機(jī)械頂管穿越鐵路的工程組成及投資分析

溫哲

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，鄭州450001）

1 引言

近年來(lái)，在城市發(fā)展和海綿城市建設(shè)的要求下，大直徑管道穿越既有鐵路成為部分項(xiàng)目施工中的重要制約因素。目前，我國(guó)頂管的方式主要有人工頂管和機(jī)械頂管。由于人工頂管存在效率低、安全隱患大、管徑受限等缺點(diǎn)，僅適用于短距離施工。機(jī)械頂管施工具有工期短、少架空、對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)干擾少、安全性好等特點(diǎn)，在穿越既有鐵路頂進(jìn)施工中能夠發(fā)揮較大優(yōu)勢(shì)，故各鐵路局已逐步推廣應(yīng)用。本文通過(guò)比較分析機(jī)械頂管穿越鐵路的各項(xiàng)工程指標(biāo)對(duì)費(fèi)用的影響，總結(jié)出其綜合費(fèi)用指標(biāo)，為前期方案比選及投資控制提供參考。

2 機(jī)械頂管穿越鐵路的工程組成

機(jī)械頂管施工是將置于工作井中的頂管掘進(jìn)機(jī)通過(guò)主頂油缸向前推進(jìn)至止水圈后，由電動(dòng)機(jī)提供能量轉(zhuǎn)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)頭刀盤(pán)來(lái)切削土層、粉碎石塊，并使之進(jìn)入泥水艙與泥漿混合，然后由泥漿系統(tǒng)的排泥管泵送至地面，與此同時(shí)，機(jī)頭連同管道在持續(xù)頂進(jìn)力的作用下，最終穿過(guò)土層到達(dá)接收井。其主要工程內(nèi)容由頂管、沉井、線路架空及附屬工程等組成。

2.1 頂管

頂管主要由管節(jié)和接口組成。管節(jié)按其接頭形式一般可分為平口式、企口式、承插口式和鋼承口式，由于鋼承口式鋼筋混凝土管具有柔性承插口管的特點(diǎn)，適合長(zhǎng)距離及曲線施工，且管材壽命期長(zhǎng)，因此，常用于頂進(jìn)施工。鋼承口式鋼筋混凝土管的接口主要由外套環(huán)、橡膠止水帶和軟木襯墊組成。

2.2 沉井

沉井是井筒狀的結(jié)構(gòu)物，它是以井內(nèi)挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高的結(jié)構(gòu)物，主要由井壁、刃腳、凹槽、封底及頂蓋組成。機(jī)械頂管的沉井分為工作井和接收井,工作井是安放所有頂進(jìn)設(shè)備的場(chǎng)所，也是頂管掘進(jìn)機(jī)的始發(fā)地，同時(shí)又是承受主頂油缸反作用力的構(gòu)筑物；接收井則是接收頂管掘進(jìn)機(jī)的場(chǎng)所。

2.3 線路架空

在下穿鐵路施工時(shí)，為防止既有鐵路路基沉降、確保鐵路運(yùn)輸安全，需采用D 形便梁等對(duì)既有鐵路進(jìn)行架空，同時(shí)施工的全過(guò)程需要路局相關(guān)站段人員對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行安全和線路封鎖等方面的配合。線路架空的形式主要與頂管埋深等有關(guān)，一般規(guī)定管頂覆土不得小于1.5 倍管徑且不小于2m。當(dāng)埋深小于3 倍管徑且路基沉降大于6mm 時(shí)，需對(duì)既有鐵路進(jìn)行線路架空；若埋深大于3 倍管徑且路基沉降小于6mm 時(shí)，一般可采用輔助架空以確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。架空過(guò)程包括施工架空樁、安拆D 形便梁，對(duì)既有線路進(jìn)行應(yīng)力放散鎖定等[1]。

2.4 附屬工程

附屬工程是在機(jī)械頂管穿越鐵路的施工過(guò)程中，一些輔助性的措施或工序，包括對(duì)既有鐵路路基的注漿加固、拆除恢復(fù)鐵路防護(hù)柵欄、頂進(jìn)后座及坑內(nèi)平臺(tái)安拆、洞口加固、沉井抽排水等內(nèi)容。

3 影響各項(xiàng)工程費(fèi)用的指標(biāo)分析

3.1 頂管

影響頂管費(fèi)用的主要內(nèi)容有管材型號(hào)、管徑、接口處理等，選取80m 頂管的工程數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)主要內(nèi)容的費(fèi)用如表1 所示[1]。以表1 中數(shù)據(jù)繪制的分析圖如圖1 所示。

由表1 和圖1 可以看出，型號(hào)不同對(duì)頂管費(fèi)用的影響為3.76%～14.83%，管徑不同對(duì)頂管費(fèi)用的影響為24.13%～143.85%，接口處理不同對(duì)頂管費(fèi)用的影響為0.49%～0.81%，管徑對(duì)費(fèi)用的影響最大，因此，可用不同的管徑來(lái)代表頂管進(jìn)行綜合費(fèi)用指標(biāo)的編制。

圖1 頂管各項(xiàng)主要內(nèi)容費(fèi)用對(duì)比

3.2 沉井

影響沉井費(fèi)用的主要內(nèi)容有直徑、井深、封底等，選取常見(jiàn)類型的工程數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)主要內(nèi)容的費(fèi)用如表2 所示。以表2 中數(shù)據(jù)繪制的分析圖如圖2 所示。

圖2 沉井各項(xiàng)主要內(nèi)容費(fèi)用對(duì)比

表1 頂管費(fèi)用計(jì)算表元

表2 沉井費(fèi)用計(jì)算表元

由表2 和圖2 可以看出，直徑不同對(duì)沉井費(fèi)用的影響為29.37%～82.01%，井深不同對(duì)沉井費(fèi)用的影響為12.85%～29.95%，封底厚度不同對(duì)沉井費(fèi)用的影響為2.65%～4.73%，沉井直徑對(duì)費(fèi)用的影響最大，因此，用不同的直徑來(lái)代表沉井進(jìn)行綜合費(fèi)用指標(biāo)的編制。

3.3 線路架空

影響線路架空費(fèi)用的主要內(nèi)容有架空范圍、架空形式及線路類型等，選取常見(jiàn)的架空類型進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)主要內(nèi)容的費(fèi)用如表3 所示。以表3 中數(shù)據(jù)繪制的分析圖如圖3 所示。

由表3 和圖3 可以看出，架空范圍不同對(duì)線路架空費(fèi)用的影響為1.59%～10.42%，架空形式不同對(duì)線路架空費(fèi)用的影響為51.95%～65.21%，線路類型不同對(duì)線路架空費(fèi)用的影響為8.44%～14.81%，架空形式對(duì)費(fèi)用的影響最大，因此，用不同的架空形式來(lái)代表線路架空進(jìn)行綜合費(fèi)用指標(biāo)的編制。

3.4 附屬工程

圖3 線路架空各項(xiàng)主要內(nèi)容費(fèi)用對(duì)比

影響附屬工程費(fèi)用的主要內(nèi)容有鐵路路基加固、拆除恢復(fù)鐵路防護(hù)柵欄、頂進(jìn)后座及坑內(nèi)平臺(tái)安拆、洞口土體加固、沉井抽排水等，選取某項(xiàng)目的附屬工程數(shù)量分別進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)主要內(nèi)容的費(fèi)用如表4 所示。以表4 中數(shù)據(jù)繪制的分析圖如圖4 所示。

由表4 和圖4 可以看出，鐵路路基加固和洞口土體加固所占比例達(dá)附屬工程全部費(fèi)用的94.62%，因此，僅針對(duì)路基加固和洞口加固進(jìn)行綜合指標(biāo)編制。

表3 線路架空費(fèi)用計(jì)算表元

表4 附屬工程費(fèi)用計(jì)算表元

3.5 政策因素

3.5.1 人工費(fèi)、材料費(fèi)的影響

由于物價(jià)上漲、生活成本逐漸提高等原因，人工費(fèi)也在不斷增加。而且近幾年受環(huán)保等政策影響，水泥、地材等價(jià)格波動(dòng)較大，尤其在冬季采暖期，多數(shù)工廠關(guān)停，材料價(jià)格增長(zhǎng)幅度較大。選取某項(xiàng)目工程數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)費(fèi)用如表5 和表6 所示。

表5 工程費(fèi)用計(jì)算表（料價(jià)變化）元

表6 工程費(fèi)用計(jì)算表（工費(fèi)變化）元

由表5 可以看出，材料價(jià)格波動(dòng)對(duì)投資影響較大，同年內(nèi)2 季度投資最低，而到4 季度投資達(dá)到最高點(diǎn)，較2 季度增長(zhǎng)7.77%。從表6 可以看出，工費(fèi)對(duì)投資有一定的影響，但影響幅度相對(duì)較少，同比漲幅不到1%。

3.5.2 其他因素

機(jī)械頂管穿越鐵路的項(xiàng)目較為特殊，涉及市政、鐵路兩個(gè)不同的行業(yè)。對(duì)于市政工程來(lái)講，各地均發(fā)布有本省的概算編制辦法及定額，而對(duì)于鐵路工程，各鐵路局針對(duì)路外涉鐵項(xiàng)目有著不同的費(fèi)用計(jì)算辦法。同時(shí)，由于頂管施工時(shí)屬于隱蔽工程，如遇到孤石等特殊情況，還需變更工法等。

從以上幾點(diǎn)可以看出，除技術(shù)因素外，其他如工費(fèi)、料費(fèi)、編制辦法等政策性因素和一些外界因素，均直接影響工程造價(jià)，對(duì)投資控制有較大影響，同時(shí)給工程項(xiàng)目的實(shí)施也帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。

4 各項(xiàng)工程的綜合費(fèi)用指標(biāo)

4.1 頂管

經(jīng)過(guò)對(duì)頂管的費(fèi)用分析，管徑不同對(duì)費(fèi)用影響較大，而型號(hào)、接口處理等影響造價(jià)較小，考慮到指標(biāo)的綜合性要強(qiáng)，因此選?、蠹?jí)頂管來(lái)測(cè)算綜合費(fèi)用指標(biāo)。經(jīng)過(guò)對(duì)φ800mm～φ3 000mm各類管徑的計(jì)算，按φ800mm～φ1 000mm、φ1 000mm～φ2 000mm、φ2 000mm～φ3 000mm 3 檔來(lái)顯示頂管的綜合費(fèi)用指標(biāo)，區(qū)間范圍內(nèi)的頂管指標(biāo)可根據(jù)管徑按內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算，如表7 所示。

表7 頂管綜合費(fèi)用指標(biāo)

4.2 沉井

經(jīng)過(guò)對(duì)沉井的費(fèi)用分析，其直徑和井深對(duì)費(fèi)用影響較大，封底影響費(fèi)用較小，因此，選取直徑和井深來(lái)進(jìn)行綜合指標(biāo)的測(cè)算。但沉井各種直徑和井深的組合種類較多，一一列舉其指標(biāo)使用起來(lái)并不方便，因此，以沉井的圬工方來(lái)體現(xiàn)其綜合費(fèi)用指標(biāo)，能較為簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確地反映出沉井的費(fèi)用，沉井的綜合費(fèi)用指標(biāo)為2 500～3 000 元/圬工方。

4.3 線路架空

經(jīng)過(guò)對(duì)線路架空的費(fèi)用分析，架空形式對(duì)費(fèi)用影響較大，線路類型影響費(fèi)用較小。由于線路架空本身是按照架空的范圍來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，以架空形式和D 形便梁相結(jié)合來(lái)顯示線路架空的費(fèi)用較為合理，對(duì)常見(jiàn)的架空形式結(jié)合使用的D形便梁進(jìn)行計(jì)算，綜合費(fèi)用指標(biāo)如表8 所示。

表8 線路架空綜合費(fèi)用指標(biāo)表元/m

4.4 附屬工程

經(jīng)過(guò)對(duì)附屬工程的費(fèi)用分析，將對(duì)附屬工程費(fèi)用影響較大的路基及洞口加固進(jìn)行計(jì)算，綜合費(fèi)用指標(biāo)如表9 所示。

表9 附屬工程綜合費(fèi)用指標(biāo)表

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械頂管穿越鐵路施工質(zhì)量的好壞，不僅對(duì)與既有管網(wǎng)的順利連接有影響，而且直接影響鐵路的運(yùn)輸安全。通過(guò)上述分析，頂管管徑、沉井直徑和井深、線路架空形式等均為影響費(fèi)用的關(guān)鍵因素，而在項(xiàng)目前期如何能夠較準(zhǔn)確合理地把控投資，就需要造價(jià)人員對(duì)工程本身進(jìn)行深入了解，將工程結(jié)構(gòu)分解組合，并對(duì)其進(jìn)行指標(biāo)分析，形成合理性、實(shí)用性較高的綜合費(fèi)用指標(biāo)。本文針對(duì)機(jī)械頂管穿越鐵路工程，逐項(xiàng)對(duì)其構(gòu)成內(nèi)容及費(fèi)用進(jìn)行分析并得出綜合費(fèi)用指標(biāo)，希望能為類似工程合理確定方案及控制投資提供借鑒。