長距離巖石頂管補(bǔ)充定額編制與應(yīng)用

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(jì)效果。但巖石頂管，特別是長距離、超深的巖石曲線頂管的應(yīng)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(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(fēng)化泥質(zhì)砂巖。最長頂進(jìn)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(jìn)難度最大、單次頂進(jìn)長度最長，曲線最復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)施工，需設(shè)置中轉(zhuǎn)測站，自動測量定位及導(dǎo)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(hù)次數(shù)；采用自動導(dǎo)向系統(tǒng)控制精度，使頂管機(jī)能夠按照設(shè)定的設(shè)計軸線進(jìn)行長距離及曲線掘進(jìn)。

3.曲線頂管，精準(zhǔn)糾偏

在曲線段或偏差段，頂進(jìn)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(yīng)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(jìn)1節(jié)管宜進(jìn)行不小于1次的測量定位，應(yīng)定時對導(dǎo)線基點復(fù)測，宜每隔24h復(fù)測1次。

4.雙管平行頂進(jìn)

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(jìn)過程姿態(tài)控制精度要求高，為保證頂進(jìn)過程中隨時糾偏，頂進(jìn)速度不能過快。

5.地下巖層復(fù)雜，不連續(xù)

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，易造成刀盤結(jié)泥餅和磨損。長距離頂管機(jī)設(shè)計選型應(yīng)滿足頂進(jìn)系統(tǒng)的可靠性，刀盤的耐久性和可維護(hù)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(jī)刀盤撐子面的巖土層強(qiáng)度軟硬不均，同一土層的強(qiáng)度不相同，頂進(jìn)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(jìn)影響大。

6.穿越道路、隧道、橋梁等構(gòu)筑物

支隧頂管穿越團(tuán)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(yīng)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(jìn)參數(shù)。嚴(yán)格限制頂管中的徑向超挖、軸向超挖幅度。嚴(yán)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(jī)設(shè)備選型

本工程頂進(jìn)地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越地層有粉質(zhì)黏土層、黏土層、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化粉質(zhì)砂巖，巖層強(qiáng)度大，地層軟硬不均，管道埋深32米，單次頂進(jìn)927米，單次頂進(jìn)持續(xù)時間長達(dá)120天。巖石和復(fù)合地層頂進(jìn)作業(yè)，要求設(shè)備長時間處于高負(fù)荷狀態(tài)，有精準(zhǔn)的頂進(jìn)方向控制和糾偏措施，能夠滿足長時間作業(yè)的要求?；诒竟こ痰刭|(zhì)條件和工程特點，采用進(jìn)口改進(jìn)型泥水平衡巖石頂管機(jī)進(jìn)行施工。刀盤上安裝滾刀、主切削刀和邊刮刀，增強(qiáng)切削能力。采用保護(hù)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(jìn)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(jī)構(gòu)。

本工程為長距離曲線頂進(jìn)，在工作井內(nèi)架設(shè)的儀器無法直接測量機(jī)頭的位置，因此采用長距離曲線自動導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于激光全站儀，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確確定頂管機(jī)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(zhǔn)的位置姿態(tài)信息。

2.長距離曲線頂管中繼間的布置與應(yīng)用

考慮到長距離頂進(jìn)以及頂管掘進(jìn)機(jī)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(jìn)。頂進(jìn)中應(yīng)對中繼間進(jìn)行編組控制，從頂管機(jī)頭向后按次序依次將每段管節(jié)向前推移，當(dāng)一組中繼間伸出時，其它中繼間應(yīng)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(jìn)循環(huán)的最后頂進(jìn)作業(yè)。

頂管宜連續(xù)頂進(jìn)，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(jìn)、雙線并行及沉降控制技術(shù)與措施

本工程的頂進(jìn)曲率半徑600，對應(yīng)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(jìn)精度控制要求較高。頂進(jìn)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(fēng)險，因此需通過勤加觀測，降低頂進(jìn)速度，保證頂進(jìn)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(yīng)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(jìn)過程的姿態(tài)控制進(jìn)度要求高，必須密切注意頂進(jìn)軸線的控制。在每節(jié)管節(jié)頂進(jìn)結(jié)束后，必須進(jìn)行機(jī)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(yán)格，為保證施工質(zhì)量，在頂進(jìn)過程中，應(yīng)合理控制頂進(jìn)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(jìn)行土壓力設(shè)定值調(diào)整，使之達(dá)到最佳狀態(tài)；嚴(yán)格控制出土量，防止欠挖或超挖。

三、補(bǔ)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(jī)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(yīng)消耗量進(jìn)行調(diào)整，選取我省人材機(jī)單價，編制完成泥水平衡頂管 1650mm巖石頂進(jìn)（綜合巖層）補(bǔ)充預(yù)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(jìn)穿越極軟巖、軟巖、較硬巖三種巖層，基本段頂進(jìn)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(jìn)長度占總掘進(jìn)長度權(quán)重，綜合計算，確定編制“DN1650mm 頂管頂進(jìn)（巖層綜合）”預(yù)算補(bǔ)充定額。

（2）計算人材機(jī)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(zhǔn)施工方案，根據(jù)多方共同確認(rèn)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(jī)操作手 操作頂管機(jī)運行

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

機(jī)械名稱規(guī)格型號 工作內(nèi)容刀盤式泥水平衡頂管機(jī)（掘巖機(jī)） 巖層破碎掘進(jìn)泥水分離系統(tǒng)泥漿凈化，有效控制泥漿的性能指標(biāo)，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(jī)提供動力

另外根據(jù)施工需要配備汽車式起重機(jī)及叉式起重機(jī)進(jìn)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(jìn)行排水、排泥漿、除渣等。

③機(jī)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(jìn)機(jī)、汽車式起重機(jī)及叉式起重機(jī)臺班消耗量。潛水泵、排泥泵、中繼泵、泥水分離器與頂管機(jī)配套，同時施工，臺班消耗量與頂管機(jī)相同。借鑒全國及行業(yè)定額液壓泵站與頂管機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)均以基本段為編制基礎(chǔ)，當(dāng)采用中繼間頂進(jìn)時，人工與機(jī)械按調(diào)整系數(shù)分級計算?，F(xiàn)行計價依據(jù)中多級頂進(jìn)系數(shù)為頂管土層頂進(jìn)時執(zhí)行系數(shù)。結(jié)合本項目巖層頂進(jìn)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(yù)算定額》定額解釋，完善巖石頂進(jìn)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(yīng)用保證了頂管機(jī)長距離施工。本補(bǔ)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(rèn)，符合市場平均水平，為類似項目計價提供了寶貴參考價值。