丘 寧， 彭世超， 周 京

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 第五設(shè)計(jì)研究院， 天津 300381)

1 概述

截至2019年底，北方地區(qū)清潔供暖取得明顯進(jìn)展，改善了城鄉(xiāng)居民用能條件和居住環(huán)境。北方地區(qū)清潔供暖面積達(dá)116×108m2，比2016年增加51×108m2，長(zhǎng)輸供熱管道的長(zhǎng)度也逐年增大。受地形地貌影響，在敷設(shè)過(guò)程中，長(zhǎng)輸供熱管道經(jīng)常遇到穿跨越河流及其他障礙物的情況，穿跨越河流工程也是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。因此，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性論證成為穿跨越方案制定的關(guān)鍵。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)大管徑供熱管道穿跨越河流方案(桁架跨越方案、頂管方案、明挖安裝預(yù)制管廊方案、水平定向鉆穿越方案)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析。文中的造價(jià)指材料費(fèi)、安裝費(fèi)等的總和。

2 工程概況

待穿跨越的河流為一條常年流水的河流，屬于不通航河流。穿跨越處河道寬約100 m，河底設(shè)計(jì)高程1.0 m，西岸河堤高程6.40 m，東岸河堤高程6.35 m。敷設(shè)2條熱水供熱管道(1供1回)，工作管規(guī)格為D1220×14，保溫層厚度為58.5 mm[2]。設(shè)計(jì)供、回水溫度為120、65 ℃，設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa。穿跨越處地勢(shì)平坦，無(wú)不良地質(zhì)作用，適宜工程建設(shè)。

3 施工方案

3.1 方案1

桁架跨越方案。桁架跨越是將供熱管道安裝在鋼桁架上架空跨越河流[3]。CJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.2.13條第3款規(guī)定，供熱管道架空跨越不通航河流，供熱管道保溫結(jié)構(gòu)下表面與50 a一遇的最高水位的垂直凈距不應(yīng)小于0.5 m。桁架結(jié)構(gòu)高度為3.65 m，高程從6.65 m至10.30 m，符合規(guī)范要求。單跨桁架長(zhǎng)度26.5 m，共4跨。橋墩設(shè)置處無(wú)給水、排水、燃?xì)狻㈦娎|等地下管線及建構(gòu)筑物等。

桁架跨越方案的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、施工期間不影響河道行洪、施工方便、后期維修方便。缺點(diǎn)是影響河道景觀、河道防洪評(píng)價(jià)周期長(zhǎng)、桁架和供熱管道安裝難度比較高。

桁架跨越方案工程造價(jià)主要分為上部工程造價(jià)、下部工程造價(jià)。上部工程主要為桁架、供熱管道安裝以及河道兩側(cè)護(hù)砌。桁架造價(jià)375×104元。供熱管道造價(jià)99×104元，含管道絕熱支架造價(jià)12×104元。河道兩側(cè)護(hù)砌采用漿砌塊石方案，造價(jià)130×104元。下部工程主要包括基礎(chǔ)工程、圍堰工程?；A(chǔ)工程分為岸基基礎(chǔ)、水中樁基礎(chǔ)，均采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。岸基基礎(chǔ)及橋墩施工采用臨時(shí)筑島圍堰方式，水中樁基礎(chǔ)及橋墩施工采用鋼板樁圍堰，鋼板樁圍堰高度根據(jù)施工期間水位、沉井頂面高程、浪高、沉井可能下沉量等因素決定?；A(chǔ)工程造價(jià)155×104元，圍堰工程造價(jià)106×104元。

由以上分析可知，方案1總工程造價(jià)為865×104元。

3.2 方案2

頂管方案。CJJ 34—2010第8.2.13條第4款規(guī)定，河底敷設(shè)供熱管道必須遠(yuǎn)離淺灘、錨地，并應(yīng)選擇在較深的穩(wěn)定河段，埋深應(yīng)按不妨礙河道整治和保證管道安全的原則確定。對(duì)于1～5級(jí)航道河流，管頂覆土深度應(yīng)在航道底設(shè)計(jì)高程2 m以下；對(duì)于其他河流，管頂覆土深度應(yīng)在穩(wěn)定河底1 m以下。

采用頂管施工時(shí)，在擬穿越的河流兩側(cè)以及中心島各修建1個(gè)工作井[4]，長(zhǎng)×寬均為10 m×10 m，深度均為10.5 m。利用頂管機(jī)頂進(jìn)外套管(DN 1 600 mm鋼筋混凝土管或DN 1 800 mm鋼管)，從距河底2 m以下穿越，不影響河水正常流動(dòng)以及后續(xù)河道清淤工作[5]。

頂管方案的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、施工期間不影響河道行洪、建成后不影響河道景觀。缺點(diǎn)是施工成本比較高、后期維護(hù)檢修困難。由于穿管作業(yè)時(shí)，無(wú)法保證PE外護(hù)管接口的完整性，后期人工也無(wú)法進(jìn)入檢查焊口，存在安全隱患。

頂管方案造價(jià)構(gòu)成：工作井、外套管頂管施工、供熱管道頂管施工，工程造價(jià)分別為1 040×104、130×104、85×104元。由以上分析可知，方案2總工程造價(jià)為1 255×104元。

3.3 方案3

明挖安裝預(yù)制管廊方案。GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第5.2.1條第3款規(guī)定，管廊在其他河道下敷設(shè)時(shí)，頂部高程應(yīng)在河道底設(shè)計(jì)高程1.0 m以下。管廊內(nèi)供熱管道布置見(jiàn)圖1。預(yù)制管廊內(nèi)截面寬×高為5.5 m×2.7 m。供回水管道同廊敷設(shè)，管廊頂部距河底1.5 m。

圖1 管廊內(nèi)供熱管道布置

模塊化廊體先在工廠生產(chǎn)加工，再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成型。現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)，應(yīng)確保拼裝精度，接頭連接可采取涂膠拼裝并施加預(yù)應(yīng)力形成剛性接頭或采用承插方式連接。河底明挖開(kāi)槽施工期間，采用臨時(shí)筑島圍堰方式。整體施工流程：先進(jìn)行圍堰及降排水，然后進(jìn)行溝槽開(kāi)挖、管廊基礎(chǔ)施工，預(yù)制管廊安裝(含防水處理)后進(jìn)行回填土方，實(shí)施廊內(nèi)供熱管道及附屬設(shè)施安裝。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工期短、無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)澆筑、粉塵噪聲污染小、建成后不影響河道景觀。管廊施工完畢后，施工人員可在管廊內(nèi)安裝供熱管道，確保PE外護(hù)管接口完整。后期維護(hù)檢修方便，檢修人員可隨時(shí)進(jìn)入管廊檢查供熱管道狀態(tài)。缺點(diǎn)是施工成本比較高、管廊拼裝要求高。河底溝槽開(kāi)挖需穿越河堤，施工難度大，土方量大[6]。

明挖安裝預(yù)制管廊方案工程造價(jià)構(gòu)成：圍堰工程造價(jià)340×104元，土方工程造價(jià)173×104元。預(yù)制管廊的運(yùn)輸及安裝費(fèi)可按照已有工程進(jìn)行估算，管廊造價(jià)275×104元。供熱管道造價(jià)(含支座制作及安裝費(fèi)用)109×104元。

由以上分析可知，方案3總工程造價(jià)為897×104元。

3.4 方案4

水平定向鉆穿越方案。在不適合開(kāi)挖的市政管線施工中被廣泛應(yīng)用，適用于鋼管、PE管，管徑范圍DN 200～1 200 mm。穿跨越處地勢(shì)平坦，無(wú)不良地質(zhì)條件，可采用水平定向鉆穿越方案。

水平定向鉆穿越方案的優(yōu)點(diǎn)是建成后不影響河道景觀、施工速度快、施工成本比較低，適合工期短、不影響行洪要求下的穿越河流工程。缺點(diǎn)是大管徑供熱管道的水平定向鉆工程沒(méi)有較多案例，經(jīng)驗(yàn)少，實(shí)施中需要解決不少技術(shù)難題：如PE外護(hù)管及接口保護(hù)等。

實(shí)踐中，首先根據(jù)管徑及管材確定管道允許彎曲半徑，再結(jié)合管頂埋深確定管道最短施工長(zhǎng)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行平面布置，開(kāi)挖基坑。然后進(jìn)行導(dǎo)向鉆孔、擴(kuò)孔，最后進(jìn)行供熱管道回拖[7]?；映叽绺鶕?jù)設(shè)計(jì)管頂埋深、供熱管道規(guī)格確定?；娱L(zhǎng)×寬×深均為7.0 m×4.5 m×4.0 m。

鉆孔：將鉆桿放入鉆機(jī)就位，調(diào)整機(jī)架使鉆桿在設(shè)計(jì)軸線上，檢查無(wú)誤后開(kāi)始鉆進(jìn)。鉆桿的入土角通常不宜超過(guò)15°，出土角一般不大于20°，在鉆進(jìn)過(guò)程中采用導(dǎo)航儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。擴(kuò)孔、回拖：在鉆桿上安裝擴(kuò)孔器，用鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行擴(kuò)孔，經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)孔，成孔后，實(shí)施供熱管道回拖。

對(duì)于供、回水管，分別實(shí)施鉆孔、擴(kuò)孔、回拖，且河流兩側(cè)基坑需要單獨(dú)設(shè)置。因此，水平定向鉆穿越方案單管工程造價(jià)構(gòu)成：基坑造價(jià)8.6×104元，鉆孔、擴(kuò)孔造價(jià)110.6×104元，回拖造價(jià)(含供熱管道費(fèi)用)67.8×104元。由以上分析可知，供回水管道水平定向鉆穿越方案總工程造價(jià)為374×104元。

3.5 方案比較

由技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果可知，頂管方案工程造價(jià)最高，水平定向鉆穿越方案工程造價(jià)最低，桁架跨越方案、明挖安裝預(yù)制管廊方案工程造價(jià)居中。雖然水平定向鉆穿越方案工程造價(jià)最低，但由于在大管徑供熱管道中應(yīng)用缺少經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)險(xiǎn)較大，因此沒(méi)有采納。桁架跨越方案成功案例多，采用桁架跨越方案。

4 結(jié)語(yǔ)

大管徑供熱管道穿跨越河流工程是長(zhǎng)輸熱網(wǎng)非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)、施工節(jié)點(diǎn)。隨著工程材料及技術(shù)不斷發(fā)展，大管徑供熱管道水平定向鉆穿越技術(shù)將趨于成熟，這種省時(shí)、造價(jià)低的方案將越來(lái)越多應(yīng)用于實(shí)際工程。