城市地铁盾构法施工技术经济分析

城市地铁盾构法施工技术经济分析[摘要]以上海轨道交通杨浦线一期工程Ⅶ标为例，介绍了地铁区间隧道的施工方法、工序及造价分析。[关键词]盾构法施工；地铁；施工方法；造价分析 盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，掘进1环，拼装1环，循环工作，直至完成整条隧道。上海市在地铁隧道施工方面，从1989年在地下铁道一号线工程正式采用盾构法修建区间隧道以来，到2003年，上海轨道交通杨浦线(M8线)首次采用双圆盾构隧道新技术，掘进区间隧道2.6km。上海已拥有了世界上所有的先进设备，并掌握了其施工操作方法和技术，隧道修建的长度、速度、质量、科研理论均已接近世界先进水平。尽管如此，与国外还是存在着不小的差距，从施工角度来看，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，与国外差距不大；国内在复杂断面、成本控制上相对落后。1盾构法施工的基本条件 盾构法施工的基本条件是：­线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；­隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于隧道直径的1倍；­相对均质的地质条件；­如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建(构)筑物之间所夹土(岩)体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m；⑤从经济角度讲，当工程规模较小时，工程造价相对较高，如对于短于750m的隧道，用统计资料显示，被认为是不经济的。 因此，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城区，不宜采用明挖法，且地下水发育，围岩稳定性差，或隧道很长而又工期要求紧迫，不能采用较为经济的矿山法时，采用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。对于上海来说绝大部分都是软土地基，而且考虑到地面建筑、设施密集，地下管线众多，环境保护要求高等因素，采用盾构法施工是比较合理经济的。2盾构法施工的步骤 盾构法施工的工序较为复杂且施工精度及技术含量很高，其主要施工步骤为: ­在盾构法施工隧道的起始端和终端各建一个工作井，分别称为始发井和到达井(或称拼装室、拆卸室)；­ 盾构在端头井内拼装就位；­洞口地层加固；­依靠盾构千斤顶推力(作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上)将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出(此工序为盾构出洞)；­盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；­及时向衬砌背后的空隙注浆，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(此工序为盾构进洞)，如施工需要，可穿越工作井或盾构过站再向前推进。 盾构掘进过程可划分为4 个阶段:① 负环段掘进(从拼装后靠管片起至盾尾离开出洞井内壁止)；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 m 止)；③ 正常段掘进(从出洞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 倍盾构直径起到盾构入基座止)。3 盾构法施工的经济分析 对于地铁建设，区间隧道结合车站结构施工，盾构工作井可以作为车站结构一部分，隧道施工可以省去工作井建造，这样可以节省投资。 地铁隧道盾构法施工预算的编制应包括以下内容：­封门制作及拆除；­管片制作及拼装；­管片场内外运输；­结构防水；­盾构基座；­平台安装(制作)及拆除；­负环管片拆除；­盾构掘进；­盾构机吊装及拆除；­注浆；盾构机部件进场运输；监测；土石方运输。 现以中兴路站～曲阜路站及曲阜路站～人民广场站区间两处为例，按上述方法计算盾构法施工隧道技术经济指标，含税指标如表1所示。 从表1可以看出，区间长度越长，技术经济指标越低。此外，采用不同的施工方法的土建结构技术经济指标也不同。经测算，对于区间长度大于300m的软土地段，采用盾构法施工较普通暗挖法经济。例如，某区间软土地段全长380双延米，采用普通暗挖法施工，含税指标137472元/双延米，采用盾构法施工，含税指标121730元/双延米，较前者节约造价12.93%。可见，在软土地段若条件允许，应优先考虑盾构法施工。 不同的施工方法在进行方案比较时，其技术经济指标在分析过程中还应考虑多方面的因素。另外不同地区定额水平及取费的高低，也会使造价产生很大的差别。总之，需要全面考虑影响因素，合理确定工程造价。4结语 随着我国工程建设法规、法制的完善、对大型工程建设项目综合效益的要求和环境保护意识的提高，在城市地下铁道的建设中，因埋深条件、周边环境条件等因素的限制，在建筑物密集的繁华市区和特殊地质地形区段普遍要求采用暗挖法施工。目前我国在暗挖法施工中，矿山法暗挖施工是应用较普遍的施工方法。但从北京、广州等地已建地下铁道的工程实践上看，因其施工工艺复杂、施工期间的安全性和工程进度及投资难于控制、不能从根本上解决隧道渗漏水问题、建成后在运营期间的安全隐患较多等因素，矿山法暗挖施工在地下铁道的建设中已受到越来越多的局限。而作为暗挖施工法之—的盾构施工法以其良好的防渗漏水性、施工安全系数、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的可选施工方法之—，在许多场合已成为首选方法。尤其是随着近年国内盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构法施工的综合工程造价已接进甚至低于矿山法暗挖施工，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。随着我国新一轮城市基础设施大规模建设高潮的到来，地下铁道的建设呈高速增长之势，从长远来看，盾构隧道技术在包括城市地下铁道在内的基础设施建设中应用前景十分广阔。 根据掌握的工程地质及水文地质资料，若采用盾构法施工，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，造价比泥水盾构低，对周围环境无污染。通过大量的工程实践，土压平衡盾构已大大地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性土至砂卵石土层范围内的各种土层，能更好地稳定开挖面地层，减小和防止地面变形，提高隧道施工质量。