长距离岩石顶管补充定额编制与应用

张雪 梅耀辉

非开挖顶管施工技术可以实现在不对地表造成破坏的情况下使市政管网穿过建筑群,并且提高施工的效率，节约成本。解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，减少对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响，因此具有较高的社会经济效果。但岩石顶管，特别是长距离、超深的岩石曲线顶管的应用较少，在施工方法和计量计价上都面临着挑战。本文以武汉市大东湖核心区污水传输系统工程支线工程为背景，对岩石顶管机的设备选型、沉降控制、长距离顶管的中继间等关键技术进行研究探讨，并重点探索长距离岩石顶管的计量与计价方法，以期对类似项目施工与计价提供经验。

一、工程概况

大东湖核心区污水传输系统工程位于武汉市大东湖核心区，通过集中收集大东湖核心区生活污水，传输至北湖污水厂统一处理，从而满足污水处理和环境提升的需求。该项目近期服务范围包括沙湖、二郎庙、布落咀及白玉山污水系统130.35平方公里，远期控制服务范围增加武钢和龙王嘴污水系统约200.25平方公里。建成后，该项目可长远解决城区污水处理厂用地与周边格局矛盾，满足沙湖港、罗家港、沙湖水环境提升需求，改善现污水厂周边环境。

该项目的支隧工程支采用顶管法施工，采用DN1650的钢筒混凝土管，管节长度2.5m；平行布置，净间距2.5m，总长约1.7km，设计埋深20～33m，平面为曲线，曲率半径600m、10800m，纵断面为0.5‰。穿越岩层主要为中风化泥质砂岩。最长顶进长度927.46m，曲线顶管最多拐点为2个，最小曲率半径为600mm。

本项目为目前国内小直径双管顶进难度最大、单次顶进长度最长，曲线最复杂的双线顶管项目。主要难点在于：

1.管位埋深最大超过30米，场地狭小

本工程设置多个竖井，各竖井井深超过30m，顶管埋深过大，长距离曲线顶管测量导向系统在信号传递时，容易受到潮湿空气影响，顶管姿态控制精度要求高；各井位场地狭小，现场不具备大量管节存放条件，各运输站位有限，导致管节运输效率较低。

2.超长距离小直径顶管，有限空间作业

顶管隧道单线全长1690.3m，考虑到长距离顶进和钢筒混凝土管可承载的最大顶力，需要合理布置中继间，分段完成顶进施工，需设置中转测站，自动测量定位及导向，渣土输送设置中继泵，采用摩擦系数较小的减阻泥浆，注浆管道设置加压泵及增大注浆主管道的直径。保证设备的稳定性及耐久性，减少换刀及维护次数；采用自动导向系统控制精度，使顶管机能够按照设定的设计轴线进行长距离及曲线掘进。

3.曲线顶管，精准纠偏

在曲线段或偏差段，顶进施工过程中需加大测量频次，及时调整中继间的合力中心，确保中继间转角不变大，应在管内设置中间测站，为防止偏差过大，在曲线段，每顶进1节管宜进行不小于1次的测量定位，应定时对导线基点复测，宜每隔24h复测1次。

4.双管平行顶进

支隧工程管材选用DN1650，两排平行并排管道，管道中心间距为4550mm，两管间净距2500mm，比规程要求的1倍管道外径2050mm非常接近，相互施工干扰大，对顶进过程姿态控制精度要求高，为保证顶进过程中随时纠偏，顶进速度不能过快。

5.地下岩层复杂，不连续

由于地质条件复杂，易造成刀盘结泥饼和磨损。长距离顶管机设计选型应满足顶进系统的可靠性，刀盘的耐久性和可维护性、滚刀人工更换的可行性、主轴抗疲劳及密封性等要求。顶管机刀盘撑子面的岩土层强度软硬不均，同一土层的强度不相同，顶进过程易产生偏差，须随时纠偏，且岩土层含泥量变化大，刀盘容易结泥饼，高压水冲洗不均衡，对顶进影响大。

6.穿越道路、隧道、桥梁等构筑物

支隧顶管穿越团结大道、地铁4号线及三环线这些构筑物时，会地表产生变形沉降等。施工过程中，应建立观测数据观测点，通过观测数据的变化调整顶进参数。严格限制顶管中的径向超挖、轴向超挖幅度。严格控制出渣量，不宜采取大角度纠偏。

二、长距离岩石顶管关键技术

1.岩石顶管机设备选型

本工程顶进地质条件复杂，穿越地层有粉质黏土层、黏土层、强风化岩、中风化粉质砂岩，岩层强度大，地层软硬不均，管道埋深32米，单次顶进927米，单次顶进持续时间长达120天。岩石和复合地层顶进作业，要求设备长时间处于高负荷状态，有精准的顶进方向控制和纠偏措施，能够满足长时间作业的要求。基于本工程地质条件和工程特点，采用进口改进型泥水平衡岩石顶管机进行施工。刀盘上安装滚刀、主切削刀和边刮刀，增强切削能力。采用保护刀盘的钢结构，降低对刀盘的磨损。二次破碎仓采用条幅式砍切方式，允许最大颗粒尺寸200mm的石块进入，刀盘背部的牛腿和锥形破碎仓下部的突起耐磨破碎筋相互配合，组成剪切破碎机构。

本工程为长距离曲线顶进，在工作井内架设的仪器无法直接测量机头的位置，因此采用长距离曲线自动导向系统，该系统基于激光全站仪，能够实时准确确定顶管机相对于管道轴线的位置关系，并显示在电脑屏幕上，为操作人员提供精准的位置姿态信息。

2.长距离曲线顶管中继间的布置与应用

考虑到长距离顶进以及顶管掘进机正面阻力和管道外围摩阻力的要求，本工程设置了中继间分段顶进。顶进中应对中继间进行编组控制，从顶管机头向后按次序依次将每段管节向前推移，当一组中继间伸出时，其它中继间应保持不动，在所有中继间依次完成作业后，主顶工作站完成该顶进循环的最后顶进作业。

顶管宜连续顶进，暂停时间一般控制在12小时之内。如果停顶时间超过12小时，必须每隔12小时之内至少注浆一次。并在重新开顶前大量注浆，才能取得较明显的减阻效果，确保顶力在正常范围之内。否则就可能会因顶力过大造成后座墙顶裂、管材顶爆、完全顶不动等后果。

3.曲线顶进、双线并行及沉降控制技术与措施

本工程的顶进曲率半径600，对应的夹角为0.24°，根据《给水排水管道工程施工及验收规范》，F型钢承口的管节宜小于0.3°，本工程设计要求接近规范，对顶进精度控制要求较高。顶进时偏差过大容易造成管节间止水圈失效、钢圈与砼管节的空隙过大而渗漏，管道外侧的泥浆套管也存在内渗风险，因此需通过勤加观测，降低顶进速度，保证顶进方向控制在偏差之内。

本工程管材选用DN1650，外径2050mm，两排平行布置两条排水管道，管道中心间距为4550mm，两管净间距2500mm。根据《给水排水工程顶管技术规程》，相互平行的管道水平净距应根据土层情况、管道直径和管道埋深等因素确定，一般情况不宜大于1倍管道外径。本工程净距2500mm与管道外径非常接近，施工时相互干扰大，对顶进过程的姿态控制进度要求高，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。

本工程穿越两条地铁线路及三环线，设计要求控制沉降要求，对于周边环境允许变形参考值2～20mm。根据《顶管技术规程》（CSTT2006），对于周边环境允许变形参考值在5～30mm，本工程的要求比规范要求更加严格，为保证施工质量，在顶进过程中，应合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止欠挖或超挖。

三、补充定额编制

1.编制背景

目前，欠缺岩石顶管的相关计价依据，同时现行定额顶管施工为土层，采用中继间施工时，只有4级中继间的系数。因此，为合理确定本工程的造价，根据本工程的地勘资料、施工方案、施工记录，采用实测法确定人材机的消耗量，结合其他省市及行业定额的相关说明和本工程的项目难点，对相应消耗量进行调整，选取我省人材机单价，编制完成泥水平衡顶管 1650mm岩石顶进（综合岩层）补充预算定额。

2.编制内容

（1）项目设置

根据本工程顶管顶进穿越极软岩、软岩、较硬岩三种岩层，基本段顶进穿越岩层类别可以覆盖所有岩层类别。根据本工程实际工艺工序要求，结合武汉市大东湖核心区污水传输系统工程支线隧道工程地勘资料，根据不同岩层掘进长度占总掘进长度权重，综合计算，确定编制“DN1650mm 顶管顶进（岩层综合）”预算补充定额。

（2）计算人材机消耗量

根据现场施工调研及实测，结合本项目地勘资料及批准施工方案，根据多方共同确认的施工记录。

① 确定班组成员数及工作内容：根据施工工艺需要，班组成员用工见下表：

工种 作业内容安装工人 配合协助管节、材料等吊卸，安装及场内运输电工 各类设备电路接线及检修普工 安装木衬垫、胶圈、管道接口加工连接顶管机操作手 操作顶管机运行

②确定机械配置及工作内容：根据施工工艺需要，主要机械配置如下表：

机械名称规格型号 工作内容刀盘式泥水平衡顶管机（掘岩机） 岩层破碎掘进泥水分离系统泥浆净化，有效控制泥浆的性能指标，减少卡钻事故；实现泥浆循环使用，节约造浆材料；对土渣的有效分离，减少废浆外运和造浆费用。液压泵站 为顶管机提供动力

另外根据施工需要配备汽车式起重机及叉式起重机进行管节及材料的吊运、场内运输。设置潜水泵、泥浆泵、中继泵等进行排水、排泥浆、除渣等。

③机械消耗量

根据施工记录和岩层长度的权重比例，确定刀盘式泥水平衡顶管掘进机、汽车式起重机及叉式起重机台班消耗量。潜水泵、排泥泵、中继泵、泥水分离器与顶管机配套，同时施工，台班消耗量与顶管机相同。借鉴全国及行业定额液压泵站与顶管机设备台班消耗量比例为2∶1，确定液压泵站台班消耗量。

④人工消耗量

根据班组成员和顶管机台班产量，结合相关定额普工技工比例，确定普工、技工消耗量。

⑤材料消耗量

根据施工工艺要求及技术方案材料配置计划确定主要材料，如钢管、橡胶圈、电缆、齿轮油等消耗量。

对于实际使用的，如镀锌钢管、液压油等，在其他材料费中考虑，借鉴全国或兄弟省市行业定额，其他材料费按照1.50%计取。

钢筒混凝土管消耗量1.005m/m，按未计价材考虑。

定额编制不考虑开仓和刀具更换费用，发生时费用另计。

⑥多级顶进系数

根据《市政工程消耗量定额》（编号为ZYA1-31-2015）、《湖北省市政工程消耗量定额及统一基价表》（2008）、《顶管施工定额》（非开挖技术规范丛书2016版）及其他省市市政定额中顶管顶进均以基本段为编制基础，当采用中继间顶进时，人工与机械按调整系数分级计算。现行计价依据中多级顶进系数为顶管土层顶进时执行系数。结合本项目岩层顶进特点，参考《顶管施工定额》（CSTT非开挖技术规范丛书）及《福建省市政工程预算定额》定额解释，完善岩石顶进多级系数说明。

四、总结与展望

长距离岩石顶管作为一种新型顶管技术，避免了城市内明挖施工带来的影响，中继间的应用保证了顶管机长距离施工。本补充定额针对该项目的特点，结合施工记录，真实反映了施工实际情况和现场水平，解决了长距离岩石顶管定额缺项的问题，其结果经各参与方审核确认，符合市场平均水平，为类似项目计价提供了宝贵参考价值。