大管径供热管道穿跨越河流方案技术经济分析

丘 宁， 彭世超， 周 京

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司 第五设计研究院， 天津 300381)

1 概述

截至2019年底，北方地区清洁供暖取得明显进展，改善了城乡居民用能条件和居住环境。北方地区清洁供暖面积达116×108m2，比2016年增加51×108m2，长输供热管道的长度也逐年增大。受地形地貌影响，在敷设过程中，长输供热管道经常遇到穿跨越河流及其他障碍物的情况，穿跨越河流工程也是关键节点和难点[1]。因此，技术经济性论证成为穿跨越方案制定的关键。

本文结合工程实例，对大管径供热管道穿跨越河流方案(桁架跨越方案、顶管方案、明挖安装预制管廊方案、水平定向钻穿越方案)的技术经济性进行对比分析。文中的造价指材料费、安装费等的总和。

2 工程概况

待穿跨越的河流为一条常年流水的河流，属于不通航河流。穿跨越处河道宽约100 m，河底设计高程1.0 m，西岸河堤高程6.40 m，东岸河堤高程6.35 m。敷设2条热水供热管道(1供1回)，工作管规格为D1220×14，保温层厚度为58.5 mm[2]。设计供、回水温度为120、65 ℃，设计压力为1.6 MPa。穿跨越处地势平坦，无不良地质作用，适宜工程建设。

3 施工方案

3.1 方案1

桁架跨越方案。桁架跨越是将供热管道安装在钢桁架上架空跨越河流[3]。CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》第8.2.13条第3款规定，供热管道架空跨越不通航河流，供热管道保温结构下表面与50 a一遇的最高水位的垂直净距不应小于0.5 m。桁架结构高度为3.65 m，高程从6.65 m至10.30 m，符合规范要求。单跨桁架长度26.5 m，共4跨。桥墩设置处无给水、排水、燃气、电缆等地下管线及建构筑物等。

桁架跨越方案的优点是技术成熟、施工期间不影响河道行洪、施工方便、后期维修方便。缺点是影响河道景观、河道防洪评价周期长、桁架和供热管道安装难度比较高。

桁架跨越方案工程造价主要分为上部工程造价、下部工程造价。上部工程主要为桁架、供热管道安装以及河道两侧护砌。桁架造价375×104元。供热管道造价99×104元，含管道绝热支架造价12×104元。河道两侧护砌采用浆砌块石方案，造价130×104元。下部工程主要包括基础工程、围堰工程。基础工程分为岸基基础、水中桩基础，均采用钢筋混凝土灌注桩基础。岸基基础及桥墩施工采用临时筑岛围堰方式，水中桩基础及桥墩施工采用钢板桩围堰，钢板桩围堰高度根据施工期间水位、沉井顶面高程、浪高、沉井可能下沉量等因素决定。基础工程造价155×104元，围堰工程造价106×104元。

由以上分析可知，方案1总工程造价为865×104元。

3.2 方案2

顶管方案。CJJ 34—2010第8.2.13条第4款规定，河底敷设供热管道必须远离浅滩、锚地，并应选择在较深的稳定河段，埋深应按不妨碍河道整治和保证管道安全的原则确定。对于1～5级航道河流，管顶覆土深度应在航道底设计高程2 m以下；对于其他河流，管顶覆土深度应在稳定河底1 m以下。

采用顶管施工时，在拟穿越的河流两侧以及中心岛各修建1个工作井[4]，长×宽均为10 m×10 m，深度均为10.5 m。利用顶管机顶进外套管(DN 1 600 mm钢筋混凝土管或DN 1 800 mm钢管)，从距河底2 m以下穿越，不影响河水正常流动以及后续河道清淤工作[5]。

顶管方案的优点是技术成熟、施工期间不影响河道行洪、建成后不影响河道景观。缺点是施工成本比较高、后期维护检修困难。由于穿管作业时，无法保证PE外护管接口的完整性，后期人工也无法进入检查焊口，存在安全隐患。

顶管方案造价构成：工作井、外套管顶管施工、供热管道顶管施工，工程造价分别为1 040×104、130×104、85×104元。由以上分析可知，方案2总工程造价为1 255×104元。

3.3 方案3

明挖安装预制管廊方案。GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》第5.2.1条第3款规定，管廊在其他河道下敷设时，顶部高程应在河道底设计高程1.0 m以下。管廊内供热管道布置见图1。预制管廊内截面宽×高为5.5 m×2.7 m。供回水管道同廊敷设，管廊顶部距河底1.5 m。

图1 管廊内供热管道布置

模块化廊体先在工厂生产加工，再运输至现场拼装成型。现场拼装时，应确保拼装精度，接头连接可采取涂胶拼装并施加预应力形成刚性接头或采用承插方式连接。河底明挖开槽施工期间，采用临时筑岛围堰方式。整体施工流程：先进行围堰及降排水，然后进行沟槽开挖、管廊基础施工，预制管廊安装(含防水处理)后进行回填土方，实施廊内供热管道及附属设施安装。

该方案的优点是施工期短、无需现场浇筑、粉尘噪声污染小、建成后不影响河道景观。管廊施工完毕后，施工人员可在管廊内安装供热管道，确保PE外护管接口完整。后期维护检修方便，检修人员可随时进入管廊检查供热管道状态。缺点是施工成本比较高、管廊拼装要求高。河底沟槽开挖需穿越河堤，施工难度大，土方量大[6]。

明挖安装预制管廊方案工程造价构成：围堰工程造价340×104元，土方工程造价173×104元。预制管廊的运输及安装费可按照已有工程进行估算，管廊造价275×104元。供热管道造价(含支座制作及安装费用)109×104元。

由以上分析可知，方案3总工程造价为897×104元。

3.4 方案4

水平定向钻穿越方案。在不适合开挖的市政管线施工中被广泛应用，适用于钢管、PE管，管径范围DN 200～1 200 mm。穿跨越处地势平坦，无不良地质条件，可采用水平定向钻穿越方案。

水平定向钻穿越方案的优点是建成后不影响河道景观、施工速度快、施工成本比较低，适合工期短、不影响行洪要求下的穿越河流工程。缺点是大管径供热管道的水平定向钻工程没有较多案例，经验少，实施中需要解决不少技术难题：如PE外护管及接口保护等。

实践中，首先根据管径及管材确定管道允许弯曲半径，再结合管顶埋深确定管道最短施工长度。根据现场实际情况进行平面布置，开挖基坑。然后进行导向钻孔、扩孔，最后进行供热管道回拖[7]。基坑尺寸根据设计管顶埋深、供热管道规格确定。基坑长×宽×深均为7.0 m×4.5 m×4.0 m。

钻孔：将钻杆放入钻机就位，调整机架使钻杆在设计轴线上，检查无误后开始钻进。钻杆的入土角通常不宜超过15°，出土角一般不大于20°，在钻进过程中采用导航仪进行跟踪监测。扩孔、回拖：在钻杆上安装扩孔器，用钻机回拉钻杆进行扩孔，经过多次扩孔，成孔后，实施供热管道回拖。

对于供、回水管，分别实施钻孔、扩孔、回拖，且河流两侧基坑需要单独设置。因此，水平定向钻穿越方案单管工程造价构成：基坑造价8.6×104元，钻孔、扩孔造价110.6×104元，回拖造价(含供热管道费用)67.8×104元。由以上分析可知，供回水管道水平定向钻穿越方案总工程造价为374×104元。

3.5 方案比较

由技术经济性分析结果可知，顶管方案工程造价最高，水平定向钻穿越方案工程造价最低，桁架跨越方案、明挖安装预制管廊方案工程造价居中。虽然水平定向钻穿越方案工程造价最低，但由于在大管径供热管道中应用缺少经验，风险较大，因此没有采纳。桁架跨越方案成功案例多，采用桁架跨越方案。

4 结语

大管径供热管道穿跨越河流工程是长输热网非常关键的设计、施工节点。随着工程材料及技术不断发展，大管径供热管道水平定向钻穿越技术将趋于成熟，这种省时、造价低的方案将越来越多应用于实际工程。