PCCP作为顶管在穿越建筑物中的应用

董晓兵

1 工程概况

禹门口提水东扩工程位于山西省中南部，是向临汾、运城六县市（新绛、稷山、襄汾、侯马、曲沃、翼城）工、农业以及农村生活供水的保障性给水工程。工程沿线共布置调蓄水库2座，提水泵站4座，主管线全长48.8km，支管线总长20km，输水干渠总长11.1km，支渠总长34.3km。工程分两期实施，其中：一期工程为向新绛、侯马、曲沃、翼城四县市工业及农村生活和侯马北庄、新绛三泉、曲沃浍河灌区、翼城利民灌区农业供水。二期工程为向稷山汾南灌区、襄汾原井灌区农业供水。

2 方案的提出

山西省禹门口提水东扩工程的管线工程经实地勘察优化，目前有14处穿越公路顶管，鉴于顶管专业性强、施工难度大、周期长、相对投资大，为优化设计，我公司会同设计人员考察国内相关工程（陕西黑河供水二期工程、河南云台山引水工程）并咨询了有关单位和专家，拟采用带钢筒的PCCP管道作为顶管，并直接作为压力管道使用，现将此方案可行性做一阐述。

3 工程顶管设计情况

3.1 顶管整体设计情况

禹门口提水东扩工程一期工程管线总长度为56.13km， 其 中 DN2000PCCP约 22.06km 、DNI800PCCP约 21.79km、DN1600PCCP约 1.10km、DN1400PCCP约 4.84km、DN1200RPMP约 4.86km。线路涉及四县七个乡镇，多次穿越铁路、高速公路、公路，顶管设计难度大、涉及投资多，一般均为关键线路上的关键节点，对工期较为敏感。因此，顶管设计成为工程设计的难点和重点。经可研、初步设计阶段不断优化，招标阶段明确穿越铁路4处、长度285m，穿越公路14处、长度为665m。初步设计方案为箱涵顶进，现拟考虑采用PCCP管道顶进方案，为此我们将箱涵和传统顶管及PCCP直接顶管做一比较。

3.2 箱涵顶进与传统顶管顶进方案对比

箱涵顶进是在现场预制钢筋混凝土箱涵，然后将箱涵逐节顶进最终形成管道穿越的方形涵洞。其优点是可根据工程需要设计成所需的形状和尺寸，如长方形、正方形等，其缺点是成本高、施工周期长，一般适用于大型涵洞的顶进。

顶管顶进是直接采购圆形顶管，然后将顶管逐节顶进最终形成管道穿越的圆形涵洞。与箱涵顶进相比，其优点是管材成本低、土方开挖量小、管道采购和施工工期短，缺点是当管径超过3m时，受超高、超宽、超重影响，将难以运输。一般适用于直径小于3m的顶管。

表1 顶管顶进方案与箱涵方案对比表

根据表1所列方案，以穿越2m直径管道为例对其成本加以比较。采用箱涵顶进方案成本约为2万元/m，采用顶管顶进方案成本约1.5万元/m。同时顶管顶进方案还可以缩短工期1/3甚至1/2。因此，本项目采用顶管顶进方案明显优于箱涵顶进方案。

4 PCCP顶管和传统钢筋混凝土顶管方案对比

针对顶管设计和施工方案，经调研、考察并咨询类似工程建设经验和专家意见，提出采用PCCP管道作为顶管，并由顶管直接作为压力管道使用。

国内将顶管直接作为压力管道是在PCCP使用发展过程中，根据PCCP结构特点和顶管特点由PCCP管厂所开发的一种新型顶管，其基本特点是带钢筒和承插口的预应力混凝土结构，分别作为管体防渗、接头防渗、管体承受水压力和外荷载措施。同时作为管道受力结构一般有两种，一种是根据荷载情况设计采用两层或三层钢筋网混凝土管体；一种是采用与PCCP完全相同的预应力混凝土结构，但保护层由砂浆层变为有一层钢筋网的现浇混凝土保护层。因此，该顶管具有传统顶管的全部功能，并具有PCCP承受水压力和接头防渗的优点，也使该种顶管直接替代传统顶管和内部穿管成为可能。

5 直接采用PCCP顶管可行性分析

5.1 施工简单

直接采用PCCP顶管与传统顶管加套管工艺相比，顶管内径减小、省去穿管工序（管材费用和施工费用），土体开挖量减少50%～60%，施工难度大大降低。

5.2 基础受力条件改变

采用带钢筒和承插口的混凝土顶管直接作为压力管道，管道加水重比所开挖的土体重量减小40%～60%。减小了基础荷载，不会增加基础承载力，比传统顶管受力情况有所改善。

5.3 成本低

直接采用顶管作为压力管道可大大缩减成本。

一是省去内部穿管的全部管材费和安装费用。

二是减少顶管的管材费用。顶管内径减小，管材费用减小40%～50%。

三是减少土体开挖量50%以上。

5.4 进度加快

由于施工工艺简化，施工难度大大降低，顶管施工进度大大加快。

6 本项目拟直接采用PCCP顶管的情况分析

6.1 基础条件

6.1.1 有利条件

顶管施工工艺已非常成熟，直接顶管已有多项工程成功应用，最早应用已达十年以上。本项目所设计各处顶管地质均为Q2和Q3黄土，土质均匀，地下水埋深在15m以下，有利于顶管作业，可顶进性好，利于提高开挖精度，且可以直接采用人工挖土作业。因避免采用顶管成套设备，成本还会明显降低。

6.1.2 不利条件

输水线路经过的主要地貌单元为山前冲洪积倾斜平原区、汾河河谷、漫滩及阶地，本段汾河主要发育一级阶地和三级阶地。主要发育的地层有新生界第四系中更新统（Q2pl）、上更新统（Q3pal）、全新统（Q4pal）以及人工堆积（Qs）。场地低液限黏土多为中等—强烈湿陷性土，存在湿陷性问题。一旦接头漏水会造成管基沉降，严重的会造成路基沉降破坏。

6.2 质量保证措施

6.2.1 加强接头防渗处理

可对顶管内部接缝进行防渗处理，结合南水北调PCCP漏水管道处理措施，对全部内部接缝进行加强防渗处理。该防渗结构可保证在胶圈止水失效后作为备用防渗结构，以保证管道不会渗水而保证正常运行。

6.2.2 加强接头制作及安装质量控制

制作时尽量减小管接头椭圆度、顶进前先进行接头水压试验，确认管接头密封良好后再顶进，后期接头漏水可能性很小。

6.2.3 加强开挖和测量控制

提高顶管轴线和高程精度，最大程度保证承插接口处于正常工作状态。

6.2.4 加强通水前的接头打压控制

把握接头工作条件并对打压不合格管道进行进一步处理和缺陷备案。

根据以往经验，采用良好的安装工艺和质量保证措施，PCCP管道接头防渗是绝对可靠的，并能最大程度适应不均匀沉降。本项目能严格控制并减小承插口的制作精度，严格控制顶管施工工艺和安装质量，并增加管内接缝，加强防渗处理措施，顶管接头漏水问题基本可以完全杜绝。

7 结语

通过以上分析可以看出，传统的钢筋混凝土管顶管优于箱涵，而直接采用PCCP顶管又优于传统的钢筋混凝土管顶管，2010年12月8日，采用此方案分别在翼城县南塘到西下坪混凝土公路以及曲沃浍河水库上坝公路进行了顶管施工，通过对管道打压试验及各项指标的验收，顶管施工达到规范要求，充分证明了直接采用PCCP顶管既能保证工程质量又能加快工程建设进度，是经济合理可行的。