城市地鐵盾構(gòu)法施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[摘要]以上海軌道交通楊浦線一期工程Ⅶ標(biāo)為例，介紹了地鐵區(qū)間隧道的施工方法、工序及造價(jià)分析。[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)法施工；地鐵；施工方法；造價(jià)分析 盾構(gòu)法隧道施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾構(gòu)作為開(kāi)挖地下土體及支護(hù)土體和拼裝隧道襯砌的機(jī)具，掘進(jìn)1環(huán)，拼裝1環(huán)，循環(huán)工作，直至完成整條隧道。上海市在地鐵隧道施工方面，從1989年在地下鐵道一號(hào)線工程正式采用盾構(gòu)法修建區(qū)間隧道以來(lái)，到2003年，上海軌道交通楊浦線(M8線)首次采用雙圓盾構(gòu)隧道新技術(shù)，掘進(jìn)區(qū)間隧道2.6km。上海已擁有了世界上所有的先進(jìn)設(shè)備，并掌握了其施工操作方法和技術(shù)，隧道修建的長(zhǎng)度、速度、質(zhì)量、科研理論均已接近世界先進(jìn)水平。盡管如此，與國(guó)外還是存在著不小的差距，從施工角度來(lái)看，中外盾構(gòu)技術(shù)的差距表現(xiàn)在：國(guó)外的盾構(gòu)工法種類(lèi)多且全，國(guó)內(nèi)的工法比較單一；斷面多樣化、高速施工、近鄰施工、長(zhǎng)距離、成本控制成為國(guó)外盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的主流；國(guó)內(nèi)近年來(lái)大斷面、大深度、近鄰施工的技術(shù)逐漸成熟，與國(guó)外差距不大；國(guó)內(nèi)在復(fù)雜斷面、成本控制上相對(duì)落后。1盾構(gòu)法施工的基本條件 盾構(gòu)法施工的基本條件是：­線位上允許建造用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井；­隧道要有足夠的埋深，覆土深度宜不小于隧道直徑的1倍；­相對(duì)均質(zhì)的地質(zhì)條件；­如果是單洞則要有足夠的線間距，洞與洞及洞與其它建(構(gòu))筑物之間所夾土(巖)體加固處理的最小厚度為水平方向1.0m，豎直方向1.5m；⑤從經(jīng)濟(jì)角度講，當(dāng)工程規(guī)模較小時(shí)，工程造價(jià)相對(duì)較高，如對(duì)于短于750m的隧道，用統(tǒng)計(jì)資料顯示，被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的。 因此，在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管線密布，對(duì)地面沉降要求嚴(yán)格的城區(qū)，不宜采用明挖法，且地下水發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，或隧道很長(zhǎng)而又工期要求緊迫，不能采用較為經(jīng)濟(jì)的礦山法時(shí)，采用盾構(gòu)法施工才是經(jīng)濟(jì)合理的。 盾構(gòu)法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對(duì)周?chē)ㄖ镉绊戄^小等特點(diǎn)，適合在軟土地基段施工。對(duì)于上海來(lái)說(shuō)絕大部分都是軟土地基，而且考慮到地面建筑、設(shè)施密集，地下管線眾多，環(huán)境保護(hù)要求高等因素，采用盾構(gòu)法施工是比較合理經(jīng)濟(jì)的。2盾構(gòu)法施工的步驟 盾構(gòu)法施工的工序較為復(fù)雜且施工精度及技術(shù)含量很高，其主要施工步驟為: ­在盾構(gòu)法施工隧道的起始端和終端各建一個(gè)工作井，分別稱(chēng)為始發(fā)井和到達(dá)井(或稱(chēng)拼裝室、拆卸室)；­ 盾構(gòu)在端頭井內(nèi)拼裝就位；­洞口地層加固；­依靠盾構(gòu)千斤頂推力(作用在已拼裝好的襯砌環(huán)和工作井后壁上)將盾構(gòu)從起始工作井的墻壁開(kāi)孔處推出(此工序?yàn)槎軜?gòu)出洞)；­盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時(shí)不斷出土和安裝襯砌管片；­及時(shí)向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動(dòng)和固定襯砌環(huán)位置；­盾構(gòu)進(jìn)入終端工作井并被拆除(此工序?yàn)槎軜?gòu)進(jìn)洞)，如施工需要，可穿越工作井或盾構(gòu)過(guò)站再向前推進(jìn)。 盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程可劃分為4 個(gè)階段:① 負(fù)環(huán)段掘進(jìn)(從拼裝后靠管片起至盾尾離開(kāi)出洞井內(nèi)壁止)；② 出洞段掘進(jìn)(從盾尾離開(kāi)出洞井內(nèi)壁至盾尾離開(kāi)出洞井內(nèi)壁40 m 止)；③ 正常段掘進(jìn)(從出洞段掘進(jìn)結(jié)束到進(jìn)洞段掘進(jìn)開(kāi)始)；④ 進(jìn)洞段掘進(jìn)(從盾構(gòu)切口距進(jìn)洞井外壁5 倍盾構(gòu)直徑起到盾構(gòu)入基座止)。3 盾構(gòu)法施工的經(jīng)濟(jì)分析 對(duì)于地鐵建設(shè)，區(qū)間隧道結(jié)合車(chē)站結(jié)構(gòu)施工，盾構(gòu)工作井可以作為車(chē)站結(jié)構(gòu)一部分，隧道施工可以省去工作井建造，這樣可以節(jié)省投資。 地鐵隧道盾構(gòu)法施工預(yù)算的編制應(yīng)包括以下內(nèi)容：­封門(mén)制作及拆除；­管片制作及拼裝；­管片場(chǎng)內(nèi)外運(yùn)輸；­結(jié)構(gòu)防水；­盾構(gòu)基座；­平臺(tái)安裝(制作)及拆除；­負(fù)環(huán)管片拆除；­盾構(gòu)掘進(jìn)；­盾構(gòu)機(jī)吊裝及拆除；­注漿；盾構(gòu)機(jī)部件進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸；監(jiān)測(cè)；土石方運(yùn)輸。 現(xiàn)以中興路站～曲阜路站及曲阜路站～人民廣場(chǎng)站區(qū)間兩處為例，按上述方法計(jì)算盾構(gòu)法施工隧道技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，含稅指標(biāo)如表1所示。 從表1可以看出，區(qū)間長(zhǎng)度越長(zhǎng)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越低。此外，采用不同的施工方法的土建結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不同。經(jīng)測(cè)算，對(duì)于區(qū)間長(zhǎng)度大于300m的軟土地段，采用盾構(gòu)法施工較普通暗挖法經(jīng)濟(jì)。例如，某區(qū)間軟土地段全長(zhǎng)380雙延米，采用普通暗挖法施工，含稅指標(biāo)137472元/雙延米，采用盾構(gòu)法施工，含稅指標(biāo)121730元/雙延米，較前者節(jié)約造價(jià)12.93%。可見(jiàn)，在軟土地段若條件允許，應(yīng)優(yōu)先考慮盾構(gòu)法施工。 不同的施工方法在進(jìn)行方案比較時(shí)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在分析過(guò)程中還應(yīng)考慮多方面的因素。另外不同地區(qū)定額水平及取費(fèi)的高低，也會(huì)使造價(jià)產(chǎn)生很大的差別。總之，需要全面考慮影響因素，合理確定工程造價(jià)。4結(jié)語(yǔ) 隨著我國(guó)工程建設(shè)法規(guī)、法制的完善、對(duì)大型工程建設(shè)項(xiàng)目綜合效益的要求和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在城市地下鐵道的建設(shè)中，因埋深條件、周邊環(huán)境條件等因素的限制，在建筑物密集的繁華市區(qū)和特殊地質(zhì)地形區(qū)段普遍要求采用暗挖法施工。目前我國(guó)在暗挖法施工中，礦山法暗挖施工是應(yīng)用較普遍的施工方法。但從北京、廣州等地已建地下鐵道的工程實(shí)踐上看，因其施工工藝復(fù)雜、施工期間的安全性和工程進(jìn)度及投資難于控制、不能從根本上解決隧道滲漏水問(wèn)題、建成后在運(yùn)營(yíng)期間的安全隱患較多等因素，礦山法暗挖施工在地下鐵道的建設(shè)中已受到越來(lái)越多的局限。而作為暗挖施工法之—的盾構(gòu)施工法以其良好的防滲漏水性、施工安全系數(shù)、對(duì)周?chē)h(huán)境的影響極小等優(yōu)點(diǎn)，在地下鐵道的建設(shè)中已成為重要的可選施工方法之—，在許多場(chǎng)合已成為首選方法。尤其是隨著近年國(guó)內(nèi)盾構(gòu)設(shè)備技術(shù)水平的提高、盾構(gòu)設(shè)備在工程成本中所占比重的下降，盾構(gòu)法施工的綜合工程造價(jià)已接進(jìn)甚至低于礦山法暗挖施工，特別是在地層條件差、地質(zhì)情況復(fù)雜、地下水位高等情況下盾構(gòu)法已具明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。隨著我國(guó)新一輪城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)高潮的到來(lái)，地下鐵道的建設(shè)呈高速增長(zhǎng)之勢(shì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，盾構(gòu)隧道技術(shù)在包括城市地下鐵道在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中應(yīng)用前景十分廣闊。 根據(jù)掌握的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，若采用盾構(gòu)法施工，較為適用的盾構(gòu)形式是泥水盾構(gòu)或土壓平衡盾構(gòu)。泥水盾構(gòu)對(duì)地層穩(wěn)定性的控制較好，但工藝復(fù)雜且輔助設(shè)備多，尤其是需要泥水處理設(shè)備，占地面積大，費(fèi)用較高。土壓平衡盾構(gòu)可節(jié)省泥水處理設(shè)備費(fèi)用，造價(jià)比泥水盾構(gòu)低，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)污染。通過(guò)大量的工程實(shí)踐，土壓平衡盾構(gòu)已大大地顯示出技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，因而得到了快速的發(fā)展和推廣，成為當(dāng)前隧道施工的首選方案。它可根據(jù)不同的施工條件和地質(zhì)要求，采用不同的開(kāi)挖面穩(wěn)定裝置和排土力式，設(shè)計(jì)成不同類(lèi)型的土壓平衡盾構(gòu)，使其能適應(yīng)從松散粘性土至砂卵石土層范圍內(nèi)的各種土層，能更好地穩(wěn)定開(kāi)挖面地層，減小和防止地面變形，提高隧道施工質(zhì)量。