臨沂城第二水源輸水工程頂管施工工藝對比

徐雯雯，馬軍棟，韓瑞濤

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

臨沂城第二水源項目輸水工程施工一標(biāo)段，本工程輸水流量為22 萬m3/d，工程等級為3 級，工程規(guī)模為中型，場地抗震設(shè)防烈度為7 度。工程內(nèi)容主要包括樁號0+000~13+403 段輸水管道工程、取水頭部工程、附屬建筑物工程，其中輸水管道工程采用地下埋設(shè)有壓管道重力流輸水至建水廠，雙管布置。輸水管道為1.0 MPa·DN1200 球墨鑄鐵管道，局部采用TPEP 防腐Dg1220×14 mm鋼管，過路及部分深埋段采用頂管工程，樁號K0+891~K0+921 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m土方頂管，樁號K10+450~K10+490 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m 巖石頂管，樁號K12+291~K12+395 段采用Dg1220X14 mmTPEP 鋼管巖石頂管，樁號K13+257~K13+403 段采用Dg1820×18 mm TPEP 鋼管巖石頂管。

1 施工工藝的選定

本工程針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設(shè)計要求以及經(jīng)濟效益，選擇了不同的頂管施工工藝。

1.1 土方段頂管

樁號K0+891-K0+921 段，橫穿省道S231 費縣北許家崖段，設(shè)計采用DRCPⅢ1500X2000 套管頂管，套管內(nèi)鋪設(shè)管道K9 級DN1200 mm 球墨鑄鐵頂管。本段工程地層為粉質(zhì)粘土，黃褐色，可塑，含較多砂礫及鐵錳氧化物及斑點，無軟弱下臥層，工程地質(zhì)條件較好，土質(zhì)類別為Ⅱ類，無地下水。管道埋深4.5 m，頂管較短，在安全的前提下，本著經(jīng)濟的原則，綜合上述地質(zhì)勘察情況，本工程確定采用手掘式挖土機械頂管。

1.2 石方段頂管

1）K10+450~K10+490 段。樁號K10+450~K10+490 段，橫穿費縣正義路吳家后段，設(shè)計采用DRCPⅢ1500×2 000 m 套管頂管，套管內(nèi)鋪設(shè)管道K9 級DN1 200 mm 球墨鑄鐵頂管。本段工程地層為頁巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、凝灰?guī)r等，淺褐灰色—灰白色，中、強風(fēng)化，塊狀結(jié)構(gòu)，各巖層壓縮性低，承載力高，巖石硬度80~90 MPa，無軟弱下臥層，工程地質(zhì)條件好，無地下水。管道埋深8 m，頂管長度較短，管道埋深在安全的前提下，本著經(jīng)濟的原則，綜合上述地質(zhì)勘察情況，本工程確定采用水磨鉆巖石頂管。

2）樁號K12+291~K12+395 段、K13+257~K13+403 段。樁號K12+291~K12+395 段，設(shè)計采用Dg1220×14 mmTPEP 鋼管巖石頂管。樁號K13+257~K13+403 段，設(shè)計采用Dg1820×18 mmTPEP 鋼管巖石頂管。兩段工程地層都為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、凝灰?guī)r等，淺褐灰色—灰白色，中、強風(fēng)化，塊狀構(gòu)造，各巖層壓縮性低，承載力高，巖石硬度110~130 MPa，無軟弱下臥層，工程地質(zhì)條件好，無地下水。管道埋深12~16 m，頂管長度較長，工期要求緊，在安全的前提下，綜合上述地質(zhì)勘察情況，本工程確定采用巖石破碎機機械頂管。

2 施工工藝優(yōu)缺點的對比

2.1 手掘式挖土機械頂管和泥水平衡機械頂管

1）工程造價對比。手掘式挖土機械頂管和泥水平衡機械頂管兩種施工工藝，都適合于土方和砂基地層的頂管施工，手掘式挖土機械頂管相對于泥水平衡機械頂管在價格上較低。

（1）機械設(shè)備投資小。手掘式挖土機械頂管挖土全用人工，除頂進需要單個千斤頂外，其他設(shè)備，都是小型設(shè)備。泥水平衡機械頂管需用掘進機挖土，一臺1.5 m 掘進機需投資60~70 萬元左右。頂進需要2 個或4 個千斤頂頂進，抽排水系統(tǒng)設(shè)備，泥漿平衡系統(tǒng)設(shè)備等，投資較大。

（2）始發(fā)井、接收井物料投資少。手掘式挖土機械頂管對始發(fā)井、接收井的工程技術(shù)要求較低，手掘式挖土機械頂管始發(fā)井除后靠背外，其他部位要求簡單，只需要做好周圍安全防護，無需接收井。而泥水平衡機械頂管對始發(fā)井、接收井的工程要求較高，始發(fā)井從后靠背、四周安全防護，底部整平等方面混凝土用料大，投資大，后靠背的厚度較手掘式需增加1/3 甚至1/2 的厚度，底部需鋪設(shè)導(dǎo)軌后進行混凝土硬化，最少厚度40 cm。需要接收井，且接收井四周也需嚴(yán)格的安全防護措施，從整個的物料投資上明顯增加。

（3）無需泥水平衡系統(tǒng)。泥水平衡機械頂管，泥漿制備系統(tǒng)是關(guān)鍵工序之一，從儲水池，泥漿制造攪拌池，泥漿回收池等各個方面都需要投資，而人工挖掘無需泥漿的平衡。

（4）技術(shù)人員少。泥水平衡機械頂管屬于機械化施工，機械設(shè)備多，技術(shù)要求高，需多個機械操控人員。而人工挖掘無機械設(shè)備少，機械操控人員少，大多需要普通工人進行施工操作。

（5）電費少。泥水平衡機械頂管機械設(shè)備多，用電量較大，且多處于野外施工，無法直接采用高壓系統(tǒng)，需要采用臨時發(fā)電設(shè)備，耗資較大，而人工挖掘無機械設(shè)備少，用電量較少。

2）工程施工速度對比。手掘式挖土機械頂管相對于泥水平衡機械頂管進度較慢，結(jié)合實際施工，手掘式挖土機械頂管每天頂進6 m 左右，泥水平衡機械頂管每天頂進22 m 左右，施工效率達3~4 倍，對于工程工期要求緊或工程頂管距長的項目，選擇泥水平衡更為合適。

3）安全因素對比。泥水平衡機械頂管較手掘式挖土機械頂管在安全方面相對安全，在有限操作空間內(nèi)全部由機械施工，規(guī)避了施工過程中的塌方、物體打擊、觸電、有害氣體、透水等方面造成的安全風(fēng)險，安全事故較少發(fā)生。

4）質(zhì)量控制、故障率因素對比。手掘式挖土機械頂管能直觀的了解土層結(jié)構(gòu)和及時處理頂管施工偏位問題，同時具有工藝簡單，機械故障少等特點，對控制施工進度和施工質(zhì)量是極為有效的。泥水平衡機械頂管工藝復(fù)雜，機械設(shè)備多，易發(fā)機械故障，一旦出現(xiàn)頂管施工偏位問題，需重新返工，耗時較長，費用較高。但根據(jù)多個實際工程案例來看，泥水平衡機械頂管工藝事故概率較小。

2.2 水磨鉆巖石頂管和巖石破碎機機械頂管

1）工程造價對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管在工程造價方面較低。

（1）機械設(shè)備投資小。水磨鉆施工機械投入較少，一套設(shè)備1.5 萬左右，而巖石破碎機，1.2 m直徑的管道需要1.0 m 機頭，一套設(shè)備投入在100 萬元左右，1.8 m 直徑的管道需要1.5 m 機頭，一套設(shè)備投入在150 萬元左右。

（2）人員投資小。巖石破碎機機械頂管屬于機械化施工，機械設(shè)備多，技術(shù)要求高，需多個機械操控人員。而水磨鉆巖石頂管機械設(shè)備少，機械操控人員少，大多為普通工人進行施工操作。

（3）始發(fā)井、接收井物料投資少。在始發(fā)井、接收井的工程要求方面，水磨鉆巖石頂管始發(fā)井要求低，無需做后靠背，直接利用原狀巖石即可。底部只需要簡單找平，混凝土厚度10 cm 即可，而巖石破碎機機械頂管底部只需要精確找平，混凝土厚度達40 cm。

（4）無需泥漿系統(tǒng)。水磨鉆施工無需泥漿潤滑，從而泥漿系統(tǒng)所需的儲水池，泥漿制造攪拌池，泥漿回收池等各個方面都減少了投資。

2）工程施工速度對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管在施工速度方面較慢，水磨鉆巖石頂管施工效率每天1.5~2.0 m，巖石破碎機機械頂管施工效率每天6~8 m。對于工程工期要求緊或工程頂管距長的項目，小口徑或者大口徑頂管選擇巖石破碎機機械頂管更為合適。

3）安全因素對比。巖石破碎機機械頂管較水磨鉆巖石頂管在安全方面相對安全，同土方頂管類似，在有限操作空間內(nèi)全部由機械施工，規(guī)避了施工過程中的塌方、物體打擊、觸電、有害氣體等方面造成的安全風(fēng)險，安全事故較少發(fā)生。

4）機械事故概率對比。水磨鉆巖石頂管相對于巖石破碎機機械頂管，機械事故概率頻率較多，水磨鉆巖石頂管易損件較多，特別是堅硬的巖石更為發(fā)生機械損壞概率，但是維修更換較快。巖石破碎機機械頂管機械事故概率較小，全新機械事故概率約為10%左右。但是巖石破碎機機械頂管機械一旦發(fā)生機械事故，維修更換較慢。但從多個實際工程案例看，巖石破碎機機械頂管事故概率較小。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合臨沂城第二水源輸水工程一標(biāo)段工程施工，不同地質(zhì)條件下頂管施工工藝的選定，對多種頂管施工工藝優(yōu)缺點進行比較，挖掘各方面的優(yōu)缺點，從工程造價、安全、工期等方面綜合考慮，為工程頂管施工工藝的選擇提供了依據(jù)，為以后的穿越工程施工提供了經(jīng)驗。