí)，進(jìn)行球墨鑄鐵管安裝，在工作井中逐節(jié)安裝，逐節(jié)頂進(jìn)[1]。頂管管徑為DN2000鋼筋混凝土專用管，混凝土管內(nèi)安裝DN1500球墨鑄鐵管，路基邊坡薄弱填方段采用注漿加固，混凝土管與球墨鑄鐵管之間間隙采用吹沙注漿回填，采用頂進(jìn)法施工。

因本工程為雙管布置，管間距為1m，現(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái)鉆機(jī)施工，一臺(tái)鉆進(jìn)開挖至10m處，另一臺(tái)開始掘進(jìn)施工，兩臺(tái)施工軸線長(zhǎng)度安全距離≥6m。

施工工序?yàn)椋簻y(cè)量放樣→場(chǎng)地平整→工作井開挖及支護(hù)→路基邊坡注漿→施工后背墻→機(jī)械調(diào)試→管頭進(jìn)洞→人工掘進(jìn)→頂進(jìn)管材→管頭出洞(接收井)→安裝球墨鑄鐵管→交工驗(yàn)收。

2.4 方案對(duì)比分析

1)施工工藝方面：

方案一路基全斷面放坡開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，管材內(nèi)施工混凝土箱涵，箱涵內(nèi)安裝管道填充土石，兩側(cè)基礎(chǔ)開挖過渡段土石回填，分層填筑壓實(shí)，涵頂以上至路床分層填筑夯實(shí)，路面瀝青恢復(fù)，施工場(chǎng)地范圍大，占道時(shí)間長(zhǎng)。

方案二路基兩側(cè)開挖工作坑，減少路面施工干擾，確保行車安全，采用注漿固結(jié)路基填料，然后用水磨鉆開挖成洞，貫通后安裝球墨鑄鐵管。施工工藝先進(jìn)，對(duì)路基主體影響小，施工經(jīng)驗(yàn)成熟，解決后期管道下穿國(guó)道施工問題，施工場(chǎng)地范圍小。

方案三路基兩側(cè)開挖工作坑，減少路面施工干擾，確保行車安全，采用液壓頂管施工，填方段邊坡進(jìn)行注漿處理，不占道，水鉆掘進(jìn)，DN2000混凝土管跟進(jìn)，墊層施工，球管安裝，吹沙回填。施工工藝先進(jìn)，對(duì)路基主體影響小，施工經(jīng)驗(yàn)成熟，解決后期管道下穿施工問題，施工場(chǎng)地范圍小。

2)質(zhì)量方面：

方案一開挖施工后兩側(cè)采用土石回填，順層填筑，無臺(tái)階極易出現(xiàn)不均勻沉降；小型機(jī)械夯實(shí)無法滿足主體基床以下路堤壓實(shí)度94%的要求，路基通車后極易出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象；箱涵內(nèi)管道安裝后填充土石回填，頂板以上填充級(jí)配碎石，壓實(shí)度97%，小型機(jī)械夯實(shí)無法滿足公路壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，K30檢測(cè)無法滿足設(shè)計(jì)要求，易發(fā)生質(zhì)量事故。

方案二路基主體采用注漿加固，形成整體，水磨鉆成洞，對(duì)路堤整體擾動(dòng)范圍??；但需對(duì)注漿部位瀝青路面進(jìn)行重新鋪設(shè)，質(zhì)量要求高；且球墨鑄鐵管在反復(fù)多次頂進(jìn)過程中，容易對(duì)管材連接處的密封圈造成損傷，防滲漏檢查存在一定難度。

方案三不需要進(jìn)行國(guó)道路面的恢復(fù)工作；球墨鑄鐵管一次頂進(jìn)安裝，對(duì)密封圈影響小，更有利于保證管材安裝質(zhì)量。

3)安全方面：

方案一車流量較大，現(xiàn)場(chǎng)位于S型彎道上，安全風(fēng)險(xiǎn)高；臨時(shí)便道與既有國(guó)道等級(jí)不同，便道反復(fù)行走不平整，需時(shí)常維護(hù)管理，便道修建難以達(dá)到原國(guó)道等級(jí)，存在較大的行車安全隱患風(fēng)險(xiǎn)；瀝青路面段下挖深度7m，開口線寬度超過10m，施工周期長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高；路基填方段邊坡易塌方，對(duì)路基主體影響較大，后期道路運(yùn)行存在安全隱患。

方案二在國(guó)道處不進(jìn)行大規(guī)模的開挖施工，對(duì)道路影響小；基本不影響國(guó)道運(yùn)行期間的通車安全。但需對(duì)國(guó)道路堤部分注漿加固，采取半幅通車半幅封閉施工，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。且開挖過程中未進(jìn)行支護(hù)處理，存在一定掉塊塌方風(fēng)險(xiǎn)。

方案三在國(guó)道處不進(jìn)行大規(guī)模的開挖施工，對(duì)道路影響?。皇┕て陂g不需要進(jìn)行道路封閉，基本不影響國(guó)道運(yùn)行期間的通車安全?；炷凉芷鸬街ёo(hù)作用，施工過程中相對(duì)安全。

4)工期進(jìn)度方面：

方案一施工場(chǎng)地范圍大，施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大，辦理施工許可周期長(zhǎng)，施工工期較長(zhǎng)，達(dá)121d。

方案二采取半幅通車半幅封閉施工，穿路段施工與國(guó)道交通互有一定影響，施工許可辦理周期相對(duì)較短，施工工期較短，100d。

方案三施工期間能保證國(guó)道交通正常，施工許可辦理周期相對(duì)較短，施工工期較短，90d。

5)環(huán)境保護(hù)方面：

方案一繞行路及破路開挖存在土建施工常規(guī)的環(huán)境污染現(xiàn)象。

方案二不需要修建繞行路，不需要進(jìn)行破路開挖，對(duì)施工周邊區(qū)域擾動(dòng)小，相當(dāng)于原設(shè)計(jì)方案對(duì)環(huán)境污染較小。

方案三不需要修建繞行路，不需要進(jìn)行破路開挖，對(duì)施工周邊區(qū)域擾動(dòng)小，相當(dāng)于原設(shè)計(jì)方案對(duì)環(huán)境污染較小[2]。

6)經(jīng)濟(jì)方面：

方案一土建部分費(fèi)用較小；但需補(bǔ)充征地、需向公路管理部門繳納占道費(fèi)及安全風(fēng)險(xiǎn)抵押金等費(fèi)用；安全措施費(fèi)用投入較大；總費(fèi)用較高，達(dá)237.56萬元。

方案二總費(fèi)用較小，為192.79萬元；但需繳納一部分占道費(fèi)及風(fēng)險(xiǎn)抵押金等費(fèi)用。

方案三總費(fèi)用小，為182.73萬元；但需繳納極少的占道費(fèi)及風(fēng)險(xiǎn)抵押金等費(fèi)用。

7)征地協(xié)調(diào)：

方案一需進(jìn)行補(bǔ)充征地；與公路管理部門協(xié)調(diào)工作量大、難度大。

方案二不需要進(jìn)行補(bǔ)充征地；該方案更容易通過公路管理部門批準(zhǔn)，協(xié)調(diào)工作量小。

方案三不需要進(jìn)行補(bǔ)充征地；該方案更容易通過公路管理部門批準(zhǔn)，協(xié)調(diào)工作量小。

2.5 方案選擇

綜上述，方案二、三較方案一對(duì)路基主體影響?。环桨溉^其余方案更能保證管材安裝質(zhì)量及路基質(zhì)量；方案一破路開挖及方案二半幅通車半幅施工均存在一定安全隱患，方案三不破路施工，不影響施工期間國(guó)道運(yùn)行期間的通車安全，同時(shí)穿路混凝土管起到支護(hù)作用，安全風(fēng)險(xiǎn)較低；方案二、三較方案一對(duì)周邊擾動(dòng)較少，環(huán)境污染較?。环桨溉^方案一省54.83萬元，較方案二省10.06萬元；方案二、三較方案一不需要補(bǔ)征地，協(xié)調(diào)工作量較小。

方案三施工工藝先進(jìn)，不需要開挖及補(bǔ)征地，施工對(duì)路基主體、路面及周邊環(huán)境影響小；施工基本不影響國(guó)道運(yùn)行期間的通車安全；球墨鑄鐵管一次頂進(jìn)安裝，保證了管材安裝質(zhì)量；施工工期較短；投資費(fèi)用較省。固頂管施工方法(方案三)是行之有效的施工方法，本工程穿路方案選擇方案三。

4 結(jié) 語

頂混凝土管+球墨鑄鐵管(管中管)施工方法相較開挖路基安裝及水鉆施工管道更加合理，有利于安全、進(jìn)度、保質(zhì)保量的穿過G212國(guó)道，節(jié)約項(xiàng)目成本，保證工程建設(shè)任務(wù)完成，在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了良好效果，達(dá)到了預(yù)期效果，可為類似的管道穿道路工程建設(shè)提供借鑒。