PCCP作為頂管在穿越建筑物中的應(yīng)用

董曉兵

1 工程概況

禹門口提水東擴(kuò)工程位于山西省中南部，是向臨汾、運(yùn)城六縣市（新絳、稷山、襄汾、侯馬、曲沃、翼城）工、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。工程沿線共布置調(diào)蓄水庫(kù)2座，提水泵站4座，主管線全長(zhǎng)48.8km，支管線總長(zhǎng)20km，輸水干渠總長(zhǎng)11.1km，支渠總長(zhǎng)34.3km。工程分兩期實(shí)施，其中：一期工程為向新絳、侯馬、曲沃、翼城四縣市工業(yè)及農(nóng)村生活和侯馬北莊、新絳三泉、曲沃澮河灌區(qū)、翼城利民灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水。二期工程為向稷山汾南灌區(qū)、襄汾原井灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水。

2 方案的提出

山西省禹門口提水東擴(kuò)工程的管線工程經(jīng)實(shí)地勘察優(yōu)化，目前有14處穿越公路頂管，鑒于頂管專業(yè)性強(qiáng)、施工難度大、周期長(zhǎng)、相對(duì)投資大，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，我公司會(huì)同設(shè)計(jì)人員考察國(guó)內(nèi)相關(guān)工程（陜西黑河供水二期工程、河南云臺(tái)山引水工程）并咨詢了有關(guān)單位和專家，擬采用帶鋼筒的PCCP管道作為頂管，并直接作為壓力管道使用，現(xiàn)將此方案可行性做一闡述。

3 工程頂管設(shè)計(jì)情況

3.1 頂管整體設(shè)計(jì)情況

禹門口提水東擴(kuò)工程一期工程管線總長(zhǎng)度為56.13km， 其 中 DN2000PCCP約 22.06km 、DNI800PCCP約 21.79km、DN1600PCCP約 1.10km、DN1400PCCP約 4.84km、DN1200RPMP約 4.86km。線路涉及四縣七個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，多次穿越鐵路、高速公路、公路，頂管設(shè)計(jì)難度大、涉及投資多，一般均為關(guān)鍵線路上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)工期較為敏感。因此，頂管設(shè)計(jì)成為工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。經(jīng)可研、初步設(shè)計(jì)階段不斷優(yōu)化，招標(biāo)階段明確穿越鐵路4處、長(zhǎng)度285m，穿越公路14處、長(zhǎng)度為665m。初步設(shè)計(jì)方案為箱涵頂進(jìn)，現(xiàn)擬考慮采用PCCP管道頂進(jìn)方案，為此我們將箱涵和傳統(tǒng)頂管及PCCP直接頂管做一比較。

3.2 箱涵頂進(jìn)與傳統(tǒng)頂管頂進(jìn)方案對(duì)比

箱涵頂進(jìn)是在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制鋼筋混凝土箱涵，然后將箱涵逐節(jié)頂進(jìn)最終形成管道穿越的方形涵洞。其優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)工程需要設(shè)計(jì)成所需的形狀和尺寸，如長(zhǎng)方形、正方形等，其缺點(diǎn)是成本高、施工周期長(zhǎng)，一般適用于大型涵洞的頂進(jìn)。

頂管頂進(jìn)是直接采購(gòu)圓形頂管，然后將頂管逐節(jié)頂進(jìn)最終形成管道穿越的圓形涵洞。與箱涵頂進(jìn)相比，其優(yōu)點(diǎn)是管材成本低、土方開(kāi)挖量小、管道采購(gòu)和施工工期短，缺點(diǎn)是當(dāng)管徑超過(guò)3m時(shí)，受超高、超寬、超重影響，將難以運(yùn)輸。一般適用于直徑小于3m的頂管。

表1 頂管頂進(jìn)方案與箱涵方案對(duì)比表

根據(jù)表1所列方案，以穿越2m直徑管道為例對(duì)其成本加以比較。采用箱涵頂進(jìn)方案成本約為2萬(wàn)元/m，采用頂管頂進(jìn)方案成本約1.5萬(wàn)元/m。同時(shí)頂管頂進(jìn)方案還可以縮短工期1/3甚至1/2。因此，本項(xiàng)目采用頂管頂進(jìn)方案明顯優(yōu)于箱涵頂進(jìn)方案。

4 PCCP頂管和傳統(tǒng)鋼筋混凝土頂管方案對(duì)比

針對(duì)頂管設(shè)計(jì)和施工方案，經(jīng)調(diào)研、考察并咨詢類似工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和專家意見(jiàn)，提出采用PCCP管道作為頂管，并由頂管直接作為壓力管道使用。

國(guó)內(nèi)將頂管直接作為壓力管道是在PCCP使用發(fā)展過(guò)程中，根據(jù)PCCP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和頂管特點(diǎn)由PCCP管廠所開(kāi)發(fā)的一種新型頂管，其基本特點(diǎn)是帶鋼筒和承插口的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，分別作為管體防滲、接頭防滲、管體承受水壓力和外荷載措施。同時(shí)作為管道受力結(jié)構(gòu)一般有兩種，一種是根據(jù)荷載情況設(shè)計(jì)采用兩層或三層鋼筋網(wǎng)混凝土管體；一種是采用與PCCP完全相同的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，但保護(hù)層由砂漿層變?yōu)橛幸粚愉摻罹W(wǎng)的現(xiàn)澆混凝土保護(hù)層。因此，該頂管具有傳統(tǒng)頂管的全部功能，并具有PCCP承受水壓力和接頭防滲的優(yōu)點(diǎn)，也使該種頂管直接替代傳統(tǒng)頂管和內(nèi)部穿管成為可能。

5 直接采用PCCP頂管可行性分析

5.1 施工簡(jiǎn)單

直接采用PCCP頂管與傳統(tǒng)頂管加套管工藝相比，頂管內(nèi)徑減小、省去穿管工序（管材費(fèi)用和施工費(fèi)用），土體開(kāi)挖量減少50%～60%，施工難度大大降低。

5.2 基礎(chǔ)受力條件改變

采用帶鋼筒和承插口的混凝土頂管直接作為壓力管道，管道加水重比所開(kāi)挖的土體重量減小40%～60%。減小了基礎(chǔ)荷載，不會(huì)增加基礎(chǔ)承載力，比傳統(tǒng)頂管受力情況有所改善。

5.3 成本低

直接采用頂管作為壓力管道可大大縮減成本。

一是省去內(nèi)部穿管的全部管材費(fèi)和安裝費(fèi)用。

二是減少頂管的管材費(fèi)用。頂管內(nèi)徑減小，管材費(fèi)用減小40%～50%。

三是減少土體開(kāi)挖量50%以上。

5.4 進(jìn)度加快

由于施工工藝簡(jiǎn)化，施工難度大大降低，頂管施工進(jìn)度大大加快。

6 本項(xiàng)目擬直接采用PCCP頂管的情況分析

6.1 基礎(chǔ)條件

6.1.1 有利條件

頂管施工工藝已非常成熟，直接頂管已有多項(xiàng)工程成功應(yīng)用，最早應(yīng)用已達(dá)十年以上。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)各處頂管地質(zhì)均為Q2和Q3黃土，土質(zhì)均勻，地下水埋深在15m以下，有利于頂管作業(yè)，可頂進(jìn)性好，利于提高開(kāi)挖精度，且可以直接采用人工挖土作業(yè)。因避免采用頂管成套設(shè)備，成本還會(huì)明顯降低。

6.1.2 不利條件

輸水線路經(jīng)過(guò)的主要地貌單元為山前沖洪積傾斜平原區(qū)、汾河河谷、漫灘及階地，本段汾河主要發(fā)育一級(jí)階地和三級(jí)階地。主要發(fā)育的地層有新生界第四系中更新統(tǒng)（Q2pl）、上更新統(tǒng)（Q3pal）、全新統(tǒng)（Q4pal）以及人工堆積（Qs）。場(chǎng)地低液限黏土多為中等—強(qiáng)烈濕陷性土，存在濕陷性問(wèn)題。一旦接頭漏水會(huì)造成管基沉降，嚴(yán)重的會(huì)造成路基沉降破壞。

6.2 質(zhì)量保證措施

6.2.1 加強(qiáng)接頭防滲處理

可對(duì)頂管內(nèi)部接縫進(jìn)行防滲處理，結(jié)合南水北調(diào)PCCP漏水管道處理措施，對(duì)全部?jī)?nèi)部接縫進(jìn)行加強(qiáng)防滲處理。該防滲結(jié)構(gòu)可保證在膠圈止水失效后作為備用防滲結(jié)構(gòu)，以保證管道不會(huì)滲水而保證正常運(yùn)行。

6.2.2 加強(qiáng)接頭制作及安裝質(zhì)量控制

制作時(shí)盡量減小管接頭橢圓度、頂進(jìn)前先進(jìn)行接頭水壓試驗(yàn)，確認(rèn)管接頭密封良好后再頂進(jìn)，后期接頭漏水可能性很小。

6.2.3 加強(qiáng)開(kāi)挖和測(cè)量控制

提高頂管軸線和高程精度，最大程度保證承插接口處于正常工作狀態(tài)。

6.2.4 加強(qiáng)通水前的接頭打壓控制

把握接頭工作條件并對(duì)打壓不合格管道進(jìn)行進(jìn)一步處理和缺陷備案。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用良好的安裝工藝和質(zhì)量保證措施，PCCP管道接頭防滲是絕對(duì)可靠的，并能最大程度適應(yīng)不均勻沉降。本項(xiàng)目能嚴(yán)格控制并減小承插口的制作精度，嚴(yán)格控制頂管施工工藝和安裝質(zhì)量，并增加管內(nèi)接縫，加強(qiáng)防滲處理措施，頂管接頭漏水問(wèn)題基本可以完全杜絕。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管頂管優(yōu)于箱涵，而直接采用PCCP頂管又優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土管頂管，2010年12月8日，采用此方案分別在翼城縣南塘到西下坪混凝土公路以及曲沃澮河水庫(kù)上壩公路進(jìn)行了頂管施工，通過(guò)對(duì)管道打壓試驗(yàn)及各項(xiàng)指標(biāo)的驗(yàn)收，頂管施工達(dá)到規(guī)范要求，充分證明了直接采用PCCP頂管既能保證工程質(zhì)量又能加快工程建設(shè)進(jìn)度，是經(jīng)濟(jì)合理可行的。