赖关倒虹管穿国道施工方案分析比选

段周平，卢 萍

(1.贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵阳 550000；2.中铁二院工程集团有限公司，贵阳 550000)

1 工程概况

赖关倒虹管属夹岩水利枢纽工程部分，横跨一溶蚀槽谷地形，落差50m，进口接北干渠末端，出口接1#明渠，全长322m，进口段为顺向坡，出口段为逆向坡。倒虹管采用管径为DN1500的球墨铸铁管双管布置。倒虹管K0+106-K0+135段(2#-3#镇墩)下穿G212国道，该段国道位于S曲线弯道上，现场坡度较大，路基边坡最大高差7.9m，同时管道安装时接口的设计允许最大转角为1°。根据现场调查资料以及公路管养单位相关资料，本段倒虹管下穿国道段，属于半填半挖地段，填方段为路基填筑AB料，挖方段全部为基岩，现场基岩裸露，为T1m灰色中厚层灰岩。施工平面示意图见图1。

图1 施工平面示意图

2 方案比选

施工过程中为保障公路路基稳定性，确保原有道路车辆畅通，施工工期等因素，现对原绕行断路方案、水钻施工方案及顶管中管施工方案(以下分别简称方案一，方案二，方案三)进行简要介绍及分析比选。

2.1 开挖断路绕行施工

跨国道段施工总体流程为：施工准备→场地清理→修建跨路临时道路→修建临时排水沟→交通管制→原有道路破除→开挖至倒虹管设计基础标高→底板及垫层混凝土工程→倒虹管安装→钢筋混凝土施工→路面恢复。

为保证施工期间通行，施工前需沿国道一侧布置临时道路，距离原道路横向间距4m位置布置，减少施工对道路行车的影响，确保道路安全及行车通畅。对原有路基侧沟、挡墙、防撞墙、人字形骨架等公路附属设施及绿化拆除。

临时道路采用泥结碎石路面，挖机整平后，底部换填0.3m块石，顶部采用40cm厚碎石摊平碾压处理，摊铺宽度8.5m，保证车辆可以安全通过，临时道路最大纵坡坡比为3.1%。本段改路长度180m。绕行道路距离G212国道较近，爆破开挖危险性较大，石方采用挖掘机自带破碎锤进行破碎，10t的自卸汽车运输至弃渣场集中堆放。块石材料从1#明渠挑选石质坚硬的材料，规格质量满足设计要求，碎石垫层从石料厂采购，铺设完成后摊平碾压，验收合格后方可封道改路，如图2所示。

图2 开挖断路绕行

在临时道路内侧设置底宽40cm，深度50cm，坡度1∶0.3的临时排水沟，水沟内侧采用M7.5砂浆抹面厚度3cm。临时道路跨原有道路水沟处使用C25钢筋混混凝土盖板覆盖，以确保行车安全及原有水沟不被破坏。

2.2 水磨钻成洞施工

采用水磨钻钻孔施工，成型开挖断面，贯通后，采用顶推球墨铸铁管，其工作原理是在顶进管道的两端按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的钢筋混凝土后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的球墨铸铁管(管内径1.5m,壁厚15cm)，接好照明，油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过人工开挖方式，将球墨铸铁管顶进。在顶进的过程中通过激光导向仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将球墨铸铁管管顶至接收井内。

图3 顶管施工示意图

施工工序为：测量放样→场地平整→工作井开挖及支护→路基主体注浆→施工后背墙→机械调试→人工开挖孔口→水磨钻掘进→出洞(接收井)→顶进管材→超挖注浆处理→交工验收。

2.3 顶管施工(管中管)

本段下穿国道段采用顶管施工工艺，水钻钻孔，顶管掘进，混凝土管跟进，穿过跨路段2#-3#镇墩顶管贯通时，进行球墨铸铁管安装，在工作井中逐节安装，逐节顶进[1]。顶管管径为DN2000钢筋混凝土专用管，混凝土管内安装DN1500球墨铸铁管，路基边坡薄弱填方段采用注浆加固，混凝土管与球墨铸铁管之间间隙采用吹沙注浆回填，采用顶进法施工。

因本工程为双管布置，管间距为1m，现场采用两台钻机施工，一台钻进开挖至10m处，另一台开始掘进施工，两台施工轴线长度安全距离≥6m。

施工工序为：测量放样→场地平整→工作井开挖及支护→路基边坡注浆→施工后背墙→机械调试→管头进洞→人工掘进→顶进管材→管头出洞(接收井)→安装球墨铸铁管→交工验收。

2.4 方案对比分析

1)施工工艺方面：

方案一路基全断面放坡开挖至设计标高，管材内施工混凝土箱涵，箱涵内安装管道填充土石，两侧基础开挖过渡段土石回填，分层填筑压实，涵顶以上至路床分层填筑夯实，路面沥青恢复，施工场地范围大，占道时间长。

方案二路基两侧开挖工作坑，减少路面施工干扰，确保行车安全，采用注浆固结路基填料，然后用水磨钻开挖成洞，贯通后安装球墨铸铁管。施工工艺先进，对路基主体影响小，施工经验成熟，解决后期管道下穿国道施工问题，施工场地范围小。

方案三路基两侧开挖工作坑，减少路面施工干扰，确保行车安全，采用液压顶管施工，填方段边坡进行注浆处理，不占道，水钻掘进，DN2000混凝土管跟进，垫层施工，球管安装，吹沙回填。施工工艺先进，对路基主体影响小，施工经验成熟，解决后期管道下穿施工问题，施工场地范围小。

2)质量方面：

方案一开挖施工后两侧采用土石回填，顺层填筑，无台阶极易出现不均匀沉降；小型机械夯实无法满足主体基床以下路堤压实度94%的要求，路基通车后极易出现“跳车”现象；箱涵内管道安装后填充土石回填，顶板以上填充级配碎石，压实度97%，小型机械夯实无法满足公路压实标准，K30检测无法满足设计要求，易发生质量事故。

方案二路基主体采用注浆加固，形成整体，水磨钻成洞，对路堤整体扰动范围小；但需对注浆部位沥青路面进行重新铺设，质量要求高；且球墨铸铁管在反复多次顶进过程中，容易对管材连接处的密封圈造成损伤，防渗漏检查存在一定难度。

方案三不需要进行国道路面的恢复工作；球墨铸铁管一次顶进安装，对密封圈影响小，更有利于保证管材安装质量。

3)安全方面：

方案一车流量较大，现场位于S型弯道上，安全风险高；临时便道与既有国道等级不同，便道反复行走不平整，需时常维护管理，便道修建难以达到原国道等级，存在较大的行车安全隐患风险；沥青路面段下挖深度7m，开口线宽度超过10m，施工周期长，安全风险高；路基填方段边坡易塌方，对路基主体影响较大，后期道路运行存在安全隐患。

方案二在国道处不进行大规模的开挖施工，对道路影响小；基本不影响国道运行期间的通车安全。但需对国道路堤部分注浆加固，采取半幅通车半幅封闭施工，存在一定的安全风险。且开挖过程中未进行支护处理，存在一定掉块塌方风险。

方案三在国道处不进行大规模的开挖施工，对道路影响小；施工期间不需要进行道路封闭，基本不影响国道运行期间的通车安全。混凝土管起到支护作用，施工过程中相对安全。

4)工期进度方面：

方案一施工场地范围大，施工对周边环境影响较大，办理施工许可周期长，施工工期较长，达121d。

方案二采取半幅通车半幅封闭施工，穿路段施工与国道交通互有一定影响，施工许可办理周期相对较短，施工工期较短，100d。

方案三施工期间能保证国道交通正常，施工许可办理周期相对较短，施工工期较短，90d。

5)环境保护方面：

方案一绕行路及破路开挖存在土建施工常规的环境污染现象。

方案二不需要修建绕行路，不需要进行破路开挖，对施工周边区域扰动小，相当于原设计方案对环境污染较小。

方案三不需要修建绕行路，不需要进行破路开挖，对施工周边区域扰动小，相当于原设计方案对环境污染较小[2]。

6)经济方面：

方案一土建部分费用较小；但需补充征地、需向公路管理部门缴纳占道费及安全风险抵押金等费用；安全措施费用投入较大；总费用较高，达237.56万元。

方案二总费用较小，为192.79万元；但需缴纳一部分占道费及风险抵押金等费用。

方案三总费用小，为182.73万元；但需缴纳极少的占道费及风险抵押金等费用。

7)征地协调：

方案一需进行补充征地；与公路管理部门协调工作量大、难度大。

方案二不需要进行补充征地；该方案更容易通过公路管理部门批准，协调工作量小。

方案三不需要进行补充征地；该方案更容易通过公路管理部门批准，协调工作量小。

2.5 方案选择

综上述，方案二、三较方案一对路基主体影响小；方案三较其余方案更能保证管材安装质量及路基质量；方案一破路开挖及方案二半幅通车半幅施工均存在一定安全隐患，方案三不破路施工，不影响施工期间国道运行期间的通车安全，同时穿路混凝土管起到支护作用，安全风险较低；方案二、三较方案一对周边扰动较少，环境污染较小；方案三较方案一省54.83万元，较方案二省10.06万元；方案二、三较方案一不需要补征地，协调工作量较小。

方案三施工工艺先进，不需要开挖及补征地，施工对路基主体、路面及周边环境影响小；施工基本不影响国道运行期间的通车安全；球墨铸铁管一次顶进安装，保证了管材安装质量；施工工期较短；投资费用较省。固顶管施工方法(方案三)是行之有效的施工方法，本工程穿路方案选择方案三。

4 结 语

顶混凝土管+球墨铸铁管(管中管)施工方法相较开挖路基安装及水钻施工管道更加合理，有利于安全、进度、保质保量的穿过G212国道，节约项目成本，保证工程建设任务完成，在实际工程应用中取得了良好效果，达到了预期效果，可为类似的管道穿道路工程建设提供借鉴。