临沂城第二水源输水工程顶管施工工艺对比

徐雯雯，马军栋，韩瑞涛

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

临沂城第二水源项目输水工程施工一标段，本工程输水流量为22 万m3/d，工程等级为3 级，工程规模为中型，场地抗震设防烈度为7 度。工程内容主要包括桩号0+000~13+403 段输水管道工程、取水头部工程、附属建筑物工程，其中输水管道工程采用地下埋设有压管道重力流输水至建水厂，双管布置。输水管道为1.0 MPa·DN1200 球墨铸铁管道，局部采用TPEP 防腐Dg1220×14 mm钢管，过路及部分深埋段采用顶管工程，桩号K0+891~K0+921 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m土方顶管，桩号K10+450~K10+490 段采用DRCPⅢ1500×2 000 m 岩石顶管，桩号K12+291~K12+395 段采用Dg1220X14 mmTPEP 钢管岩石顶管，桩号K13+257~K13+403 段采用Dg1820×18 mm TPEP 钢管岩石顶管。

1 施工工艺的选定

本工程针对不同的地质情况、施工条件和设计要求以及经济效益，选择了不同的顶管施工工艺。

1.1 土方段顶管

桩号K0+891-K0+921 段，横穿省道S231 费县北许家崖段，设计采用DRCPⅢ1500X2000 套管顶管，套管内铺设管道K9 级DN1200 mm 球墨铸铁顶管。本段工程地层为粉质粘土，黄褐色，可塑，含较多砂砾及铁锰氧化物及斑点，无软弱下卧层，工程地质条件较好，土质类别为Ⅱ类，无地下水。管道埋深4.5 m，顶管较短，在安全的前提下，本着经济的原则，综合上述地质勘察情况，本工程确定采用手掘式挖土机械顶管。

1.2 石方段顶管

1）K10+450~K10+490 段。桩号K10+450~K10+490 段，横穿费县正义路吴家后段，设计采用DRCPⅢ1500×2 000 m 套管顶管，套管内铺设管道K9 级DN1 200 mm 球墨铸铁顶管。本段工程地层为页岩、白云岩、白云质灰岩、灰岩、凝灰岩等，浅褐灰色—灰白色，中、强风化，块状结构，各岩层压缩性低，承载力高，岩石硬度80~90 MPa，无软弱下卧层，工程地质条件好，无地下水。管道埋深8 m，顶管长度较短，管道埋深在安全的前提下，本着经济的原则，综合上述地质勘察情况，本工程确定采用水磨钻岩石顶管。

2）桩号K12+291~K12+395 段、K13+257~K13+403 段。桩号K12+291~K12+395 段，设计采用Dg1220×14 mmTPEP 钢管岩石顶管。桩号K13+257~K13+403 段，设计采用Dg1820×18 mmTPEP 钢管岩石顶管。两段工程地层都为白云岩、白云质灰岩、灰岩、凝灰岩等，浅褐灰色—灰白色，中、强风化，块状构造，各岩层压缩性低，承载力高，岩石硬度110~130 MPa，无软弱下卧层，工程地质条件好，无地下水。管道埋深12~16 m，顶管长度较长，工期要求紧，在安全的前提下，综合上述地质勘察情况，本工程确定采用岩石破碎机机械顶管。

2 施工工艺优缺点的对比

2.1 手掘式挖土机械顶管和泥水平衡机械顶管

1）工程造价对比。手掘式挖土机械顶管和泥水平衡机械顶管两种施工工艺，都适合于土方和砂基地层的顶管施工，手掘式挖土机械顶管相对于泥水平衡机械顶管在价格上较低。

（1）机械设备投资小。手掘式挖土机械顶管挖土全用人工，除顶进需要单个千斤顶外，其他设备，都是小型设备。泥水平衡机械顶管需用掘进机挖土，一台1.5 m 掘进机需投资60~70 万元左右。顶进需要2 个或4 个千斤顶顶进，抽排水系统设备，泥浆平衡系统设备等，投资较大。

（2）始发井、接收井物料投资少。手掘式挖土机械顶管对始发井、接收井的工程技术要求较低，手掘式挖土机械顶管始发井除后靠背外，其他部位要求简单，只需要做好周围安全防护，无需接收井。而泥水平衡机械顶管对始发井、接收井的工程要求较高，始发井从后靠背、四周安全防护，底部整平等方面混凝土用料大，投资大，后靠背的厚度较手掘式需增加1/3 甚至1/2 的厚度，底部需铺设导轨后进行混凝土硬化，最少厚度40 cm。需要接收井，且接收井四周也需严格的安全防护措施，从整个的物料投资上明显增加。

（3）无需泥水平衡系统。泥水平衡机械顶管，泥浆制备系统是关键工序之一，从储水池，泥浆制造搅拌池，泥浆回收池等各个方面都需要投资，而人工挖掘无需泥浆的平衡。

（4）技术人员少。泥水平衡机械顶管属于机械化施工，机械设备多，技术要求高，需多个机械操控人员。而人工挖掘无机械设备少，机械操控人员少，大多需要普通工人进行施工操作。

（5）电费少。泥水平衡机械顶管机械设备多，用电量较大，且多处于野外施工，无法直接采用高压系统，需要采用临时发电设备，耗资较大，而人工挖掘无机械设备少，用电量较少。

2）工程施工速度对比。手掘式挖土机械顶管相对于泥水平衡机械顶管进度较慢，结合实际施工，手掘式挖土机械顶管每天顶进6 m 左右，泥水平衡机械顶管每天顶进22 m 左右，施工效率达3~4 倍，对于工程工期要求紧或工程顶管距长的项目，选择泥水平衡更为合适。

3）安全因素对比。泥水平衡机械顶管较手掘式挖土机械顶管在安全方面相对安全，在有限操作空间内全部由机械施工，规避了施工过程中的塌方、物体打击、触电、有害气体、透水等方面造成的安全风险，安全事故较少发生。

4）质量控制、故障率因素对比。手掘式挖土机械顶管能直观的了解土层结构和及时处理顶管施工偏位问题，同时具有工艺简单，机械故障少等特点，对控制施工进度和施工质量是极为有效的。泥水平衡机械顶管工艺复杂，机械设备多，易发机械故障，一旦出现顶管施工偏位问题，需重新返工，耗时较长，费用较高。但根据多个实际工程案例来看，泥水平衡机械顶管工艺事故概率较小。

2.2 水磨钻岩石顶管和岩石破碎机机械顶管

1）工程造价对比。水磨钻岩石顶管相对于岩石破碎机机械顶管在工程造价方面较低。

（1）机械设备投资小。水磨钻施工机械投入较少，一套设备1.5 万左右，而岩石破碎机，1.2 m直径的管道需要1.0 m 机头，一套设备投入在100 万元左右，1.8 m 直径的管道需要1.5 m 机头，一套设备投入在150 万元左右。

（2）人员投资小。岩石破碎机机械顶管属于机械化施工，机械设备多，技术要求高，需多个机械操控人员。而水磨钻岩石顶管机械设备少，机械操控人员少，大多为普通工人进行施工操作。

（3）始发井、接收井物料投资少。在始发井、接收井的工程要求方面，水磨钻岩石顶管始发井要求低，无需做后靠背，直接利用原状岩石即可。底部只需要简单找平，混凝土厚度10 cm 即可，而岩石破碎机机械顶管底部只需要精确找平，混凝土厚度达40 cm。

（4）无需泥浆系统。水磨钻施工无需泥浆润滑，从而泥浆系统所需的储水池，泥浆制造搅拌池，泥浆回收池等各个方面都减少了投资。

2）工程施工速度对比。水磨钻岩石顶管相对于岩石破碎机机械顶管在施工速度方面较慢，水磨钻岩石顶管施工效率每天1.5~2.0 m，岩石破碎机机械顶管施工效率每天6~8 m。对于工程工期要求紧或工程顶管距长的项目，小口径或者大口径顶管选择岩石破碎机机械顶管更为合适。

3）安全因素对比。岩石破碎机机械顶管较水磨钻岩石顶管在安全方面相对安全，同土方顶管类似，在有限操作空间内全部由机械施工，规避了施工过程中的塌方、物体打击、触电、有害气体等方面造成的安全风险，安全事故较少发生。

4）机械事故概率对比。水磨钻岩石顶管相对于岩石破碎机机械顶管，机械事故概率频率较多，水磨钻岩石顶管易损件较多，特别是坚硬的岩石更为发生机械损坏概率，但是维修更换较快。岩石破碎机机械顶管机械事故概率较小，全新机械事故概率约为10%左右。但是岩石破碎机机械顶管机械一旦发生机械事故，维修更换较慢。但从多个实际工程案例看，岩石破碎机机械顶管事故概率较小。

3 结 语

本文结合临沂城第二水源输水工程一标段工程施工，不同地质条件下顶管施工工艺的选定，对多种顶管施工工艺优缺点进行比较，挖掘各方面的优缺点，从工程造价、安全、工期等方面综合考虑，为工程顶管施工工艺的选择提供了依据，为以后的穿越工程施工提供了经验。