建筑施工论文发表区间隧道盾构法施工技术经济分析

　　【摘要】：本文主要介绍了目前城市地铁区间隧道暗挖施工中的盾构法技术、费用组成。通过造价编制过程中的经济分析，提出区间隧道造价控制的观点，为以后更好的对盾构法施工区间隧道的造价控制提供一些参考依据。

　　【关键词】：盾构法,施工技术,经济分析

　　1、 引言：

　　随着我国国民经济的快速增长，城市交通的拥堵现象在各个城市中突显。人们从过去的盲目追求GDP值转换到现在GEP值，从过去追求经济的快速增长到目前大众普遍共同关注的PM2.5。国家提倡大力发展公共交通，限制汽车的尾气排放已经摆在了眼前。城市轨道交通的建设在各大城市中也如火如荼的展开，截至2012年底，全国已有三十余座城市已建成或已开始建设城市地铁。

　　目前在地铁区间隧道的施工中，施工工法不外乎有一下几种：明挖法施工、矿山法暗挖施工以及盾构法暗挖施工。因盾构法施工安全可靠，对周边地面建筑物、地下管线迁改干扰小，造价便宜，近年来越来越多的被采用。

　　2、 区间隧道盾构法施工的现状：

　　单纯从盾构法施工角度来看，中外盾构技术的差距表现在：国外的盾构工法种类多且全，国内盾构的工法比较单一。断面多样化、高速施工、近邻施工、长距离、成本控制成为国外盾构技术发展的主流;国内近年来大断面、大深度、近邻施工的技术逐渐成熟，与国外的差距逐渐缩小，有些地方已经达到国际先进水平;国内在复杂断面、成本控制上还相对落后。

　　根据掌握的工程地质及水文地质资料，若采用盾构法施工，目前较为适用的盾构形式是泥水盾构或土压平衡盾构。泥水盾构对地层稳定性的控制较好，但工艺复杂且辅助设备多，尤其是需要泥水处理设备，占地面积大，费用较高。土压平衡盾构可节省泥水处理设备费用，造价较泥水盾构低，对周边环境无污染。通过大量的工程实践，土压平衡盾构已大大的显示出技术经济上的优越性，因而得到了快速的发展和推广。成为当前区间隧道施工的首选方案。它可根据不同的施工条件和地质要求，采用不同的开挖面稳定装置和排土力式，设计成不同类型的土压平衡盾构，使其能适应从松散粘土至砂卵石土层范围内的各种土层，能更好的稳定开挖面地层，减少和防止地面变形，提高隧道的施工质量。下面主要就结合不同地层简要对土压平衡盾构机施工进行分析。

　　2.1、盾构法施工的适用范围：

　　区间隧道的施工方案是根据地质资料、地下水发育、隧道埋深、地下管线等来决定的。在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管线密布，对地面沉降要求严格的区域，不宜采用明挖法施工。如果地下水比较发育，围岩稳定性差，或区间隧道长而且工期要求紧迫，宜不能采用矿山法时，采用暗挖盾构法施工才是经济合理的。盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。尤其在松软不稳定单一地层，特别是流砂涌水地段采用盾构法施工是安全有效的方法。同时，盾构法施工的工作面较少，不受地面交通控制，正好与城市轨道交通在繁华闹市区的特点相适应，地面人文自然景观也能受到良好的保护。

　　2.2、盾构法施工的施工工艺：

　　盾构法施工的工序较为复杂且施工精度、技术含量很高，其主要施工步骤为：在盾构法施工的隧道的起始端和终止端各建一个工作井，分别称为盾构始发井和到达井;依靠盾构千斤顶的推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)将盾构机从起始工作井的墙壁开孔处推出(此工序为盾构机的出洞);盾构在地层中沿着设计轴线进行掘进，在掘进的同时不断出土和安装衬砌管片;及时向衬砌管片背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置;盾构进入终端工作井并被拆除(此工序为盾构机的进洞)。如施工需要，可穿越工作井或盾构过站再向前推进。

　　对于地铁建设而言，区间隧道一般应结合车站结构的施工，盾构工作井可以作为车站结构的一部分，这样隧道施工可以省去工作井建造，节省投资。

　　整体施工工序为：

　　施工准备----盾构掘进----管片预制、运输----管片接缝、拼装----注浆、加固----监测----土石方运输----盾构过站、转场、调头----盾构机解体吊出。

　　盾构掘进过程依据造价分析可划分为4个阶段：1、负环段掘进(从拼装后靠管片起至盾构尾离开洞井内壁止)2、出洞段掘进(从盾尾离开出洞井内壁至盾尾离开出洞井内壁40米止)3、正常段掘进(从出动段掘进结束到进洞段掘进开始)4、进洞段掘进(从盾构切口距进洞井外壁5倍的盾构机直径到盾构入基座止)。

　　3、 盾构法施工的费用构成：

　　为了详细剖析盾构法施工的造价构成，根据其结构特点，结合施工组织设计，将区间盾构法施工分解为5个部分进行分析：(1) 盾构机费用，(2) 掘进费用，(3) 管片费用，(4) 洞口加固费用，(5) 竖井及联络通道等五个部分。

　　盾构机车架吊入井底、井下组装就位与盾构连接、车架上的设备安装、水电气管安装。安装完毕开始出洞施工;并在下个洞口进入吊出井(进洞井)，进行拆除、吊出竖井装车。因此与盾构机有关的费用有:盾构机的运输费用、盾构机的安拆及车架安拆费用、盾构过站及掉头、转场费用、盾构机摊销费用。

　　掘进费用根据施工工艺和工程定额的划分分为：负环段掘进、出洞段掘进、正常段掘进、进洞段掘进。

　　管片费用大致分为：管片的预制、场外(内)运输、拼装、接缝等。

　　4、 盾构法施工的经济分析：

　　盾构机制造费用对工程造价的影响：盾构机的制造价格大概每台在3000多万元到6000多万元不等，盾构机的机械使用费约占隧道工程总造价的四分之一左右，其制造价格对工程造价的影响是巨大的。盾构机选择主要与隧道穿越的地层有关，因为盾构机穿越地层强度越高，对盾构机刀盘的强度、刚度及主轴承抗扭强度要求就越高，其制造费用也相应增加。盾构机的制造费用不能在一个工程项目中一次性摊销完成，而是按照盾构机的设计寿命里程来摊销，目前生产的盾构机一般设计寿命里程为10公里。因此不同的盾构机类型每米摊销制造费用也不同。由于土压平衡盾构机的掘进工作主要依靠刀具对土(岩)体进行切削，刀具属于易耗品，并且价格高，对盾构隧道工程造价影响较大，且在盾构机的制造费用占主导地位。因此掘进不同地层选用不同的刀具，引起区间隧道工程每米造价也不同。

　　盾构机在不同地层中的掘进速度对工程造价的影响：根据盾构机生产厂家提供的资料，盾构机的掘进速度因地质资料的变化而变化。由于在不同土(岩)层中掘进速度不同，造成每米盾构机掘进工作所消耗的人工费、电费及机械台班费也不同。根据施工规范和施工经验，盾构机的正常掘进速度单洞掘进尺度为粘土层中4.80m/h，强风化岩层中为2.70m/h，中风化岩层中为2.30m/h，微风化岩层中为2.25m/h。以上数据显示，粘土层、强风化岩层比中、微风化岩层每米的掘进距离要短，工程造价要低。

　　掘进过程中的溶洞、孤石等特殊地层对隧道工程中工程造价的影响是巨大的：溶(土)洞主要存在于石灰岩地层中，若隧道路线或施工扰动范围内存在溶洞或土洞，须提前对溶(土)洞进行注浆填充。地层中的孤石会引起盾构机卡刀盘现象，或由于孤石太大无法切割不能推进。如果不能在盾构机到达前发现并处理大直径的孤石，掘进就会停滞，造成机械停台和工人窝工现象，时间可能需要几个月，处理费用在几万元到百万元不等。

　　综上所述，不同的地质条件盾构机的掘进速度、选用刀具的种类、及刀具消耗量差异较大，以中、微风化岩层费用最高，土层的最低，引起区间盾构隧道的每米造价也不等。

　　钢筋混凝土管片对区间隧道工程造价的影响：暗挖隧道盾构法主要依靠钢筋混凝土管片来支撑土体，管片的宽度、厚度和配筋量的不同直接影响区间隧道工程的每米造价。目前国内使用的钢筋混凝土管片宽度主要有1200mm和1500mm两种，宽度1500mm的管片每米使用的嵌缝防水材料、螺栓手孔处理数量，比1200mm的管片用量要少。管片的厚度主要有300mm和350mm两种规格，配筋量宜不同。如按这两种不同厚度的管片计算，隧道每米混凝土的用量相差1.06m³。以每立方米管片1800元计算，每米造价相差1908元，如果项目隧道工程长度按照4000米计算，则增加隧道工程造价760万元。

　　地面建(构)筑物对区间隧道工程造价的影响：由于城市轨道交通建设主要在地面以下，而隧道上方往往会存在一定的建筑物或构筑物。如果建(构)筑物的基础浸入隧道，那么在隧道施工前就要进行桩基托换。建(构)筑物的基础没有浸入隧道，若所处地质条件较差，在盾构机通过时也可能产生不良影响，因此在盾构机到达前也要进行加固处理。在城市市中心施工的项目需要托换或加固的楼房基础的几率很大，因此隧道工程造价也要增加。

　　进出洞洞口的加固、竖井及联络通道的施工工法对区间隧道工程造价的影响：联络通道不仅起联通区间两条隧道的作用，还往往与区间排水泵房合建，因此联络通道的位置一般在区间隧道的最深处，通道的上方地面多为市政道路或房屋，施工比较困难。施工方法一般采用洞内冻结法加固和地面加固土体后矿山法施工两种方法。地面加固土体后矿山法施工一般需要地面有一定施工场地，对施工场地要求比较苛刻。但洞内冻结法加固方式费用要比地面土体加固矿山法施工费用高很多，增加区间隧道工程每米造价。

　　目前，建设部已经推出城市轨道交通预算定额，地铁建设开展较早的一些城市也早已推出地方地铁定额来供造价编制人员使用。涉及地铁区间隧道盾构法施工的定额大概有20多条子目，但对隧道工程造价影响较大的定额子目并不多。盾构机的制造费用摊销已经在盾构机的掘进定额子目中考虑，不需要再重新计算。编制工程造价时人工、材料、机械台班单价等采用当地当期的建筑工程材料及设备价格信息公布的信息价，计价依据采用当地的建设工程造价计价规则的有关规定。按盾构机的安装、拆除;车架的安装、拆除;盾构机的掘进;压浆;柔性接缝环;预制钢筋混凝土管片制作与拼装;管片场外运输以及场内的短驳运输;管片设置密封条;管片嵌缝;管片手孔处理;负环管片拆除;隧道内管线路拆除等定额子目来进行造价的编制。

　　5、 盾构法施工的造价控制：

　　通过分析地铁区间暗挖隧道盾构法施工过程中的组成费用，这些都是影响工程造价的主要因素。但这些因素中不确定因素主要有两个：一是地质因素，由于区间隧道工程是一个线性工程，目前主要依赖钻探方式来确定地层情况，但钻探并不能完全真实的反映工程地质情况。第二种为地表建(构)筑物和地下管线情况，因为有些房屋建造年代久远没有基础资料，不能确定其基础情况。地下管线虽然可以查询存档资料，但主要还是依靠物探的方式来进行探明位置，使用情况不确定。

　　6、 结束语：

　　综上所述，地铁区间隧道盾构法施工的造价控制关键点在设计阶段，通过地质资料的分析，选用合理的盾构机类型(盾构机制造费用摊销);经过计算钢筋混凝土管片的宽度、厚度;按照施工工序选用合适的定额子目，进行造价编制;完善施工组织方案，精心组织施工，才能确定区间隧道的盾构法施工经济技术分析的合理性。

　　【参考文献】：

　　[1] 蒋洪军;各城市地铁盾构造价编制及定额浅析[J];隧道建设;2007年06期;

　　[2] 陈超;城市地铁盾构法施工技术经济分析[J];施工技术;2005年S1期;