全預(yù)制拼裝電力管廊不同管節(jié)長度經(jīng)濟性分析

谷紅強，閆興非，宗 霏，茍 超，廖 羿，眭書劍

(成都交投建筑工業(yè)化有限公司技術(shù)研發(fā)中心，四川成都 610042)

世界上第一條地下綜合管廊系統(tǒng)建成于19世紀(jì)的巴黎，之后德國、英國、日本等國家也迅速跟進相關(guān)方面的建設(shè)[1]。經(jīng)過長時間的研究、改良和實踐，其技術(shù)水平已完全成熟。地下綜合管廊系統(tǒng)對于提高城市的綜合承載力起著至關(guān)重要的作用，方便了電力、通訊、燃氣等設(shè)施的維護和檢修[2]。隨著我國城市化進程的加快，傳統(tǒng)的在地下進行埋設(shè)管線的做法愈加頻繁地出現(xiàn)管線交叉、修復(fù)困難、影響地下交通等問題[3]。

現(xiàn)階段，為落實“節(jié)能、降耗、減排、環(huán)?！钡膰艺?，我國在建筑行業(yè)的目標(biāo)是實現(xiàn)施工技術(shù)的工業(yè)化[4-5]。2016年開始大量應(yīng)用綜合管廊作為市政項目地下管線的配套工程，目前國內(nèi)進行地下綜合管廊的施工的方法主要為明挖法的現(xiàn)澆、預(yù)制拼裝和雙面疊合剪力墻及盾構(gòu)法。明挖現(xiàn)澆為最常用的施工方法，這種施工方法技術(shù)難度較低，工程造價較低但施工質(zhì)量難以保證并且施工需要中斷交通[6]。而預(yù)制拼裝管廊的廊體生產(chǎn)在工廠完成，生產(chǎn)不受現(xiàn)場條件限制，可根據(jù)施工安排提前生產(chǎn)，現(xiàn)場也無需等待廊體養(yǎng)護，只需進行廊體拼裝，相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆具有提升工程質(zhì)量、降低工程量、縮短工期、降低自重等優(yōu)點[7-8]。

隨著市政道路的不斷發(fā)展，地下綜合管廊作為與市政道路長度接近的重要配套設(shè)施，地下綜合管廊建設(shè)規(guī)模也隨之迅速增長。但目前國內(nèi)預(yù)制管廊項目在設(shè)計中仍存在管節(jié)長度、壁厚、配筋率等不統(tǒng)一的問題，由此導(dǎo)致生產(chǎn)所需模具種類繁多，編制排產(chǎn)計劃與生產(chǎn)組織管理難度加大，預(yù)制成本較高等問題，無法完全發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)的優(yōu)勢。于是如何深化設(shè)計，使標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制的優(yōu)勢能在綜合管廊生產(chǎn)中得到體現(xiàn)，提高生產(chǎn)效率的同時降低成本就成了當(dāng)前需要研究的問題[9]。本文以成都某快速路中電力管廊項目為背景，重點對比分析管廊的節(jié)段長度發(fā)生變化時對整個項目的工期、生產(chǎn)管理、建筑安裝成本方面的影響，分析結(jié)果為今后綜合管廊節(jié)段長度方案比選提供參考。

1 項目概況

成都某東進快速路是天府機場建設(shè)的配套項目，其中預(yù)制電力管廊是天府國際機場及周邊供電系統(tǒng)中的重點工程。整個項目電力管廊長度超過10 km，考慮曲線段及人孔，風(fēng)孔等不可預(yù)制段落，其中采用預(yù)制拼裝方式的電力管廊長度約為9 400 m，占到總長度的91.8 %。電力隧道內(nèi)徑高度為2.7 m，寬度為2.4 m，壁厚分為350 mm、400 mm、450 mm三種。350 mm壁厚標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見圖1。

圖1 全預(yù)制電力管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:cm)

預(yù)制管節(jié)節(jié)段兩側(cè)分別設(shè)置承口及插口，預(yù)制管節(jié)之間通過承插口拼接在一起后采用螺紋鋼筋張拉固定，承口與插口相接處設(shè)置楔形膠圈、止水膠條，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)防水。節(jié)段拼裝完成后須經(jīng)過閉水試驗測試密封性能，接頭防水性能是影響預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)適用性與耐久性的關(guān)鍵技術(shù)問題[10]，而接頭承插口處混凝土的澆筑、脫模質(zhì)量和安裝材料的選取是影響電力管廊防水效果的決定性因素。因此管廊的承插口處除配筋率相較主體結(jié)構(gòu)有所增加，還存在預(yù)埋注水孔、螺紋套管等材料以及安裝時采用的楔形膠圈、遇水膨脹膠條、密封膏等材料。

為研究不同管廊節(jié)段長度對項目成本的影響，選取壁厚為450 mm的管廊節(jié)段為研究對象，配筋率為137.28 kg/m3，比較當(dāng)預(yù)制管節(jié)節(jié)段長度分別為1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m、4.5 m時項目的綜合成本。

2 生產(chǎn)成本分析

該項目電力管廊預(yù)制總長度為9 400 m，暫不考慮現(xiàn)澆與預(yù)制相接的過渡節(jié)數(shù)量。當(dāng)管節(jié)長度為1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m、4.5 m時需預(yù)制管節(jié)數(shù)量如表1所示。

表1 不同長度管節(jié)數(shù)量對比

如表1所示節(jié)段長度增加管節(jié)數(shù)量會隨之減少，而單個管節(jié)的長度和管節(jié)數(shù)量將對預(yù)制構(gòu)件使用材料的成本、投入的模具成本產(chǎn)生影響，運輸方案和吊裝方案也會不同。

2.1 材料方面

標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)之間連接承插口處需要布置楔形膠圈、遇水膨脹膠等防水材料各12 m，承插口處需要額外布置鋼筋384 kg，不同管節(jié)長度對應(yīng)的承插口處材料用量如表2所示。

表2 承插口處材料用量對比

由表2可知，承插口處材料增加量與節(jié)段個數(shù)成正比關(guān)系，節(jié)段數(shù)量越少，承插口處使用的材料也會相應(yīng)成正比關(guān)系減少。按照相關(guān)材料的市場價格計算可得出對應(yīng)成本，如表3所示。

表3 承插口處增加的材料成本對比 萬元

從表3可以看出，承插口處生產(chǎn)增加成本也隨著材料使用量的減少，相關(guān)成本也逐漸減少，其中在承插口處的密封膠、泡沫板等用量較小的防水材料不計入該表格統(tǒng)計。由于節(jié)段數(shù)量的減少，承插口處增加的材料成本也隨之減少。當(dāng)管節(jié)節(jié)段長度為3 m時，相比1.5 m節(jié)段，成本減少50 %，而當(dāng)管節(jié)節(jié)段長度為4.5 m時，節(jié)段長度相比3 m節(jié)段，成本減少了33 %。

2.2 模具方面

在不考慮現(xiàn)澆與預(yù)制相接的過渡節(jié)數(shù)量以及所需特殊模具的前提下，以實際生產(chǎn)窗口期(不含模具的生產(chǎn)制作時間及法定節(jié)假日等)為90 d估算模具投入。按每套模具每天翻模1.5次(包括綁扎鋼筋籠、裝模、澆筑、養(yǎng)護、拆模等工藝流程)進行生產(chǎn)，據(jù)此計算所需模具數(shù)量。不同管節(jié)長度的模具價格不同，根據(jù)市場行情，可得到如表4所示。

表4 模具數(shù)量對比

工期固定的情況下，模具投入的套數(shù)取決于需生產(chǎn)的管節(jié)節(jié)段數(shù)量，但隨著管節(jié)長度增加單套模具的價格也會增加，從整體上來說隨著節(jié)段長度的增加，需要投入的模具成本逐漸減少。

2.3 生產(chǎn)工效及管理方面

當(dāng)管節(jié)長度由1.5 m變?yōu)? m、4.5 m后需要生產(chǎn)的管節(jié)數(shù)量大幅減少，可降低對工裝模具的投入。在生產(chǎn)過程中需投入在承插口處的鋼筋綁扎、預(yù)埋件定位、鋼筋入模、混凝土澆筑成型、脫模等時間和有效工時顯著減少，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了人工勞動密度。若維持原本的工裝模具成本投入，則3 m管節(jié)生產(chǎn)時間可由90 d縮短為57 d，4.5 m管節(jié)生產(chǎn)時間可由90 d縮短為46 d。

2.4 生產(chǎn)場地方面

管節(jié)長度為3 m和4.5 m時相比1.5 m管節(jié)，相同面積的生產(chǎn)場地由于1.5 m管節(jié)生產(chǎn)數(shù)量更多，需要同時進行生產(chǎn)的模具更多，生產(chǎn)場地需要配備更多的工人，生產(chǎn)場地要求更大，工作面展開也需要更大的廠區(qū)面積。另一方面，由于1.5 m管節(jié)數(shù)量更多，且管廊自重較大不利于堆疊存放，故管節(jié)數(shù)量增加將增加堆放場地的壓力與生產(chǎn)、運輸?shù)慕M織難度。

綜上所述，隨著管節(jié)長度的增加，節(jié)段數(shù)量隨之減少，承插口處增加的材料成本也相應(yīng)減少，模具投入也相應(yīng)減少。此外減少管節(jié)的數(shù)量也減少了整個電力管廊的拼接工作，管廊的整體防水性能也更有保障。與此同時場內(nèi)機械運作次數(shù)也會隨之降低，對成品的試驗、檢測次數(shù)減少，因此降低了整個生產(chǎn)過程中的人工、機械、試驗等相關(guān)成本[11]。

3 運輸、吊裝成本分析

3.1 運輸方面

預(yù)制管節(jié)在工廠內(nèi)生產(chǎn)完成后，便可根據(jù)施工組織計劃進行運輸工作，構(gòu)件長度越長，管節(jié)的重量越大，因此需根據(jù)不同重量關(guān)節(jié)指定不同的運輸方案。

由表5可知不同管節(jié)長度的管節(jié)重量，按照生產(chǎn)場地距離安裝現(xiàn)場為60 km進行測算，3 m以上節(jié)段每次運輸1節(jié)，3 m及以下節(jié)段每次運輸2節(jié)，運輸車輛為6橋重卡，依照同類項目測算，4橋車運輸費約為3 500元/次，6橋車運輸費約為7 000元/次。因此可得各個節(jié)段運輸成本費用見表6。

表5 不同管節(jié)長度的管節(jié)重量對比

表6 不同節(jié)段長度管節(jié)運輸價格對比

按預(yù)制電力管廊共42 500 m3計算可得，1.5 m和3 m管節(jié)運輸成本將是目前運輸方案中最優(yōu)選擇，2 m、4 m管節(jié)相比3 m管節(jié)運輸成本將增加約548.4萬元。

3.2 吊裝方面

3.2.1 吊裝機械

考慮吊裝現(xiàn)場條件、吊裝能力及施工安全等，所有管節(jié)均按照采用履帶吊的方式進行?？紤]最深覆土深度14 m，邊坡采用1∶1開挖的情況下，吊機工作半徑至少為16 m，主臂長度至少22 m，根據(jù)計算需配置150 t履帶吊方可滿足所有工況荷載需求。根據(jù)市場調(diào)查當(dāng)?shù)?50 t履帶吊每月租金15萬元，每天每臺吊機吊裝8節(jié)，工期80 d計算不同管節(jié)吊裝機械費用對比見表7。

表7 不同節(jié)段長度吊機租賃價格對比

3.2.2 吊裝人工

吊裝預(yù)制電力隧道管節(jié)時，需配備專業(yè)吊機司機一名，輔助工人若干，其中管節(jié)長度較長時管節(jié)重量較大，需要的輔助工人也就越多，吊裝完成后進行張拉灌漿，由于每天吊裝數(shù)量有限，張拉灌漿的工人可穿插進行施工作業(yè)。

4 綜合成本分析

根據(jù)上文對生產(chǎn)材料、生產(chǎn)模具、運輸、吊裝等生產(chǎn)及施工過程的成本分析可得到當(dāng)管節(jié)長度分別為1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m、4.5 m時同一項目的成本差異，結(jié)果如表8所示。

由表8可知，影響管廊的綜合成本的主要因素為材料增加成本、運輸成本，其中隨著管節(jié)長度變化生產(chǎn)材料的費用及運輸成本變化幅度較大，而模具與吊裝成本變化不甚明顯，運輸成本和吊裝成本可以通過制定合理方案有效降低，因此考慮各項因素在內(nèi)的情況下3 m節(jié)段具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

表8 不同長度管節(jié)的成本對比 萬元

5 結(jié)論

(1)管節(jié)長度是影響預(yù)制電力管廊的總成本的關(guān)鍵因素。

(2)結(jié)合成都某快速路項目電力管廊生產(chǎn)安裝相關(guān)成本分析，管廊節(jié)段長度為3 m時，預(yù)制管廊生產(chǎn)安裝的總成本最低，經(jīng)濟效益最好。

(3)管節(jié)長度增加后模具投入、材料增加成本明顯降低。而因為長度增加導(dǎo)致管節(jié)重量增加則會導(dǎo)致運輸方案和吊裝方案的變化，需制定相適宜的方案節(jié)省可能增加的相應(yīng)成本。

(4)在設(shè)計過程中，應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)、運輸、吊裝、施工等各環(huán)節(jié)因素，合理調(diào)整管節(jié)長度將有利于降低整個工程的成本、縮短工期、提高質(zhì)量把控。