摘要：北京新机场场内部分污水管道埋深较深，设计时采用了顶管法工艺施工。本文介绍了新机场内部分顶管法施工的污水管道在“坑中坑”、“跨坑顶进”、“合并支线井室”、“基底直埋”方面的优化方案，并分析优化后带来的经济及工期效益，以供讨论。
关键词：北京新机场；顶管法；优化设计；经济及工期效益。
一、工程概况
北京新机场面积大，内部各功能区地块单位较多，为各地块提供各种用途的市政管线内容复杂。本工程某条道路污水顶管法施工管线敷设总长度约1020m，其埋深均在10~11米左右。该管道为其南侧地块提供了污水排水通道，同时连接其他两条道路主线污水排水通道并存在五条支线。顶管位置如下图1所示。
图1 污水顶管位置示意图
根据图纸设计，顶管工作井和接收井设置位置与管道检查井相结合，原则上相互间隔布置，均要求做喷射混凝土支护。
二、优化方案
该工程污水井室共29座，优化前竖井需全部从原状地面开挖。施工前考虑到该污水管道北侧相邻位置已有雨水方沟基坑开挖完毕，可利用此基坑减少实际开挖深度，并改进顶进顺序，减少顶管机械倒运，另有距离主线井较近的支线井可与相邻主线井合并开挖。优化后竖井布置及顶管顺序如下图2所示。
图2 主干一路顶管工作坑布置及顶管顺序
1 减少实际开挖深度的“坑中坑”优化
开挖雨水方沟边坡土方，从雨水方沟基底标高开始施工工作坑、接收坑。由此减少了工作坑的实际开挖深度，对经济及工期进行优化。优化前后形式如下图3所示。
图3 优化后基坑剖面图
2 减少机械移动次数及开挖量的“跨坑顶进”策略
按原设计原则：顶管井与接收井间隔布置，优化前需顶进28次。优化后采用“跨坑顶进”以及配合“合并支线井室”、“基底直埋”的方式将顶进次数减至17次，大大减少顶进机械倒运及其配套部件设置数量，且“跨坑顶进”所跨井室由于不涉及顶进机械下放，可减少井室开挖净尺寸，从而节约了较多材料费用，产生了较大经济效益。
3 相邻井室合并开挖的“合并支线井室”做法
因支线井室与主线井室距离较近，考虑后将支线井与相邻主线井室所在坑室合并开挖。虽然竖井净尺寸提高，但是由于将两座井室合并为一座，且主线井与支线井之间管线改为直埋形式，不再涉及机械倒运、安装、顶进等步骤，实现了材料以及工期的节约。
4 配合基坑变更管线埋设形式的“基底直埋”方案
某些井段距离已开挖完毕的相邻基坑较近，且基底及管底标高相近，在开挖完成相邻基坑后，可利用已有基坑继续向外开挖，扩大至污水管道位置，将该污水管道直埋敷设，同时，直接放坡开挖施工井室，无需施工顶管竖井，则可节省大量费用。由此节约材料费用及开挖井室、顶进所需工期，实现经济与工期的双重效益。
三、经济效益分析
1 “坑中坑”优化带来的效益
利用相邻基坑的有利地形条件，将竖井内的人工开挖变更为竖井外机械开挖。机械土方开挖价格远远小于竖井内人工土方开挖价格，由此得出的土方总价能取得较大效益。另外由于实际开挖深度的减少，竖井支护所需型钢、钢格栅、喷射混凝土数量均大幅减少，在优化后的22座竖井中，每座井室支护深度平均可降低5米左右。由此节约了大量土方开挖费用及材料费用，带来了可观经济效益。
2 “跨坑顶进”优化带来的效益
“跨坑顶进”主要节省顶进机械倒运及安装的时间，但仍然带来了一定的经济效益。因为“跨坑顶进”所跨井室无需进行顶进设备安放，所以开挖范围可相应减小，净尺寸由6米×8米改为4米×4米，可节约相当数量的材料，经济效益明显。
3 “基底直埋”优化带来的效益
由于相邻基坑开挖，基底标高已接近部分污水管道底标高，可利用已有基坑作为开挖面，此部分管道则可直接开槽敷设管道。污水管道一端井室底标高与污水管道底标高相近，由此可同样可直接开挖井室土方，无需做顶管竖井，节约了顶管竖井所需的全部材料及人工机械费用。因此，“基底直埋”优化带来的效益也尤为可观。
本工程污水顶管优化后，主要从坑室开挖深度、坑室净尺寸、机械倒运次数、顶进长度方面增加了工期效益，减少整个污水顶管施工的工期。
1 坑室开挖深度
由于部分井室距离已开挖的雨水方沟基坑距离较近，可利用原有基坑，进一步挖除边坡部分土方，从而减少竖井实际开挖深度。因基坑边坡土方开挖需要增加的工期约为7天。相对的，因实际开挖深度减小，竖井支护数量减少，工期约为44天。则此项优化节约工期37天。
2 设备倒运及坑室净尺寸
部分管道采取“跨坑顶进”策略，不仅减少了顶管设备倒运及安装时间，而且相关坑室可不再放置顶进设备，由此可减小坑室净尺寸，减少开挖土方及支护井壁的数量，从而取得工期效益。根据现场实际倒运情况测算，每拆除、倒运、安装一次设备的时间最短为3天，则此次优化可节约工期15天。另外由于坑室净尺寸变小，可减少的工期约为6天。
3 顶进长度
此污水顶管工程因其相邻位置存在其他深基坑，可利用已开挖的基坑减少管道顶进数量，改顶进为直埋。经测算，本部分工程量按顶管法施工，则需要12天顶进时间以及9次设备倒运时间共39天，若按直埋方式敷设，共需要开挖、管道安装及回填时间共25天。则此项可节约工期14天。
五、结语
顶管法作为埋深较大的管道的优选施工方法，其做法可根据周围环境进行优化，不拘泥于原始设计。本工程利用已有环境对将要施工的内容进行优化，从而增大经济及工期的效益，可供其他地区参考。
参考文献：
1.陈立新，顶管施工技术在市政工程中的应用分析[J]，技术与市场，2018年04期；
2.陈国彬、韩丽仙，浅谈市政工程顶管施工技术[J]，中国高新技术企业，2015年第11期。
作者简介：张子鹤，男，1995年4月生，就职于中国建筑第八工程局有限公司华北分公司。
论文作者:张子鹤,郑安,高海彦,胥冠军,豆伟星
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
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