综合管廊穿越施工方案造价研究

高颖艳 李琳 姜颖 艾菁菁 张弢

摘要：本文以综合管廊下穿高速公路立交桥工程为例，对综合管廊穿越常见的三种施工方案-明挖顺作、管道封闭顶进、预制管廊封闭顶进进行造价分析，为综合管廊穿越的造价提供指导。本文对影响穿越方案造价的因素进行了研究，定量分析了三种方案不同长度的造价，据此提出明挖顺作方案和顶进方案的经济平衡点观点。结果表明，当穿越长度小于经济平衡点时，明挖顺作方案造价经济;当穿越长度大于经济平衡点时，顶进方案造价经济;当穿越长度等于经济平衡点时，明挖顺作方案造价与顶进方案造价相当。经济平衡点的计算可为穿越方案的选择提供指导。

Abstract： Based on an utility tunnel underneath-cross highway interchange engineering case， utility tunnel underneath-cross construction costs for open excavation method， closed pipe jacking method and closed prefabricated tunnel jacking method were analyzed to provide a guideline for utility tunnel underneath-cross costing. The influence factors for tunnel underneath-cross cost for above three methods were sought out，the costs for tunnel underneath-cross with different lengths for three methods were analyzed quantitatively， and the viewpoint of economic balance point for underneath-cross scheme was found and put forward.  Results indicate that open excavation method is more economic when the underneath-cross length shorter than economic balance point; and that jacking method is more economic when the underneath-cross length longer than economic balance point; open excavation method and jacking method are economically equivalent when the underneath-cross length equal to economic balance point. Calculation method of economic balance point provides a guideline for tunnel underneath-cross scheme selection.

关键词：综合管廊造價;明挖顺作;管道封闭顶进;预制管廊顶进;经济平衡点

Key words： utility tunnel cost;open excavation method;closed pipe jacking method;prefabricated tunnel jacking method;economic balance point

中图分类号：TU723.3                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）18-0172-08

0  引言

在城市综合管廊的实际施工过程中，管廊穿越障碍物的情况常常发生。管廊穿越时有多种施工方案可供选择，场地工程地质条件，原有地下设施和地下障碍物情况，施工现场环境等因素均可对施工进度、工程质量、施工安全和施工成本造成影响。[1]在保证施工进度、工程质量、施工作业方便安全的前提下，选择造价合理的管廊穿越方式值得研究。[2]

1  工程概况

1.1 平面位置及周边环境情况

某段综合管廊下穿高速公路立交桥，长度47m。立交桥跨度为16.0m（桥墩至桥墩）、桥面宽度约25.0m、桥下净高约4.6m，沿桥面宽度方向设6根Φ1000mm桩接柱。管廊结构外墙与桥墩净距约4.75m，管廊具体位置与高速公路关系见图1。综合管廊包括综合舱和燃气舱，管廊净尺寸为4.7m×3.8m，管廊外部尺寸为5.4m×4.55m，断面型式如图2。

1.2 工程地质条件

地层从上往下如下：

①人工填土、耕土：层厚1.1～1.3m。

②粉质粘土（风化，坡积层，土黄色）：层厚4.9～5.2m。

③2砾砂：层厚1.6～3m。

③2-1粉质粘土：层厚0.5～2m。

③3泥炭质土：层厚1.1～2.2m。

③2砾砂：层厚4.3～4.6m。

1.3 水文地质条件

该路段地势低缓，为排汇区，地下水位较高。

地下水的类型为潜水，包括孔隙水和裂隙水，具微承压性，主要赋存于粉质粘土、砂土及砾类土及淤泥层中，地下水主要由大气降水补给和地表水补给，总体向地势低处径流排泄。

2  基坑支护设计方案及造价测算

依据管廊所处环境以及相关规范规定，本段管廊基坑设计安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。该段基坑和管廊结构施工期间高速公路需保持正常通行状态，对支护结构要求较高，既要保证高速公路的过往通行，又要保证管廊工程能够正常施工并保证质量与安全。在对有关条件的研究分析后，提出了明挖顺作方案，管道封闭顶进方案和预制管廊封闭顶进方案，并对其造价进行测算。

2.1 明挖顺作支护方案

2.1.1 支护桩设计

该段管廊处于两桥墩中间位置，基坑长度47m，开挖深度8.6m。采用钢筋混凝土灌注桩Φ1000mm@1000mm作为支挡结构，桩长16.5m。

2.1.2 止水措施

由于立交桥下空间有限，采用机械设备尺寸较小的旋喷桩作为止水帷幕。旋喷桩桩径Φ600mm，咬合300mm，有效长度15.5m。

2.1.3 基坑降排水

采用大口井降水，井间距15m。基坑外侧设置观测井，井间距20m。

2.1.4 内支撑方案

坑深范围内共在两道水平内支撑，顶部和中部各设一道。顶部支撑即在灌注桩顶设置1300×700mm混凝土冠梁，并每隔5m设置一道水平对撑。中部支撑是在灌注桩内侧设一道腰梁，并每隔5m设置一道水平对撑，对撑截面积为600×700mm。具体平面布置及剖面形式见下图。（图3、图4）

2.1.5 工程造价分析

①工程造价编制说明。

根据方案设计的工程量，采用云南省市政工程消耗定额（DBJ53/T-60-2013），按2019年1月专业测定价计算造价。造价由分部分项工程费用、措施项目费、其他项目费用（即机械费调差）、规费和税金组成。

②明挖顺作工程造价计算结果。

明挖顺作造价见表1。

2.2 管道封闭顶进方案

在立交桥两侧分别设置工作井和接收井。从工作井顶出d3600和d2000钢筋混凝土管道各一根至接收井，顶进长度为每根36m。管道顶进方案工作内容包括工作井、接收井、管道顶进、现浇管廊四部分。

2.2.1 工作井和接收井

工作井和接收井的基坑平面尺寸均为16.5m×9m，深11.5m。基坑周边设钢筋混凝土灌注桩，桩长25.5m，？准1000mm@1200mm。桩顶设1.3m×0.7m钢筋混凝土帽梁，中部设一道1.0m×0.7m钢筋混凝土腰梁，在帽梁和腰梁层设置八道0.6m×0.75m×3m的斜梁和两道0.6m×0.75m×9m的水平对撑。基坑范围内设置0.7m厚底板。

2.2.2 止水措施

基坑开挖深度较深，开挖范围内存在渗透性较大③1含粘性土砾砂混角砾及③2砾砂土层，采用沿混凝土灌注桩外侧设置的？准850mm@600mm三轴水泥搅拌桩止水，桩长21m。

对顶管施工后背土体，顶进坑出洞一侧、接收坑进洞一侧另加两排三轴搅拌桩。加固桩？准850mm@600mm，桩长15m。

2.2.3 基坑降水

基坑采用大口井降水，顶进坑和接收坑内各设置两口降水井一用一备。在顶进坑出洞侧、接收坑进洞侧各设置一个观测井。

2.2.4 管道顶进

根据管廊尺寸，选择d3600和d2000钢筋混凝土管道并排顶进。顶管间距按4.2m设置。采用泥水平衡顶进设备，触变泥浆减阻。

2.2.5 现浇管廊

工作井和接收井内管廊采用现浇法施工，断面尺寸一侧与明挖顺作方案相同，即4.7m×3.8m，另一侧考虑顶管外径及顶管间距，断面尺寸扩大为13.5×5.3m。现浇管廊长度=穿越总长度-顶进长度=47m-36m=11m。

管道封闭顶进方案平面和剖面见图5、图6。

2.2.6 管道封闭顶进造价分析

管道封闭顶进造价见表2。

2.3 预制管廊封闭顶进方案

鉴于管廊尺寸较大，采用泥水平衡辅以触变泥浆进行封闭顶进。管廊按顶进长度36m预制。在立交桥两侧分别设顶管井和接收井。预制管廊封闭方案包括预制管廊，现浇管廊，工作井，接收井及封闭顶进五部分。

2.3.1 工作井和接收井设计

工作井和接收井的基坑平面尺寸为9×9m，做法同管道顶进方案。

2.3.2 止水措施及基坑降水

做法同管道顶进方案。

2.3.3 预制管廊

每节管廊外部尺寸为1.5m长×5.4m宽×4.8m高，在预制厂制作，运输至现场，吊装就位，每节间设有变形缝和止水带。

2.3.4 预制管廊封闭顶进

预制管廊一般为矩形断面，需采用特制泥水平衡顶进机，根据断面计算土方和泥水输送能力，根据顶进距离进行中部和后部顶进系统设计，根据顶力进行后背设计，根据长度设计中继间。矩形泥水平衡顶進机重复使用率低。

2.3.5 现浇管廊

现浇管廊位于工作井和接收井内，断面尺寸和做法同明挖顺作方案。现浇管廊长度=穿越总长度-顶进长度=47m-36m=11m。

预制管廊封闭顶进方案平面和剖面见图7、图8。

2.3.6 预制管廊封闭造价分析

预制管廊封闭顶进造价见表3。

3  方案造价分析

3.1 47m管廊穿越方案造价结果分析

穿越方案造价结果详见表4。

从表4可见在上述设计条件和土质条件下，明挖顺作方案造价最经济，管道封闭顶进方案造价其次，预制管廊封闭顶进方案造价最高。

3.2 方案造价指标分析

穿越方案造价指标分析见表5，表6和表7。

管廊明挖顺作延米造价为125150元，其中管廊主体延米造价21880元，占比17.48%;支护延米造价94201元，占比75.26%，是管廊主体造价的4.31倍。

管道封闭顶进延米造价为168712元，其中工作井和接收井占总造价43.39%和38.11%;延米管道顶进造价为14350元，管道延米造价为15202元。

预制管廊顶进延米造价为190789元，其中工作井和接收井占总造价37.67%和33.15%;延米顶进造价为29600元，预制管廊延米造价为34842元。

3.3 管廊穿越方案造价规律研究

3.3.1 明挖顺作方案造价规律研究

明挖顺作造价由管廊支护、管廊本体、土方工程和降水工程组成，造价均与管廊长度成正比。

明挖顺作造价=（管廊支护延米单价+管廊本体延米单价+土方工程延米单价+降水延米单价）×穿越长度

本方案穿越造价=（9.4201+2.1880+0.6480+0.200）万元/米×47米=12.516万元/米×47米=588.25万元。

3.3.2 顶进方案造价研究

顶进方案造价与工作井、接收井、井内现浇管廊、降水、顶进费用有关。其中工作井、接收井、井内现浇管廊、降水与顶进长度无关，称为固定费用;顶进费用与顶进单价和长度有关，称为变动费用。

顶进方案造价=顶进固定费用+顶进变动费用

其中：顶进固定费用=工作井费用+接收井费用+现浇管廊费用+降水费用

顶进变动费用=顶进单价×顶进长度=顶进单价×（穿越长度-井内现浇管廊长度）

本案例管道封闭顶进和预制管廊封闭顶进固定费用计算结果见表8

管道封闭顶进和预制管廊封闭顶进变动费用计算见表9。

以管道顶进方案为例，顶进方案造价=（工作井费用+接收井费用+现浇管廊费用+降水费用）+顶进单价×顶进长度=686.56万元+2.9552万元/米×36米=793万元。

以封闭管廊顶进方案为例，顶进方案造价=（工作井费用+接收井费用+现浇管廊费用+降水费用）+顶进单价×顶进长度=664.72万元+6.4442万元/米×36米=897万元。

3.3.3 明挖顺作和顶进方案经济平衡点分析

在大多数情况下，明挖顺作的支护费用小于顶进费用，此时明挖顺作方案终比顶进方案造价经济。无论长度变化，不存在经济平衡点。

在特定受限空间和地质条件下，当明挖顺作的支护费用大于顶进费用时，方案的经济性会随着穿越长度而变化。明挖顺作方案在穿越长度短时投资低，造价随长度成比例增加，造价曲线斜率较大。封闭顶进方案由于工作井、接收井以及顶进设备安拆的费用较大，穿越长度短时造价高于明挖顺作方案。由于顶进费用小于支护的费用，造价随长度缓慢增加，造价曲线斜率较小，穿越方案造价会接近并逐步低于明挖顺作方案。

以本案为例，当管廊穿越长度从40米变化为120米时，测得各方案造价如表10。

穿越方案造价与长度关系图绘制如图9。

从图9可见，管道顶进造价始终小于管廊顶进方案。存在明挖和顶进方案造价线段的交汇点，即在某穿越长度上两个方案造价相同，这里把方案造价相同时的穿越长度称为经济平衡点。当穿越长度小于和大于经济平衡点时，方案造价优劣正好相反。

3.4 经济平衡点的确定

如何计算经济平衡点，以本案为例：

3.4.1 明挖顺作与管道封闭顶进平衡点计算

在经济平衡点（穿越长度）时，明挖顺作造价=管道封闭顶进造价，即：12.516（万元/米）×穿越长度（米）=686.56万元+2.9552（万元/米）×顶进长度（米）

顶进长度=穿越长度-工作和接收井内的管廊长度=穿越长度-11m

经济平衡点（穿越长度）=（686.56-2.9552×11）/（12.516-2.9552）=68.41m

3.4.2 明挖顺作与预制管廊封闭顶进平衡点计算

在经济平衡点（穿越长度）时，明挖顺作造价=预制管廊封闭顶进造价，即：12.516（萬元/米）×穿越长度（米）=664.72万元+6.4441（万元/米）×顶进长度（米）

顶进长度=穿越长度-工作和接收井内的管廊长度=穿越长度-11m

经济平衡点（穿越长度）=（664.72-6.4441×11）/（12.516-6.4441）=97.80m

3.4.3 经济平衡点计算公式的确定

从以上两例分析，推导出平衡点的计算公式为：

平衡点长度=（顶进固定费用-顶进单价×工作和接收井内的管廊长度）/（明挖顺作单价-顶进单价）

3.5 经济平衡点的意义

当穿越长度小于经济平衡点时，明挖顺作方案造价最优。当穿越长度大于经济平衡点时，顶进方案造价最优。当穿越长度等于方案平衡点时，明挖和顶管的方案造价相当。

4  结论和建议

综合管廊穿越方案的选择，除了考虑场地能否断交，地质水文条件，施工复杂程度和施工工期等因素外，工程造价是重要的考量因素之一。

当场地条件允许实施明挖和顶管的方案时，可根据明挖顺作单价，管道顶进或者管廊顶进的单价和顶进固定费用，计算出方案的经济平衡点。当穿越长度小于经济平衡点时，明挖顺作方案造价最优。当穿越长度大于经济平衡点时，顶进方案造价最优。当穿越长度等于方案平衡点时，明挖和顶管的方案造价相当。因此，在工程实施中应根据经济比选结果选择施工方案。在不允许断交只能采用顶进方案时，管道封闭顶进方案造价优于预制管廊封闭顶进方案，宜优先采用管道封闭顶进方案施工。

参考文献：

[1]杨峰，城市地下市政综合管廊施工方法初步探讨与分析[J].安徽建筑，2016（3）：88-91.

[2]许海岩，苏亚鹏，李修岩.城市地下综合管廊施工技术研究与运用[J].安装，2015（10）：21-23，30.

[3]熊超兵.城市地下综合管廊结构设计与施工分析[J].住宅与房地产，2016（5）：162.

[4]张吟秋，顶进施工法用钢筋混凝土箱涵制作及应用.混凝土与水泥制品，2015（12）.

[5]马骥.明挖现浇法城市地下管廊施工技术[J].低温建筑技术，2017（1）.