全預制拼裝電力管廊不同管節長度經濟性分析

谷紅強，閆興非，宗 霏，茍 超，廖 羿，眭書劍

(成都交投建筑工業化有限公司技術研發中心，四川成都 610042)

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

現階段，為落實“節能、降耗、減排、環?！钡膰艺?，我國在建筑行業的目標是實現施工技術的工業化[4-5]。2016年開始大量應用綜合管廊作為市政項目地下管線的配套工程，目前國內進行地下綜合管廊的施工的方法主要為明挖法的現澆、預制拼裝和雙面疊合剪力墻及盾構法。明挖現澆為最常用的施工方法，這種施工方法技術難度較低，工程造價較低但施工質量難以保證并且施工需要中斷交通[6]。而預制拼裝管廊的廊體生產在工廠完成，生產不受現場條件限制，可根據施工安排提前生產，現場也無需等待廊體養護，只需進行廊體拼裝，相比傳統現澆具有提升工程質量、降低工程量、縮短工期、降低自重等優點[7-8]。

隨著市政道路的不斷發展，地下綜合管廊作為與市政道路長度接近的重要配套設施，地下綜合管廊建設規模也隨之迅速增長。但目前國內預制管廊項目在設計中仍存在管節長度、壁厚、配筋率等不統一的問題，由此導致生產所需模具種類繁多，編制排產計劃與生產組織管理難度加大，預制成本較高等問題，無法完全發揮標準化預制生產的優勢。于是如何深化設計，使標準化預制的優勢能在綜合管廊生產中得到體現，提高生產效率的同時降低成本就成了當前需要研究的問題[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段長度發生變化時對整個項目的工期、生產管理、建筑安裝成本方面的影響，分析結果為今后綜合管廊節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的配套項目，其中預制電力管廊是天府國際機場及周邊供電系統中的重點工程。整個項目電力管廊長度超過10 km，考慮曲線段及人孔，風孔等不可預制段落，其中采用預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壁厚標準斷面圖見圖1。

圖1 全預制電力管廊標準斷面(單位:cm)

預制管節節段兩側分別設置承口及插口，預制管節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置楔形膠圈、止水膠條，從而實現結構防水。節段拼裝完成后須經過閉水試驗測試密封性能，接頭防水性能是影響預制拼裝綜合管廊結構適用性與耐久性的關鍵技術問題[10]，而接頭承插口處混凝土的澆筑、脫模質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構有所增加，還存在預埋注水孔、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。

為研究不同管廊節段長度對項目成本的影響，選取壁厚為450 mm的管廊節段為研究對象，配筋率為137.28 kg/m3，比較當預制管節節段長度分別為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 生產成本分析

該項目電力管廊預制總長度為9 400 m，暫不考慮現澆與預制相接的過渡節數量。當管節長度為1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m、4.5 m時需預制管節數量如表1所示。

表1 不同長度管節數量對比

如表1所示節段長度增加管節數量會隨之減少，而單個管節的長度和管節數量將對預制構件使用材料的成本、投入的模具成本產生影響，運輸方案和吊裝方案也會不同。

2.1 材料方面

標準管節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，不同管節長度對應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段個數成正比關系，節段數量越少，承插口處使用的材料也會相應成正比關系減少。按照相關材料的市場價格計算可得出對應成本，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，承插口處生產增加成本也隨著材料使用量的減少，相關成本也逐漸減少，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計。由于節段數量的減少，承插口處增加的材料成本也隨之減少。當管節節段長度為3 m時，相比1.5 m節段，成本減少50 %，而當管節節段長度為4.5 m時，節段長度相比3 m節段，成本減少了33 %。

2.2 模具方面

在不考慮現澆與預制相接的過渡節數量以及所需特殊模具的前提下，以實際生產窗口期(不含模具的生產制作時間及法定節假日等)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、養護、拆模等工藝流程)進行生產，據此計算所需模具數量。不同管節長度的模具價格不同，根據市場行情，可得到如表4所示。

表4 模具數量對比

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

2.3 生產工效及管理方面

當管節長度由1.5 m變為3 m、4.5 m后需要生產的管節數量大幅減少，可降低對工裝模具的投入。在生產過程中需投入在承插口處的鋼筋綁扎、預埋件定位、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管節生產時間可由90 d縮短為57 d，4.5 m管節生產時間可由90 d縮短為46 d。

2.4 生產場地方面

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

綜上所述，隨著管節長度的增加，節段數量隨之減少，承插口處增加的材料成本也相應減少，模具投入也相應減少。此外減少管節的數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。與此同時場內機械運作次數也會隨之降低，對成品的試驗、檢測次數減少，因此降低了整個生產過程中的人工、機械、試驗等相關成本[11]。

3 運輸、吊裝成本分析

3.1 運輸方面

預制管節在工廠內生產完成后，便可根據施工組織計劃進行運輸工作，構件長度越長，管節的重量越大，因此需根據不同重量關節指定不同的運輸方案。

由表5可知不同管節長度的管節重量，按照生產場地距離安裝現場為60 km進行測算，3 m以上節段每次運輸1節，3 m及以下節段每次運輸2節，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。因此可得各個節段運輸成本費用見表6。

表5 不同管節長度的管節重量對比

表6 不同節段長度管節運輸價格對比

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

3.2 吊裝方面

3.2.1 吊裝機械

考慮吊裝現場條件、吊裝能力及施工安全等，所有管節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，根據計算需配置150 t履帶吊方可滿足所有工況荷載需求。根據市場調查當地150 t履帶吊每月租金15萬元，每天每臺吊機吊裝8節，工期80 d計算不同管節吊裝機械費用對比見表7。

表7 不同節段長度吊機租賃價格對比

3.2.2 吊裝人工

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

4 綜合成本分析

根據上文對生產材料、生產模具、運輸、吊裝等生產及施工過程的成本分析可得到當管節長度分別為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，其中隨著管節長度變化生產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的情況下3 m節段具有明顯的經濟優勢。

表8 不同長度管節的成本對比 萬元

5 結論

(1)管節長度是影響預制電力管廊的總成本的關鍵因素。

(2)結合成都某快速路項目電力管廊生產安裝相關成本分析，管廊節段長度為3 m時，預制管廊生產安裝的總成本最低，經濟效益最好。

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

(4)在設計過程中，應綜合考慮生產、運輸、吊裝、施工等各環節因素，合理調整管節長度將有利于降低整個工程的成本、縮短工期、提高質量把控。