设计院承担EPC项目在施工管理中的优势

郑家祥，刘伟才，雷 军

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 EPC项目的实质

所谓EPC工程总承包，即设计、采购、施工一条龙，全部由一家企业总承包。其本质就是要充分发挥总承包商的集成管理优势。总承包商需有强大的融资和资金实力、深化设计能力、成熟的采购网络，以及争取施工技术精良的专业分包商的资源支持和有效监控等。

对于设计院作为总承包商的EPC项目而言，总承包商可以通过把握设计思路及理念在保证工程质量的前提下加快现场决策，从而加快工程进度、降低整个项目的建造成本。

2 设计院作为总承包商的优势和劣势

从传统的观念来看，以前长期从事设计工作的设计院作为EPC工程总承包商既有其先天优势，也会有先天不足。其中最大的优势无疑是对工程设计的掌控能力，最大的劣势应该就是施工管理能力的欠缺和不足。

实事求是的说，对于长引水式的水电工程EPC项目，所谓的优势即设计掌控能力并未在方案策划阶段得到充分体现，大多因战线长、地质条件复杂且变化多端而在实施阶段为确保工程运行安全而不得不增加投资。反倒是传统意义上所谓的劣势即施工管理能力尤其是现场决策能力，设计院经过近十年来作为总承包商承担EPC项目的实践和摸索，取得了长足的进步，成了设计院的一大优势。因为设计出身的项目管理人员能够准确把握不同工程部位不同结构的功能性要求及施工和永久运行工况对于结构的影响，在施工管理过程中可以做到抓大放小，抓主要矛盾放次要矛盾，在确保工程安全和施工安全的前提下快速决策，尽量使施工简便可行，承包商乐于接受，减少了推诿扯皮，降低了监理和总包的管理成本，进而进度相对较快，投资相对节省，最终使得项目施工管理赢得了高效、共赢、和谐的局面。

本文以坪头工程为例，选取首部、引水系统、厂房分别介绍设计院作为总包商对项目的施工管理。

3 坪头水电站施工管理现场决策案例

3.1 工程概况

坪头电站装机180MW。闸坝挡水形成库容62万m3的水库，由12.7km引水隧洞及670m压力钢管引水，三条支管接三台混流式机组；地下厂房包括主副厂房、安装间及主变等洞室。该工程位于三县交界处，条件艰难，自然环境危险，人文环境复杂。

首部枢纽左岸陡直高边坡的主动网防护不仅施工难度大且占据主体工程的直线工期；引水隧洞战线长、地质条件复杂；调压井及压力管道施工的难点、重点在于三条竖井的开挖，由于围岩均为全、强风化而难以成型，安全风险巨大。地下厂房前期施工很快，后由于尾水支洞施工中涌水严重而不得不使厂区枢纽全面停工。经设计调整方案后剩余项目于2007年12月复工。

3.2 首部施工管理

当设计和工程现场各自站在不同的立场，设计风险和工程风险的冲突就会带来工程管理的困扰。此时优秀的项目管理应该从工程实际出发，在尊重设计的基础上提出合理建议从而使设计和工程管理相得益彰，在有时矛盾实在不可调和时，项目部就得当机立断做出决策。

在首部的施工管理中就出现过两个典型的案例：一为左岸束水墙的施工；二为左岸高边坡防护倒悬体的施工。

3.2.1 左岸束水墙的施工管理

进水口布置于左岸，其上游设有顺流向长约70m的束水墙与取水口塔体连接，根据初设阶段的水工模型试验成果，整个束水墙的迎水面从建基面高程885m至坝顶高程915m须铅直，但由于实际地形的出入，有很长一段束水墙若要保持迎水面铅直，则会出现“头重脚轻腰身细”的不利结构(结构厚度最薄处仅70cm), 设计也及时进行了调整，将该段束水墙改成了贴坡混凝土挡墙结构。

但项目部认为，即便为贴坡结构，也未能从根本上解决“头大脚小”的问题，在库水位下降的工况中，因岩壁与墙体间的水不能及时排除而使束水墙极有可能发生折断。结构的安全稳定问题是明显的，要想解决此问题，只有两个途径，要么增大下部结构厚度，要么降低束水墙高度。项目部认为，原来的水工模型试验成果更多地考虑了水力学方面的问题，于是分析了一定程度降低束水墙高度后，既不会影响取水口流态(诸如产生立轴漩涡)，也不会影响冲沙效果(下部结构完全维持原设计的结构形态)，更不会影响泄洪能力。即：左岸束水墙适当调整体型，不会改变水力学结果。基于此，项目部决定：与进水口塔体相邻30m段仍按原设计体型施工，其余约40m段束水墙902m高程以上的混凝土结构全部取消。运行实践表明，该调整不仅使左岸束水墙的结构安全有了保证，还减少了工程量、节省了投资。

3.2.2 左岸高边坡防护倒悬体的施工管理

左岸为高约155m近直立的陡崖，虽整体稳定，但会有小块体坠落。为保证施工期和运行期人员及建筑、设备安全，对进水口至闸护坦区域的陡崖进行主动防护网处理。

在主动网施工的后期，有一处倒悬体(长40余米，深15m左右)是否必须进行主动网防护，设计和现场的意见出现了不一致，设计要求必须防护，而施工方认为施工难度太大，很难按设计要求将主动网牢固地紧贴岩壁，达不到主动防护的目的。

项目部查看了现场实际情况，并作出如下分析：

(1)该区域岩体完整无裂隙，整体性较好，无明显危岩块体，基本不会有大的掉块等地质现象；

(2)倒悬体最高处高程约928m，闸坝完工之后的坝顶高程915m，高差较低；更重要的是该倒悬体位于取水口和左岸挡水坝体下游，该处正下方无建筑物。故倒悬体即便有小块体坠落，一来不会直接砸主体结构，二来冲击力和破坏力较小；

(3)该部位施工难度极大，工人以安全绳和安全带作为主要的作业通道和安全保护由上向下施工或是悬崖式安全作业舱都无法到达作业面；若采用其他施工工艺，则需要较长的施工工期；若必须对该区域采取主动网防护，则工期将延后35天左右，直接影响首部枢纽工程的后续工期。

鉴于上述分析，该倒悬体即便不做主动网防护，于施工、于永久运行均无影响，故项目部决定取消了该部分的主动网施工，既为后续工作赢得了时间，也节省了投资。

3.3 引水系统施工管理

3.3.1 灌浆管理

水电站引水隧洞全长约为12.7km，进行固结灌浆的洞段长度为5 655m，固结灌浆总长度51 250m。

引水隧洞初期较大的单耗量(CⅠ标已经完成的1～5单元段的灌浆，此段岩性为白云质灰岩夹泥质灰岩，围岩类别为Ⅲ类偏差，平均单耗竟然达到474kg/m)，使得项目部感觉到很大的压力。灌浆属地下工程，又称良心工程，管理起来常常费时费力效果还不好。经上报院项目管理部批准采取了两项措施：①从另外的灌浆专业施工队伍引进专业人员协助项目部进行管理；②项目部自购自动灌浆记录仪提供给施工单位使用。

隧洞固结灌浆量的决定因素是围岩的岩性、裂隙发育情况、围岩类别等客观因素，但如何保证所有的吸入量真实有效，就需要尽可能减少人为因素在工程施工中的影响。自购自动灌浆记录仪加强了设备方面的管理，有助于施工及管理人员更有效、更简单地对施工过程进行监管，使得灌浆量的可信度增加；而专业灌浆技术人员的旁站是加强监督方面的管理。两者对于灌浆施工的有效管理缺一不可。

项目部自购的记录仪主机为单片机，而不是普通的计算机，其记录程序除厂家外无法手动修改，记录结果的时间及内容自动生成，无法人工修改；二是记录仪为三参数自动记录仪，即灌浆压力、浆液密度、灌浆量自动测量及记录，而分包商使用记录仪的密度为人工测量及手工填入。自动记录仪的使用可以最大程度地减少灌浆记录过程中的人为因素。与此配套，项目部制定了《灌浆施工现场质量管理办法》。

灌浆记录仪的成果减少了记录过程的人为因素，但它毕竟是机器，在使用中缺失监督一样会出问题。举个最简单的例子，在记录仪的关键配套设备密度桶上加个盖子就会使密度计的测量值增大。因此，专业的灌浆技术人员的旁站监督是必须的。

在灌浆施工旁站和使用了自动记录仪后，隧洞的灌浆单耗有了明显的下降。

隧洞固结灌浆情况统计见表1。

表1 引水隧洞固结灌浆结果统计

3.3.2 隧洞钢衬施工管理

引水隧洞后段(11+305～12+711m)经设计复核后调整为钢管衬护。1.4 km长的隧洞钢管安装，在最初的施工计划中，制作安装需耗时接近2年，可谓耗材、耗时、耗力。

在其他工程，钢管安装基本都采用轨道进行洞内运输就位，只对压力管道采用钢管，因此总长度不长，其制安并不占直线工期。而坪头电站是在较长的引水隧洞也采用了钢管，所以钢管制安的时间紧、任务重，项目部集思广益，最终选择利用叉车在洞内进行运输及就位的方案。在洞内运输前，首先将1.4km长钢管安装洞段的底板浇筑C20素混凝土进行硬化。钢管在加工场加工好后，由汽车运至支洞口，利用支洞口的反转龙门架翻身，之后整个洞内的运输及就位交由叉车在比较平坦的洞内完成。

由于充分发挥了叉车灵活自由的特点，到高峰期，甚至一天可以就位挂装6～7节钢管(每节钢管2m)，整个隧洞钢衬的制安从2009年2月至2010年8月历时1年半完成，比原计划缩短了5～6个月。

鉴于此成功的经验，后期开始的压力钢管平段安装也采用了叉车的模式。

3.4 厂区枢纽施工管理

厂区枢纽施工过程中，主要存在两个施工安全隐患：一为调压井竖井及压力管道两条竖井共计三条竖井的开挖；另一为厂房老顶拱混凝土的拆除。这两个地方若稍不注意，都会造成重大安全事故。

3.4.1 厂房顶拱混凝土拆除

设计调整电站厂区枢纽布置决定将厂房及所有相关附属建筑在原地垂直上抬15m时，原厂房顶拱混凝土已浇筑成型，拱跨度18.6m，总长75m，设计厚度1～1.2m，混凝土等级为C20,配双层钢筋，主筋直径φ25mm@200mm，分布钢筋φ20@200mm。顶拱下部为原开挖形成的巨大空腔。

厂房上抬，新顶拱成型后，在新、老顶拱间形成了一个巨大的“夹心饼干”，包括老顶拱上覆岩体、老顶拱的混凝土、钢筋、还有部分锚杆，加之其下即为巨大空腔，因此在爆破及拆除过程中，若方案及控制不当，都有可能造成施工人员及设备坠落事故。其重点和难点主要有：

(1)如何确保厂房顶拱上部高边墙的稳定、周边围岩的稳定及附属洞室的稳定。

(2)新顶拱混凝土拱座部分与边墙岩体连接，如处理不当，将会在胶结点处拉裂，造成边墙岩体失稳。

(3)原顶拱混凝土衬砌混凝土中密布双层结构钢筋，并交叉有系统锚杆、随机锚杆等，钻孔作业随时都有可能碰到钢筋，造成大量的废孔，混凝土虽经爆破但仍存在严重的粘连情况，需对大径块体进行二次解炮，极大影响爆破效率和施工进度，施工难度较大。

(4)爆破参数无类似工程可借鉴，拆除施工时需大量的爆破试验数据不断优化设计。

(5)原厂房顶拱混凝土产生了纵向裂缝，为安全计，无法投入大型施工设备。为将拆除爆破对边墙的影响降到最低，需对原顶拱混凝土拱脚部位的钢筋进行割除，割除时施工人员的安全问题突出。

(6)下部出渣高采空清渣施工安全问题突出。

由于施工难度和安全风险太高，项目部专门从高校请来教授商讨爆破参数，也特意从施工单位请来爆破专家进行施工方案的研究，不仅制定审慎的施工方案还制定了详尽的安全预案。

实际实施时，首先将上部高边墙全部进行系统支护；对下部空腔进行石渣回填，回填至原厂房顶拱拱脚601m高程。因原厂房顶拱最高点高程为607.5m，与拱角高程仍有近7m的高差，为将此空腔填满，以保证施工安全。在厂房二层布置两个溜渣井，采用溜渣的方式，用上部爆破石渣将空腔填至607m高程，之后再拆除老顶拱混凝土。针对顶拱混凝土的结构特点及钢筋混凝土的性质，采用“条带分区，水平钻孔、爆破法拆除混凝土，机械割除钢筋”的方式进行原厂房顶拱混凝土的拆除施工。整个施工过程中，无论是老顶拱混凝土之上的上覆岩体的挖除，还是老顶拱混凝土本身的拆除，爆破都是必不可少的程序。总包、监理及施工各方严密跟踪施工过程，随着实际断面的变化，适时调整优化爆破参数，同时加强安全监测。

从2009年2月25日开始至4月25日，期间克服了施工本身存在的巨大风险和难度带来的影响，也克服了经常停电、老乡阻工等外部施工环境的干扰，历时两个月顺利安全地完成了厂房顶拱混凝土拆除。

3.4.2 竖井开挖

调压井和压力管道位于引水系统后段，处于莫红背斜核部的细晶白云岩内，岩体风化、岩溶作用强烈，“砂化”现象明显，构造作用较为明显，结构面发育，且多充填粉砂土，岩体多呈碎裂～散体结构，少部分为镶嵌结构，大部分地段可形成 “土夹石”状的全强风化段，围岩以Ⅳ～Ⅴ类为主，且Ⅴ类居多。为此地质部门建议调压井井筒及压力管道两条竖井开挖务必采用边开挖、边支护的方法施工。

三条竖井的开挖都采用了反倒井施工法，项目部除了严格加强井下作业的规范管理外，还果断调整了原设计的临时支护方案，将原设计的在井壁现场制安钢筋网支护调整为高强度高韧性的成品机编网直接铺在井壁上，将原设计的砂浆锚杆调整为自进式锚杆，井壁扩挖14cm，增设I14钢支撑，榀距0.5～1m，钢支撑与锚杆连接，遇有砂化特别严重洞段，榀距可适当加密。此调整极大地缩短了岩壁裸露的时间、加快了支护的进度，从而有效保证了施工的安全。2009年8月16日，调压井竖井开挖支护结束；2009年10月17日，2号竖井开挖支护结束。

即是如此，由于“土夹石”状的全强风化段的存在，压力管道1号竖井还是出现了井壁坍塌，因提前有预判，加之管理和保护得当，没有造成人员伤亡。

1号竖井自反导井形成后，竖井井底围岩坍塌现象持续不断，坍塌区域自765m高程不断向上延伸，随着1号竖井全断面扩挖撑子面向下延伸，竖井内岩石坍塌规模有增强趋势，常伴有2～3m3大粒径岩块塌落。2009年7月24日，1号竖井全断面开挖支护至810.3m高程(已完成了39.1m，剩余设计开挖高度约45.3m)时，发生了坍塌，塌方段以反导井为中心径向最大半径约9m，平均半径为4～5m，塌空区径向范围超过设计开挖尺寸近6m，塌方段顶部距正向扩挖工作面约5m。

发生坍塌后，项目部立即下令暂停1号竖井的开挖，研究后续方案。通过项目部、监理及施工方共同商讨，先后制定了三套方案：

方案一：

(1)对高程806m以上6m范围进行固结灌浆，孔深12m，间、排距2.0m×2.0m；

(2)对高程806m以上6m范围进行3φ25锚筋桩支护，L=12m，间、排距1m×1m，入岩11.5m，分三段注装，中间采用搭头焊接；

(3)稳住上面的井壁后再对剩余欠挖部分进行开挖支护；

(4)搭设可伸缩式施工平台，利用施工平台，由上至下喷射C25混凝土10cm对坍塌基岩面予以封闭处理。

方案二：

(1)高程806m以上6m范围仍同方案一，即：进行固结灌浆，孔深12m，间、排距2.0m×2.0m(梅花形布置)及3φ25、L=12m，间、排距1m×1m(梅花形布置)的锚筋桩支护；

(2)对于井壁坍塌段(高程806m以下范围)，建议采用C20二级配泵送混凝土进行回填，中部预埋PE管(直径φ1500，壁厚4cm)做为后续竖井开挖的溜渣孔。

方案三：

(1)高程806m以上6m范围仍同方案一；

(2)预制1m见方的中空模板，通过中平洞在竖井底部快速支模，从底部往上浇筑约20m高的混凝土，封住塌方段，中空部分为后续竖井开挖的溜渣孔。

方案的确定事关重大，不能丝毫马虎。通过近一个半月施工可行性及安全保证性的充分全面而又慎重的论证，最终于8月底才确定采用方案三。2010年2月9日，1号竖井开挖支护结束。

三条竖井的开挖及厂房老顶拱混凝土的拆除创造了零伤亡的奇迹，至关重要的是采取了高度缜密的事前策划、科学合理的施工方案、严谨的过程控制与管理等措施。

4 结束语

设计院承担EPC项目，有设计的优势不足喜，掌握不好基础资料而盲目按经验套用原有成果也会栽跟头；有施工管理的弱项也不足惧，立足自身特长，结合工程实际，也会走出独具特色的施工管理之路。

设计院作为EPC项目总承包商在施工管理中具有一定的优势。但施工管理仅仅是EPC项目管理的一个分支而已，无论是设计院还是其他单位作为总承包商，要搞好EPC项目的管理(设计管理、施工管理、采购管理、团队建设等)，以下4点均必不可少：

(1)“以工程为本、为工程服务”的理念为先导；

(2)熟练的业务素质，灵活变通的能力是基础；

(3)坚强有力、团结一心的项目管理团队是平台；

(4)完善的体系、奖惩分明的激励机制是催化剂。

在此基础上，通过一个个具体工程的管理实践和摸索，最终会使EPC项目管理合理、规范、科学。