成都地鐵4號線一期工程土建7標盾構施工成本分析與控制

摘要：在城市地鐵的隧道施工中，盾構法施工由于其施工速度快、安全性高、噪聲小等諸多優點，越來越多的受到地鐵設計單位、建設單位、施工單位等各方的青睞，近幾年在很多地鐵隧道施工的招標合同中，也基本上都要求采用盾構法施工。如何來把施工效益最大化，是我們最關心的問題！那么如何把效益最大化？從源頭入手、控制施工成本！

關鍵詞： 盾構施工 成本 分析 控制

1、引言

在現代化城市建設中，地下空間的開發利用已成為一個重要的組成部分。而盾構法隧道，由于其先進的施工工藝和不斷完善的施工技術，使得其在城市地下空間的開發中也取得了巨大的成功，并被越來越多地應用于城市地鐵、上下水道以及地下共同溝等隧道工程建設中，在我國的各大主要城市，如上海、北京、深圳、廣州和南京等地，已建和在建的地鐵隧道大都采用盾構法施工。現在成都、西安、杭州等地也正在開始采用盾構法修建地鐵隧道。但是，一方面伴隨著各主要城市為解決制約城市經濟發展的交通瓶頸問題，對發展地下軌道交通有著較大的需求，另一方面，采用盾構法施工的隧道，從工程造價上來看是非常昂貴的。這在一定程度上制約了城市地下空間的開發和利用。因此，如何合理地控制盾構隧道的建設成本、降低工程造價，已成為當前地下空間開發必須認真研究的課題。

本文在分析了盾構法隧道成本構成的基礎上，主要從降低盾構施工費用方面，結合成都地鐵4號線一期工程土建7標盾構施工（省文聯站～玉雙路站盾構區間）講述如何控制盾構施工成本。

2、盾構隧道的成本構成

表1是對省文聯站～玉雙路站盾構區間建設成本的構成分析，從中我們可以看出各主要項目在整個隧道建設中所占的比例，并且，還可發現構成費用的主體主要有這幾大項：管片、材料消耗費、掘進勞務費及其他、盾構機折舊等。

3.1.2地質情況

本標段隧道主要穿越卵石土層，卵、礫石成分以灰巖、砂巖、石英巖等為主，呈圓形～亞圓形，粒徑大小不一，分選性差。卵石含量約68%，粒徑以30～100mm為主，圓礫含量約10%，兼夾漂石，漂石最大粒徑270mm。卵石硬，最大強度可達200MP。卵、礫石以中等風化為主。充填物主要為中細砂及少量粘性土。卵石土層頂板埋深8.2～22.0m。下圖為成都砂卵地層資料照片。

3.1.3盾構施工困難分析

（1）大漂石、孤石難以破碎；（2）遇到富含水地層，易形成噴涌，另外在高含水量、高水壓地層中如何確保盾尾的密封也顯得尤為重要。（3）地層極具透水性，同步注漿漿液易流失，易造成地表塌陷，要加強地面注漿；（4）掌子面不穩定，降水效果不明顯，換刀作業困難。（5）盾構穿越大量建筑物，控制盾構施工過過程中造成的擾動坍塌，以及掘進后的沉降積累造成的地面塌陷困難。

成都這種卵石含量高、高富水條件用于土壓平衡盾構機在世界范圍內還是首次，盾構施工的成本控制難度要大得多，無論在盾構機選型上、渣土改良方面、地表沉降控制、換刀作業方面都提出了一個新的課題，這就需要我們想出一切好辦法即要降低盾構機的各種消耗材料，又要提高盾構機的掘進速度，從而降低盾構施工成本。

3.2合理的盾構機選型

盾構機的選型主要包括：盾構機的選型不僅直接關系到設備的購置費，更與造價的合理性有關。因此，合理而科學的盾構選型應結合擬建隧道的功能、總長度、埋深、地質條件，沿線地面建筑物、地下構筑物和管線等環境條件，以及對地表變形的控制要求等做綜合的分析后決定，從而使得所選盾構產生最大的費效比。

針對成都特殊的地質條件，中鐵四局選用是德國海瑞克公司的加泥復合式土壓平衡盾構機S786、S787。S786、S787針對成都地質條件比以往的海瑞克盾構機有了較大的改變，尤其在刀盤上采取硬巖刀具配置，并全部位置加焊耐磨鋼板，刮刀采用寬250mm的大刮刀（如圖2），可以提高刀盤及刀具的耐磨性，減少開倉換刀的次數。此種盾構機的選型對成都地質條件下大卵石的破碎、刀盤和螺旋輸送機的耐磨性以及防止噴涌等方面都有很好的作用。

3.3渣土改良試驗

成都卵石含量高、高富水的地質條件要求盾構機的渣土改良方案必須可行，同時添加劑的成本要控制為最合理狀態。這就需要在盾構始發階段進行大量的渣土改良試驗，以達到盾構機的渣土具有比較好的流動性、塑性和極低的水滲透性，才能保證螺旋輸送機出渣的順暢，有效控制地表的沉降，提高盾構機的掘進速度，從而降低盾構施工成本。

我們采用的鈣質膨潤土和鈉質膨潤土，兩種膨潤土均為綿陽堃山膨潤土廠家生產，兩者膨潤土都有體積膨脹的效果。渣土改良主要針對S786盾構機配備的渣土改良設備進行。主要試驗結果如下：

鈉質膨潤土和水的比例采用0.2：1，攪拌后渣土的流動性、塑性都很好（如圖3、圖4），碴土和易性是判定碴土改良效果的重要標準，渣土改良很大程度上影響了盾構推進效率。

成都砂卵石土層的摩擦角較大， 抗剪強度較高， 在200kPa固節壓力下的直剪強度為188.238kPa， 使得盾構掘進過程中需要維持較大的刀盤扭矩， 容易造成盾構推進困難。不同比例的泡沫注入重塑土進行改良后，其土體的內摩擦角和抗剪強度均比改良前有不同程度降低，對土體改良效果較為明顯；其中按5% 比例的泡沫注入使重塑土體的內摩擦角降低最大約5°；按3% 比例的泡沫液注入后的重塑土抗剪強度與按5% 比例的泡沫注入后的重塑土抗剪強度相當， 綜合分析， 選取3%溶液濃度較為合理。

根據渣土改良試驗結果，成都地質條件下聚合物是必不可少的一種添加劑，它不僅可以降低水的滲透性，還可以提高渣土的塑性。盾構施工中保證盾構機正常掘進的條件下，可以適量減少添加劑的數量，以降低成本。在泡沫劑、聚合物和膨潤土之間找出一個好的添加方案，即能保證盾構機的掘進，又能降低添加劑成本。

3.4刀具的成本控制

在盾構施工中，刀具的消耗始終是一個最大的成本消耗，也是一個不確定的成本消耗。有許多難以預測的成本消耗如盾構機被困、必須帶壓換刀等都是由于刀具的不及時更換造成的。

在成都地質條件下盾構機刀盤的型式已經確定，無法進行更改，主要要找出一個比較理想的刀具布置方案，才能將大卵石破碎。根據掘進情況考慮是否將周邊單刃滾刀布置成雙刃滾刀。同時盾構機司機的操作技術對刀具的磨損也起著決定性的作用。

3.5其它消耗性材料成本控制

盾構機掘進中有許多消耗及損耗性的材料，需要管理人員對材料的多余損耗進行控制，降低損耗，同時將消耗性產品找出最適合于盾構機掘進施工的量，做到盾構機即能順利掘進，又能減少消耗，主要體現在以下幾個方面：

（1）盾尾脂、HBW脂、潤滑脂根據盾構機的掘進技術和不同的廠家材料性能決定不同的注入數量和速率，如麥斯的盾尾脂注脂壓力控制在20bar，康達特的盾尾脂注脂壓力控制在25bar等，并且要控制好盾構機的掘進姿態、選擇好管片類型、各系統出現故障及時處理，防止盾尾間隙不好漏漿等，以減少非正常的材料消耗；

（2）各種消耗產品要使用干凈，如盾尾脂、HBW脂、潤滑脂等氣動泵難以泵出部分要清理干凈，移到另一待泵桶中，以減少損耗；

（3）對盾構機維修保養的好，運轉正常，不僅可以提高隧道掘進速度，更可以提高盾構使用壽命，從而從總體上節約成本。

4、總結

影響盾構施工成本的因素很多。因此控制盾構施工成本要從多方面入手。本文主要針對成都地鐵4號線土建7標介紹從合理的盾構機選型、渣土改良方面、刀具的消耗、其它消耗性材料等方面控制盾構施工成本。當然，盾構施工成本由于不同的盾構施工項目、不同的地質條件也會有不同的盾構施工成本控制重點。

參考文獻

[1]張鳳祥、楊宏燕、顧德昆等，對我國發展盾構技術的一點看法。巖石力學與工程學報，1999，18（5）：611～614

[2]尹旅超，朱振宏，李玉珍等，日本盾構隧道新技術。武漢：華中理工大學出版社，1999.76～78

[3]海瑞克盾構機S786技術文件

[4]成都地鐵4號線一期工程土建7標施工盾構巖土勘查報告

作者簡介

高影（1980.12-）安徽省阜陽市人，漢，本科，工程師，主要從事工程預算工作