长距离大管径顶管施工技术及造价控制措施

黄亚

（中交二公局东萌工程有限公司，西安 710119）

1 工程概况

三星二期工程项目中，电力管沟的设置主要是为了满足项目整体用电需求，由高新区330kV 变电站引出，沿西部大道向东至经三十八路路口东南角，转向南沿经三十八路至纬二十路。

本管沟改造工程受到多方面因素影响，沿线分布大量自来水管线等市政管网工程，同时道路东侧有大量绿地，根据上述情况进行设计变更，确定总长度为1 596.3m，其中，K0+136～K0+720.8 和 K0+789～K1+273.5 段共 1 069.3m 长，均使用DN3 000mm 顶管。

其中，BEDL01～BEDL02 长 129m，坡度 0.72%；BEDL02～BEDL03 长 220m，坡度 0.517%；BEDL03～BEDL04 长 235.8m，坡 度 0.595% ；BEDL05 ～BEDL06 长 219m，坡 度 1.473% ；BEDL06～BEDL07 长265.5m，坡度0.5%。关于顶管深度，BEDL01 为 8.5m、BEDL02 为 8.5m、BEDL03 为 8.8m、BEDL04为 9.4m、BEDL05 为 9.4m、BEDL06 为 9.8m、BEDL07 为 8.5m。

根据沿线施工环境，为满足顶管作业要求，本项目选择土压平衡法，管顶覆土6m（具体视实际情况灵活调整）。

2 顶管施工工艺

2.1 穿墙顶进

顶管工艺流程中，出洞环节将对整体质量造成直接影响，应采取可靠的防控措施，以达到顺利出洞的效果。本工程采取的施工方案是：前期准备工作中在洞口预埋钢盒，同时在该处增设止水钢圈，在此基础上设止胶圈。工具头穿墙作业时，应形成合适的初始角（以5°为宜，方向朝上），目的在于避免工具头下跌现象【1】；同时，前部管子要与顶管机形成稳定的连接关系。需增强顶管机的稳定性，避免管子后移的现象。从具体原因来看，掘进机主动面的工作状况较为特殊，该处的主动土压力相对较大，且明显超过各类摩阻力总和（源自管子周边、导轨间等）。对此，使用钢柱将管子牢牢顶住，以达到增强稳定性、防止后退的目的。

2.2 正常顶进

管道顺利出洞后，便可进入到正常顶进环节，此时除了顶进作业，还要兼并注浆施工。

每顶进一节，均要为下一段施工做好准备，回缩千斤顶，并全面检查各类管路，将后续施工所需的管段吊至指定位置，调整好姿态，设置接头止水材料以及顶铁，启用油泵使其发生推进，具体工作量应达到1 个千斤顶的行程，并根据实际情况灵活调整。若施工中出现设备故障，将对持续顶进带来阻碍，因此，工具头的准备要到位，土的数量要足够合理。若因特殊情况而暂停顶进，恢复作业时必须对管路补浆。各阶段顶进速度不同，初始阶段以慢速为宜，具体为20～50mm/min；待进入到正常顶进阶段时，可提升速度，使其达到50～150mm/min【2】。

2.3 测量与纠偏

顶进作业时，掘进机头是重要的装置，其连接了光电接收靶。同时，观测台上还安装了激光经纬仪，顶进时该装置将产生激光束，调整方向使其与管道中心线保持重合的关系，以此作为顶管导向。若掘进机头存在偏差，对应的光电接收靶中心将发生变化，偏离预先设置的光斑中心，通过对偏移量的分析可以求得顶管机斜率。此时，纠偏千斤顶组随即运行，在其作用下调节顶管机方向，以确保顶进方向的准确性。整个纠偏流程遵循循序渐进的原则，使各管节逐步复位。需注意的是，必须避免强制纠偏行为。

2.4 触变泥浆

从现阶段的行业发展状况来看，若要确保长距离顶管效果，中继环是最为基础的装置，此外还要从注浆工艺的角度入手，降低管材与土壤间所产生的摩阻力，经过润滑、减阻后，有助于改善顶管效率低的问题，顶距提升幅度可达到40%～70%。若要实现有效减阻，膨润土和水尤为关键，形成浆液后应给予2h 的静置时间。本次施工中，除了中继环后面管段补浆的方法外，还引入了掘进机尾部同步注浆工艺，在双重作用下实现有效减阻。

2.5 中继间接力顶进

长距离顶管的难度偏大，中继环是尤为关键的装置。根据顶管作业的特点，伴随距离的延长，对应的管道摩阻力也表现出不断提升的趋势。若工作井结构强度欠佳，则要在中继环的作用下达到接力顶进的效果。从中继环的具体构成来看，内部适配了多台小千斤顶，主要作用在于推进前方的管子，结束此动作后，在后一中继环的作用下将其千斤顶缩回，最终长距离管道则实现了“化整为零”，可分为多段依次顶进。

2.6 顶管机顶入接收井

持续顶进之下，若与接收井间距约为15m，作业者要重点关注顶进轴线情况，及时发现偏差并调整，确保工具管运动姿态的合理性，使其能够沿设计轴线有序运行，最终到达预留洞。需注意的是，预留洞封门开启后易出现涌水现象，可对预留洞前方的土体采取处理措施，通过压密注浆法实现有效加固。此外，井内预留洞处还需要采取防水措施，即增设橡胶止水带。

3 顶管工程造价及措施

3.1 顶管套价

主要考虑以下几个方面：

1）中继间设置：本项目中，由于长距离顶管难度较大，通过中继间的设置可实现分段顶进，该装置具体位置为管段中部，设置在该处的环形小室内。所用材料为钢材，并增设千斤顶，从而达到传递顶力的效果。除理论计算结果外，还需综合考虑现场地质情况，在上述基础上确定中继间的设置方案，通常间距为100～200m。

2）泥浆池开挖：出土泥浆暂存池与制备池是重要的组成部分，但其并未被列入顶管顶进子目中，因此，在造价控制时应注重上述2 方面内容，避免漏项。

3）顶进后座及坑内设备安拆：因顶进需求，涉及平台、支撑等结构的安拆作业，各项操作均按一次考虑。部分项目中并未针对顶进后座做出明确规定，此时可按如下方法：（管外径+2m）×（管外径+2m）×0.5m【3】。

4）触变泥浆减阻：以每3 段管道为间距设置1 圈，各圈所对应的触变泥浆压浆孔数量均为4 个。

5）其他：例如，土方外运、现场通风与照明等。

3.2 顶管井套价

主要考虑如下几方面：（1）基层开挖作业以及各类垫层的施工；（2）脚手架工程，如安装与拆卸以及模板工程；（3）浇筑混凝土；（4）砖封预留孔洞；（5）沉井下沉；（6）混凝土底板施工，后浇井壁；（7）洞口止水圈，坑内临时钢梯；（8）永久性钢爬梯。

3.3 顶管管径的选择

根据工程资料分析，在钢筋混凝土顶管工程的主要费用中，一般情况下，材料费占工程总费用60%～70%，对建筑工程的造价构成影响显著。合理拉制工程投资，应重点拉制材料费用。在顶管工程中，材料费主要是钢筋混凝土顶管费用，而不同管径钢筋混凝土顶管工程造价相差较大，如表1 所示。

表1 不同管径钢筋混凝土顶管单价及工程综合造价表

从表1 可知，伴随顶管管径增大、管壁变厚、管壁钢筋含量增加，顶管材料价格大幅上涨。因此，实际工作中需要设计人员通过统筹规划、精心布置，充分利用顶管的内部空间，在满足工程要求的前提下尽量减小管径，节约工程管材的费用，从而控制造价。

3.4 工作井、接收井的位置及数量确定

工作井、接收井位置及数量的确定直接影响工程投资。增加1 个工作井投资约增80 万元，而盲目减少工作井数量将造成两井之间的距离过长，需增加中继间数量，从而增加顶管施工摩擦力，导致施工时需要分级推进，加大施工难度，甚至可能导致施工无法进行，反而增加工程造价。按照现行的工程造价定额，不同级别施工费用不同，人工费及机械费随施工级别的增加而增加。按照现行定额：一级顶进人工和机械费增加36%，二级顶进人工和机械费增加64%，三级顶进人工和机械费增加215%，四级顶进人工和机械费增加280%。因此，要综合考虑工作井位置及数量，做到既减少工作井数量，又不增加顶管推进的难度，减少顶管推进所增的人工及机械费用，实现2 种工程量最佳结合点，减少工程造价。

3.5 工程支护桩型选择及桩长的准确计算

由于土壤天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、地基承载力小，工程需进行地基处理。工作井及接收井外围需布置1～2层支护桩、底部布置桩基以加固地基，防止施工期间出现回淤现象及工作井过度下沉，确保工程质量及周边道路等建构物的安全。目前，工程常用水泥搅拌桩、水泥旋喷桩、钢混凝土灌注桩作为工程支护桩和加固地基。

4 结语

长距离顶管的工作量较大，要结合施工情况选择合适的顶管技术；造价控制工作中，应高度注重设计阶段，从施工效果、安全等方面考虑，综合比选后确定最具经济效益的方案，从而减少工程项目成本，提高投资效率。