淺談淺埋暗挖施工技術(shù)在燃氣工程中的應(yīng)用

摘 要

摘要：通過北京市天然氣工程實例，分析淺埋暗挖施工技術(shù)在燃氣管網(wǎng)施工中應(yīng)用的可行性及需關(guān)注的問題，為燃氣管網(wǎng)工程非開挖施工技術(shù)的應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：非開挖施工；淺埋暗挖；定
摘要：通過北京市天然氣工程實例，分析淺埋暗挖施工技術(shù)在燃氣管網(wǎng)施工中應(yīng)用的可行性及需關(guān)注的問題，為燃氣管網(wǎng)工程非開挖施工技術(shù)的應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：非開挖施工；淺埋暗挖；定向鉆拉管；頂管；工程成本
1 前言
    在城市燃氣管網(wǎng)的建設(shè)過程中，已形成的其他地下管線的復(fù)雜性、地質(zhì)條件的多樣性、地表及地下建筑物的現(xiàn)況條件、其他管理部門(交通管理部門、市政部門、園林部門等)的相關(guān)管理規(guī)范及人為主觀行為等多種不可預(yù)見因素的制約，造成施工過程中局部甚至全部無法進行明開挖施工的情況越來越多。因此非開挖施工技術(shù)也越來越多的被應(yīng)用于城市燃氣管網(wǎng)的建設(shè)過程中。
   我國目前常用的非開挖施工技術(shù)有：頂管施工技術(shù)、定向鉆拉管施工技術(shù)、淺埋暗挖施工技術(shù)、盾構(gòu)施工技術(shù)等。其中盾構(gòu)施工技術(shù)目前只在城市軌道交通建設(shè)中使用，雖然其施工安全性相比其他施工方法更加可靠，但其高昂的投資和其自身的施工技術(shù)特點造成盾構(gòu)施工技術(shù)目前無法在市政管線施工過程中使用。
   在城市燃氣管網(wǎng)建設(shè)過程中，非開挖施工技術(shù)多在穿越河道、鐵路、道路、地下管線等障礙時采用，其施工距離從幾十米至上千米不等。近年來，頂管施工技術(shù)、定向鉆拉管施工技術(shù)均在燃氣工程中被廣泛應(yīng)用，而作為較早就在燃氣工程中有所應(yīng)用的淺埋暗挖施工技術(shù)卻基本無法在燃氣施工中出現(xiàn)，什么原因造成這種局面呢？
2 淺埋暗挖施工技術(shù)及其不被燃氣施上采用的主要原因
   淺埋暗挖施工技術(shù)始于20世紀(jì)80年代中期，具有靈活多變，對地面建筑、道路和地下管網(wǎng)影響不大，拆遷占地少，不擾民，不污染城市環(huán)境等優(yōu)點，是較先進的施工方法。目前，淺埋暗挖施工技術(shù)被熱力、電力及地鐵施工廣泛采用。
    淺埋暗挖技術(shù)基本的施工步驟為：(1)地層加固。通常做法是將鋼管打入地層，然后注入水泥或化學(xué)漿液，使土體穩(wěn)定。開挖面土體穩(wěn)定是采用淺埋暗挖法的基本條件。(2)初襯施工。地層加固后，進行短進尺開挖。一般每循環(huán)在0.5m-1.Om左右，隨后安裝提前預(yù)制的鋼格柵進行錨噴形成施工保護層，稱為初襯，其作用是在正式結(jié)構(gòu)施工時提供有效的安全保護。(3)施作防水層。開挖面的穩(wěn)定性時刻受到水的危脅，嚴(yán)重時可導(dǎo)致塌方。處理好地下水是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。(4)結(jié)構(gòu)主體施工。通過分析淺埋暗挖技術(shù)的基本施工步驟，以及該技術(shù)在其他施工領(lǐng)域的應(yīng)用實例，我們不難發(fā)現(xiàn)，與目前在燃氣施工中經(jīng)常應(yīng)用的頂管技術(shù)和定向鉆拉管技術(shù)相比，高昂的工程成本是制約燃氣施工采用淺埋暗挖施工技術(shù)最直接、也是最重要的原因。
    淺埋暗挖技術(shù)的施工方式?jīng)Q定了其工程成本要遠遠大于頂管和定向鉆施工，且這種施工方式的主要工程成本集中在暗挖隧道的建設(shè)上，管線敷設(shè)的工程成本相對較小。以目前多采用淺埋暗挖施工的熱力管線敷設(shè)為例，采用淺埋暗挖施工每延米工程成本中隧道建設(shè)成本與熱力管線敷設(shè)成本之比，正常情況下在7：3左右(根據(jù)筆者負責(zé)實施的熱力工程自行測算得出比例，所有設(shè)備安裝均考慮在管線敷設(shè)成本范圍內(nèi))，考慮燃氣管線為單管敷設(shè)(熱力為雙管敷設(shè))，其主材價格，敷設(shè)人工等工程成本要低于熱力管線，一旦在燃氣施工中全面照搬熱力工程目前采用的淺埋暗挖方法，則隧道建設(shè)成本與管線敷設(shè)成本之比將遠高于7：3，這種工程成本比例遠遠高于同規(guī)模施工采用頂管技術(shù)、夯管技術(shù)或定向鉆施工技術(shù)的成本比例。因此，僅從經(jīng)濟性上來講，淺埋暗挖技術(shù)不會成為燃氣工程的首選施工方案。
    但是，在一些特定的環(huán)境中，受到特定條件的制約時，淺埋暗挖施工技術(shù)又可能是唯一的選擇。
3 采用淺埋暗挖施工技術(shù)的工程實例分析
    2007年，我參與了“北京市人民政府對外聯(lián)絡(luò)辦公室天然氣工程”的實施工作。該工程氣源點位于西絨線胡同中部路南側(cè)，DN400中壓天然氣管線，用氣點位于東絨線胡同中部路南側(cè)，根據(jù)設(shè)計圖紙管線，自氣源點新建DN400天然氣管線，沿西絨線胡同路南側(cè)自西向東敷設(shè)，天然氣管線位置距道路永中南13.5m，至北新華街路口轉(zhuǎn)向東北敷設(shè)，穿過路口后沿東絨線胡同道路北側(cè)敷設(shè)，至用氣點轉(zhuǎn)向南穿過東絨線胡同進入用氣點，全長307m，T1(0+000)～T2(0+89.60)，在西絨線胡同道路南側(cè)邊緣。T2(0+89.60)～T3(0+125.1)為斜穿北新華街路口，T3(0+125.1)～T4(0+307)在東絨線胡同道路北側(cè)邊緣。
    由于2008年為奧運年，北新華街及西絨線胡同剛剛重新修整完畢，根據(jù)市交管局要求不得破路施工。因此，整體工程T1～T3點采用非開挖施工，T3～T4點采用明開挖施工。
    工程實施過程中，最先考慮采用的是工期最短，相對投資最少的定向鉆拉管技術(shù)；但經(jīng)多次現(xiàn)場踏勘后發(fā)現(xiàn)，T1～T4段現(xiàn)場不具備全線采用定向鉆施工的條件，必須分段考慮采用不同的非開挖施工技術(shù)。
    首先，T1～T2點位于西絨線胡同道路上，管道長度接近110m，而現(xiàn)場T1點向西有充足的場地長度遠遠長于110m，完全可以滿足定向鉆施工現(xiàn)場排管條件。同時經(jīng)過地勘T1～T2點段地下管線排布比較簡單，完全具備進行定向鉆施工的條件。因此，在征得路政及交管部門同意局部占道的情況下，T1～T2點段最終決定采用定向鉆拉管施工。
    但在確定T2～T3點段施工方案的過程中，卻遇到了問題。T2和T3點分別位于北新華街路口西南角位置和東北角位置，現(xiàn)場具備的最大排管距離不足15m。而采用定線鉆施工技術(shù)最基本的條件之一就是具備足夠的排管現(xiàn)場。要滿足35m的排管現(xiàn)場就意味著將對T2點或T3點附近的部分民居進行拆遷，這在工程成本和工期要求上都是不現(xiàn)實的。因此，T2～T3點無法采用定向鉆技術(shù)施工。
 

    在否定了T2～T3點采用定向鉆施工的可能性后，開始考慮頂管施工技術(shù)應(yīng)用的可能性。通過對地勘報告數(shù)據(jù)和地下管線探測報告的分析，以及現(xiàn)場調(diào)查，我得出的結(jié)果是：施工現(xiàn)場具備頂管工作坑和接受坑的施工條件，頂管管頂在自然地表以下6.5m位置可以保證與上方最近的雨水管道管底間距在1m以上，土質(zhì)為砂性土層比較適合頂管施工。但當(dāng)頂管施工方案編制出來后進行專家論證時，市政管理所提出了一個現(xiàn)況問題，否決了頂管施工方案。
    在頂管方案中，擬定頂進的管道為小1050鋼筋混凝土套管，每段管長3m，采用人工頂管法施工，管頂外標(biāo)高在地表相對標(biāo)高-6.50m。市政管理所提出，在頂管上方1m位置為北新華街雨水主管線，管徑DN800，南北方向敷設(shè)，與頂管呈50°夾角。該雨水管線在80年代初修建，采用混凝土管道敷設(shè)管下半包封沙基處理。由于該管線使用時間較長，目前滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，這一問題將嚴(yán)重影響頂管施工。其原因有3點：
    (1) 由于頂管施工土層土質(zhì)為砂性土，此類土質(zhì)透水性極強，因雨水管道的滲水形成滯水層，本身就容易抱緊管外壁增大摩擦阻力，且注漿潤滑套相對來講較難形成。除按常規(guī)方法進行注漿外，需在管外壁涂上一層石蠟或防水材料，保證潤滑；且需調(diào)整觸變泥漿的配比，選擇膨脹倍率較大，雜質(zhì)小，顆粒在150目以上的優(yōu)質(zhì)膨潤土，加入石膏增長泥漿減摩擦效果持久|生，提高漿液的膠凝強度。以上措施必然會增大觸變泥漿使用量，造成成本增加；延緩施工進度。
    (2) 砂土層遇水后極易形成流沙，隨著頂管掘進加長出砂量增大，極易造成路面整體沉降，形成坑洞，上方各種管線均存在極大的斷裂危險。一旦超過管線承載上限，必然會造成管線斷裂、路面塌陷的重大安全事故，直接影響該地區(qū)居民的正常生活。施工中發(fā)生該問題的風(fēng)險過大，且沒有十分有效、保證萬無一失的預(yù)防手段及技術(shù)措施。
    (3) 由于頂管施工工藝其防水措施一直是該種施工工藝的短板，尤其是混凝土管接口位置其防水措施很難一勞永逸。而現(xiàn)況漏水的雨水管道將會自頂管接口位置滲透，造成混凝土套管內(nèi)的燃氣主管線腐蝕加劇，嚴(yán)重縮短燃氣管道壽命。
    由于以上3點原因造成的問題采用頂管施工技術(shù)很難得到解決。因此，經(jīng)過再三斟酌，頂管施工方案也被排除。
    通過對地質(zhì)條件、現(xiàn)場條件及相關(guān)不利因素的充分分析，最終決定采用淺埋暗挖施工技術(shù)進行T2～T3點段的施工，其理由有以下幾點：
    (1) 其工作坑占用的場地面積與頂管施工工作坑尺寸相同甚至可以略小，不存在場地不足問題。
    (2) 淺埋暗挖施工技術(shù)初襯施工前采取超前小導(dǎo)管注漿對土體進行固化。即不存在頂管施工中出現(xiàn)的抱管問題，又能很好地預(yù)防土體塌陷問題，從而保證其他管線的安全。
    (3) 初襯隧道貫通后整體防水層的安裝，杜絕了雨水管線漏水給燃氣管線造成腐蝕加劇的問題。
    換言之，本工程T2～T3點段施工中定向鉆拉管技術(shù)和頂管技術(shù)無法解決的幾個難題，采用淺埋暗挖技術(shù)均能夠被克服。而淺埋暗挖技術(shù)的最大缺點一工程成本較高問題，通過具體施工步驟的革新和必要的技術(shù)變革，也可以得到很好的控制。
    本工程在實際施工過程中主要采取了以下措施來降低工程成本：
    (1) 盡量縮小隧道斷面尺寸。為減少工程成本，暗挖隧道在滿足燃氣管線敷設(shè)安裝條件的前提下盡量縮小。本工程隧道初襯內(nèi)凈空為寬0.8m，高1.2m。
    (2) 在密排初襯榀架、鋼格柵，確保后續(xù)施工安全的前提下暗挖隧道只進行初襯施丁及防水層施工，取消二襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主體的施工。在燃氣主管線敷設(shè)完畢后，初襯隧道內(nèi)采用噴砂工藝全部填充滿，既避免了燃氣管線暴露在空氣中易加速腐蝕的的問題，同時也降低了地下空洞造成路面塌陷、管道斷裂的可能性。
    (3) 兩端工作坑內(nèi)縱向燃氣管線避免與隧道內(nèi)燃氣管線呈90°垂直敷設(shè)，改為呈135°角斜向上敷設(shè)。這樣敷設(shè)即保證了管線在地面的垂直投影不出現(xiàn)重復(fù)便于日后管理，同時也避免了在工作坑位置新建結(jié)構(gòu)小室保護縱向管道，節(jié)省了建設(shè)成本。
    通過以上一系列技術(shù)措施和技術(shù)變革，本工程在按時、保質(zhì)完成通氣任務(wù)的同時，采用淺埋暗挖施工工藝增加工程成本近16萬元；與同規(guī)模的頂管施工造價基本持平，甚至略有節(jié)約。如僅考慮工程投資這一成本增加量要大于采用同等規(guī)模定向鉆施工技術(shù)的施工投入(采用定向鉆施工技術(shù)工程投入應(yīng)增加10萬元～12萬元左右)，而一旦考慮占地所需的拆遷費用則遠遠不是16萬元可以解決的。南此可見，不論是從技術(shù)層面上來講，還是從經(jīng)濟層面上來講，淺埋暗挖技術(shù)都是最適合本工程T2～T3點段的施工方法，事實也證明了這一點。
4 總結(jié)
    通過“北京市人民政府對外聯(lián)絡(luò)辦公室天然氣工程”這一工程實例不難看出，淺埋暗挖技術(shù)還是有其獨有的施工優(yōu)勢和技術(shù)特點的。分析總結(jié)主要有以下幾點：
    (1) 工藝成熟，技術(shù)及安全更有保證：作為一種成熟的非開挖施工技術(shù)，多年來的實踐檢驗和改進，淺埋暗挖技術(shù)的工藝成熟性和施工方法的安全性是毋庸置疑的。
    (2) 現(xiàn)場適應(yīng)性強，對施工現(xiàn)場的場地基本無特殊要求：現(xiàn)場條件能夠滿足其他非開挖技術(shù)施工要求，則該現(xiàn)場亦可以進行淺埋暗挖施工。
    (3) 適用性更加寬廣，地況條件適應(yīng)性強：淺埋暗挖施工技術(shù)不受地況土質(zhì)的摩擦系數(shù)影響。從理論上講，淺埋暗挖施工技術(shù)可以認(rèn)為在任何地況條件下均可使用。
    (4) 淺埋暗挖施工技術(shù)施工精度控制難度低，便于隨時修正施工方案，解決處理突發(fā)情況。
    淺埋暗挖施工技術(shù)具備上述技術(shù)優(yōu)點，過高的工程成本是制約其在城市燃氣管網(wǎng)建設(shè)中被合理使用的直接及最重要的原因。通過對近年來負責(zé)實施的淺埋暗挖工程的總結(jié)，通過對城市燃氣管網(wǎng)敷設(shè)工程的特點分析，我認(rèn)為，以目前熱力管線采用的淺埋暗挖技術(shù)為基礎(chǔ)，進行部分工藝的變革，完全可以從以下幾方面入手，有效的降低淺埋暗挖工程的施工成本，使之適用于城市燃氣管網(wǎng)的敷設(shè)工程。
    (1) 南于燃氣管道在運行期間不必考慮推力問題，因此，在建設(shè)過程中同樣不用考慮過多的設(shè)備小室問題。此部分建設(shè)投資可以節(jié)省。
    (2) 結(jié)合燃氣管線敷設(shè)需要，縮小隧道尺寸會在很大程度上減少投資。燃氣管道為單管敷設(shè)且在隧道中基本無設(shè)備需要操作，因此，燃氣工程采用淺埋暗挖技術(shù)建設(shè)的隧道尺寸沒有必要照搬熱力隧道，完全可以縮小隧道內(nèi)凈空；而縮小隧道J弋寸的直接影響就是工程成本大幅度降低。
    (3) 結(jié)合燃氣隧道深度，在保證安全的前提下縮小隧道壁厚、降低鋼筋配比也能達到減少工程成本的效果。但必須強調(diào)，縮減鋼筋密度、縮小墻體厚度的做法對于降低成本投入具有一定效果，但一味盲目追求成本的降低會導(dǎo)致產(chǎn)生安全隱患：一旦隧道承擔(dān)不了上方土體壓力造成坍塌，將會引發(fā)嚴(yán)重事故，后果不堪設(shè)想，因此，在縮減鋼筋密度、縮小墻體厚度前一定要進行準(zhǔn)確的校核計算。
(4) 在短距離非開挖施工中，可以考慮只施工初襯，不進行主體隧道施工，燃氣管道安裝完畢后燃氣遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及安裝、驗收技術(shù)初襯空間填沙灌滿，即大大降低了淺埋暗挖的施工成本，同時也解決了密閉空間問題。“北京市人民政府對外聯(lián)絡(luò)辦公室天然氣工程”這一工程實例就是這一方法的最好體現(xiàn)。
   綜上所述，淺埋暗挖施工技術(shù)作為一種十分成熟的非開挖施工技術(shù)，其獨有的施工特點在解決城市燃氣管網(wǎng)建設(shè)中所遇難題時的優(yōu)勢是其他施工方式無法替代的。雖然其工程成本過高的劣勢限制了其在燃氣施工中的應(yīng)用，但相信隨著在工程實踐中不斷改進其技術(shù)措施和施工方案，使其成本逐漸降低適應(yīng)燃氣工程的需求，相信這種施工技術(shù)在城市燃氣管網(wǎng)施工中會占有一席之地，成為定向鉆拉管施工及頂管施工技術(shù)的有益補充，繼續(xù)完善、發(fā)展下去。
參考文獻
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(本文作者：毛輝 北京住總市政工程有限責(zé)任公司 100079)