核電廠盾構輸水隧洞成本控制的技術優化措施

摘要：文章以某濱海核電廠盾構法輸水隧洞的概算分析為基礎，得出盾構法輸水隧洞的工程造價構成情況，再結合盾構法設計和施工的特點，分析影響盾構法輸水隧洞成本的主要技術因素，以此為基礎來提出控制隧洞成本的技術優化措施。

關鍵詞：核電廠；盾構輸水隧洞；技術優化；成本控制；工程造價 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV672 文章編號：1009-2374（2016）01-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.015

近年來，濱海核電廠采用隧洞方式來實現取排水日益增多，盾構法由于其速度快、效率高、工作人員作業環境較好、施工安全保證程度高，是修建輸水隧洞的一種重要施工方法。同時也因為其所需設備復雜特殊、價格昂貴，隧洞口附近需要有較大的施工整備場地，代價較高，在核電廠取排水工程中的應用受到一定的限制，因此有必要結合工程實例分析盾構法輸水隧洞的成本組成，總結影響盾構法輸水隧洞造價的主要技術因素，提出成本控制的技術優化措施。

1 核電廠輸水盾構隧洞成本構成及主要影響因素分析

1.1 某核電廠輸水盾構隧洞工程概況

某沿海核電站取水工程采用雙線盾構隧洞輸水，隧洞軸線平面為直線，水平中心間距29m，盾構輸水隧洞內徑為7.3m，外徑為8.9m，共兩條，采用管片和二次襯砌作為復合支護結構。其中一次襯砌厚度0.5m，作為隧洞的主體結構，二次襯砌0.3m。隧洞軸線為直線。進水口布置在海側的閘門井內，出水口位于陸側的閘門井內。輸水隧洞及進、出口構筑物全長為4420m。隧洞管片為C60高性能防水鋼筋混凝土，二次襯砌采用C40鋼筋混凝土，兩者均摻加聚丙烯合成纖維。

本工程盾構進出洞工作井均采用矩形結構，明挖法施工，維護結構采用噴錨支護體系，C25噴混凝土厚度20cm，錨桿采用直徑25的CD反循環注漿錨桿，二襯采用C40鋼筋混凝土，厚度50cm，底板厚1.5m。

工作井1由兩個盾構井和一個閘門井組成，2個盾構井平面尺寸15m×17m，結構凈距為8.9m，深度為30m，閘門井平面尺寸為12m×49.5m，深度21.5m。工作井2由盾構井、閘門井及連接它們的取水構筑物組成，其中盾構井深度49.5m，平面尺寸16.4m×43.5m，閘門井深度17.5m，平面尺寸20m×67.2m，連接它們的取水構筑物沿線路方向長度為27.8m。

本工程采用一臺泥水加壓平衡式盾構機，其掘進路線為：自出水構筑物（工作井1）出發→取水隧洞一號→進入進水構筑物（工作井2，移位，轉身180°）→取水隧洞二號→最后出水構筑物吊出盾構機。

1.2 某核電廠輸水盾構隧洞成本分析

表1 輸水隧洞概算造價費用構成表

費用項目 占總造價比例

盾構管片 40.6%

盾構掘進 31.2%

盾構工作井 13.2%

二次襯砌 8.7%

小計 93.8%

從表1可以看出，盾構掘進、盾構管片、二次襯砌、盾構工作井是盾構取水隧洞的主要組成部分，尤其是盾構掘進和盾構管片，兩者相加占到總費用比例的71.8%。

1.3 核電廠輸水盾構隧洞成本技術影響因素

影響盾構輸水隧洞成本的因素主要有技術措施和管理措施兩方面。技術措施包括設計方法合理與否，施工材料的選用，施工機械的選擇、工期、成本管理及其他方面等。施工管理措施包括成本管理、進度管理、質量管理和施工管理等。就技術措施而言，從上節的概算造價構成分析來看，影響盾構輸水隧洞造價的因素主要有以下三個方面：（1）盾構隧洞管片及二次襯砌的設計；（2）盾構機的選型設計；（3）盾構隧洞進出口工作豎井的設計。

2 盾構法輸水隧洞的成本控制的技術優化措施

2.1 管片（一次襯砌）的合理設計

2.1.1 管片環的外徑：管片環的外徑尺寸，取決于隧洞凈空和襯砌厚度（管片厚度、二次襯砌厚度等）。管片環的外徑尺寸是隧道設計時的最基本因素。一般隧洞內凈空由以下五個因素確定：（1）建筑限界；（2）內凈空與限界之間的富裕量；（3）施工誤差；（4）隧道襯砌變形；（5）后期變形（沉降或隆起）。

對核電廠輸水隧洞，內凈空主要由過水斷面的面積要求確定，應在滿足輸水斷面的情況下盡可能選擇較小的合理的管片環斷面。

2.1.2 管片的厚度：管片厚度與隧道斷面大小的比，主要取決于土質條件。覆蓋層厚度等荷載條件，但有時隧道的使用目的和管片的施工條件也起支配作用。根據施工經驗，管片厚度一般為管片外徑的4%～6%D（外徑），地鐵區間隧道一般為4.5%～5.6%D（外徑）；大直徑隧道相對厚度較小，一般為4%～5%D（外徑），也有個別隧道達到7%D（外徑）。襯砌厚度的選擇與地質條件、荷載條件密切相關，但更多情況下是經驗取值。

目前盾構管片計算模型主要有以下四種方法：（1）慣用法；（2）修正慣用法；（3）多鉸環法；（4）梁-彈簧模型法。應在滿足上述管片經驗設計要求的情況下選擇合理的計算模型來提高計算的精度，降低的管片厚度，一方面使得隧道斷面縮小，另一方面降低了管片制造成本。

2.1.3 管片寬度：從便于搬運、組裝以及在隧道曲線段上的施工，考慮盾尾的長度條件，管片寬度小一些為好。但是，從降低隧道總長的管片制造成本，減少易出現漏水等缺陷的接頭數量，提高施工速度等方面考慮，則此寬度大一些為好。管片寬度應根據隧道的斷面和最小曲線半徑，結合實際施工經驗，選擇在經濟性、施工性方面較合理的尺寸。

2.1.4 管片環分塊：分塊數越少、結構剛度越大，結構受力相對較大，結構變形較小，但總體上看內力差別不大。從結構防水看，分塊越多，則接縫長度越長，防水難度越大。從縮短拼裝時間，加快施工進度看，管片分塊數越少越好；從減小拼裝難度看，以采用小封頂塊形式為佳；從減小管片制作與運輸難度看，管片長度不宜過大。總體來說，分塊數越多，工作量越大，管片的拼裝工期也相應增加，應根據工程實際選擇合理的管片環分塊數。

2.2 二次襯砌的合理設計

二次襯砌的作用在于防腐、防水、防火、隧道內表面光滑、管片拼裝蛇行修正以及隧道襯砌的補強作用。在確保襯砌強度和結構安全性的條件下，二次襯砌的合理設計（采用最優厚度或者省略），有以下優點：（1）直接導致成本的降低；（2）工期得以縮短；（3）因掘削面的縮小，排出的棄土減少，從而使機器設備、始發及到達豎井等的規?？s小。

圖1 二次襯砌的省略示意圖

2.3 盾構機的合理選型

盾構選型主要依據工程地質條件、隧道設計參數、盾構施工工藝、進度要求等因素綜合進行分析，對盾構類型、驅動方式、功能要求、主要技術參數，輔助設備的配置等進行研究。目前常用的盾構機主要有泥水平衡盾構機和土壓平衡盾構機，其中土壓平衡盾構機占用施工場地較小，設備購置費用及運轉費用較低；泥水平衡盾構機要有較大的泥水處理場地，設備購置費用及運轉費用較高。但是總體來看，兩種盾構機的造價均很高，其選型的正確與否，無論是對盾構施工的技術水平，還是對盾構隧洞的成本控制均起著至關重要的作用。

2.4 盾構工作井的合理設計

從輸水隧洞的概算費用組成可以看出，豎井的建造費用也是取水隧洞的一個重要組成部分。在滿足盾構施工要求的前提下應盡量減少豎井個數和豎井建造規模，隨著豎井個數的減少，盾構機進出豎井的費用以及進出洞口的地層改良費用也要相應減少。此外，選擇合理的施工工法和豎井結構形式的選擇（矩形、圓形）等也很重要，對此須做詳細的技術經濟比較。

3 結語

通過上述分析可以看出，取水盾構隧洞費用主要由盾構掘進、盾構管片、二次襯砌、進出口豎井等構成。為了減少取水盾構隧洞的建造成本，應從管片和襯砌設計、盾構機器設備選型、豎井設計等方面來考慮，這幾個方面是控制輸水隧洞成本的主要技術優化措施。

參考文獻

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作者簡介：高偉（1986-），男，安徽合肥人，深圳中廣核工程設計有限公司土建所工程師，碩士，研究方向：隧道及巖土工程。

（責任編輯：周 瓊）