成都地铁4号线一期工程土建7标盾构施工成本分析与控制

成都地铁4号线一期工程土建7标盾构施工成本分析与控制

在城市地铁的隧道施工中，盾构法施工由于其施工速度快、安全性高、噪声小等诸多优点，越来越多的受到地铁设计单位、建设单位、施工单位等各方的青睐，近几年在很多地铁隧道施工的招标合同中，也基本上都要求采用盾构法施工。如何来把施工效益最大化，是我们最关心的问题！那么如何把效益最大化？从源头入手、控制施工成本！

标签：盾构施工成本分析控制

1、引言

在现代化城市建设中，地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道，由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术，使得其在城市地下空间的开发中也取得了巨大的成功，并被越来越多地应用于城市地铁、上下水道以及地下共同沟等隧道工程建设中，在我国的各大主要城市，如上海、北京、深圳、广州和南京等地，已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。现在成都、西安、杭州等地也正在开始采用盾构法修建地铁隧道。但是，一方面伴随着各主要城市为解决制约城市经济发展的交通瓶颈问题，对发展地下轨道交通有着较大的需求，另一方面，采用盾构法施工的隧道，从工程造价上来看是非常昂贵的。这在一定程度上制约了城市地下空间的开发和利用。因此，如何合理地控制盾构隧道的建设成本、降低工程造价，已成为当前地下空间开发必须认真研究的课题。

本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上，主要从降低盾构施工费用方面，结合成都地铁4号线一期工程土建7标盾构施工（省文联站～玉双路站盾构区间）讲述如何控制盾构施工成本。

2、盾构隧道的成本构成

表1是对省文联站～玉双路站盾构区间建设成本的构成分析，从中我们可以看出各主要项目在整个隧道建设中所占的比例，并且，还可发现构成费用的主体主要有这几大项：管片、材料消耗费、掘进劳务费及其他、盾构机折旧等。

3.1.2地质情况

本标段隧道主要穿越卵石土层，卵、砾石成分以灰岩、砂岩、石英岩等为主，呈圆形～亚圆形，粒径大小不一，分选性差。卵石含量约68%，粒径以30～100mm 为主，圆砾含量约10%，兼夹漂石，漂石最大粒径270mm。卵石硬，最大强度可达200MP。卵、砾石以中等风化为主。充填物主要为中细砂及少量粘性土。卵石土层顶板埋深8.2～22.0m。下图为成都砂卵地层资料照片。

3.1.3盾构施工困难分析

（1）大漂石、孤石难以破碎；（2）遇到富含水地层，易形成喷涌，另外在高含水量、高水压地层中如何确保盾尾的密封也显得尤为重要。（3）地层极具透水性，同步注浆浆液易流失，易造成地表塌陷，要加强地面注浆；（4）掌子面不稳定，降水效果不明显，换刀作业困难。（5）盾构穿越大量建筑物，控制盾构施工过过程中造成的扰动坍塌，以及掘进后的沉降积累造成的地面塌陷困难。

成都这种卵石含量高、高富水条件用于土压平衡盾构机在世界范围内还是首次，盾构施工的成本控制难度要大得多，无论在盾构机选型上、渣土改良方面、地表沉降控制、换刀作业方面都提出了一个新的课题，这就需要我们想出一切好办法即要降低盾构机的各种消耗材料，又要提高盾构机的掘进速度，从而降低盾构施工成本。

3.2合理的盾构机选型

盾构机的选型主要包括：盾构机的选型不仅直接关系到设备的购置费，更与造价的合理性有关。因此，合理而科学的盾构选型应结合拟建隧道的功能、总长度、埋深、地质条件，沿线地面建筑物、地下构筑物和管线等环境条件，以及对地表变形的控制要求等做综合的分析后决定，从而使得所选盾构产生最大的费效比。

针对成都特殊的地质条件，中铁四局选用是德国海瑞克公司的加泥复合式土压平衡盾构机S786、S787。S786、S787针对成都地质条件比以往的海瑞克盾构机有了较大的改变，尤其在刀盘上采取硬岩刀具配置，并全部位置加焊耐磨钢板，刮刀采用宽250mm的大刮刀（如图2），可以提高刀盘及刀具的耐磨性，减少开仓换刀的次数。此种盾构机的选型对成都地质条件下大卵石的破碎、刀盘和螺旋输送机的耐磨性以及防止喷涌等方面都有很好的作用。

3.3渣土改良试验

成都卵石含量高、高富水的地质条件要求盾构机的渣土改良方案必须可行，同时添加剂的成本要控制为最合理状态。这就需要在盾构始发阶段进行大量的渣土改良试验，以达到盾构机的渣土具有比较好的流动性、塑性和极低的水渗透性，才能保证螺旋输送机出渣的顺畅，有效控制地表的沉降，提高盾构机的掘进速度，从而降低盾构施工成本。

我们采用的钙质膨润土和钠质膨润土，两种膨润土均为绵阳堃山膨润土厂家生产，两者膨润土都有体积膨胀的效果。渣土改良主要针对S786盾构机配备的渣土改良设备进行。主要试验结果如下：

钠质膨润土和水的比例采用0.2：1，搅拌后渣土的流动性、塑性都很好（如图3、图4），碴土和易性是判定碴土改良效果的重要标准，渣土改良很大程度上影响了盾构推进效率。

成都砂卵石土层的摩擦角较大，抗剪强度较高，在200kPa固节压力下的

直剪强度为188.238kPa，使得盾构掘进过程中需要维持较大的刀盘扭矩，容易造成盾构推进困难。不同比例的泡沫注入重塑土进行改良后，其土体的内摩擦角和抗剪强度均比改良前有不同程度降低，对土体改良效果较为明显；其中按5% 比例的泡沫注入使重塑土體的内摩擦角降低最大约5°；按3% 比例的泡沫液注入后的重塑土抗剪强度与按5% 比例的泡沫注入后的重塑土抗剪强度相当，综合分析，选取3%溶液浓度较为合理。

根据渣土改良试验结果，成都地质条件下聚合物是必不可少的一种添加剂，它不仅可以降低水的渗透性，还可以提高渣土的塑性。盾构施工中保证盾构机正常掘进的条件下，可以适量减少添加剂的数量，以降低成本。在泡沫剂、聚合物和膨润土之间找出一个好的添加方案，即能保证盾构机的掘进，又能降低添加剂成本。

3.4刀具的成本控制在盾构施工中，刀具的消耗始终是一个最大的成本消耗，也是一个不确定的成本消耗。有许多难以预测的成本消耗如盾构机被困、必须带压换刀等都是由于刀具的不及时更换造成的。

在成都地质条件下盾构机刀盘的型式已经确定，无法进行更改，主要要找出一个比较理想的刀具布置方案，才能将大卵石破碎。根据掘进情况考虑是否将周边单刃滚刀布置成双刃滚刀。同时盾构机司机的操作技术对刀具的磨损也起着决定性的作用。

3.5其它消耗性材料成本控制

盾构机掘进中有许多消耗及损耗性的材料，需要管理人员对材料的多余损耗进行控制，降低损耗，同时将消耗性产品找出最适合于盾构机掘进施工的量，做到盾构机即能顺利掘进，又能减少消耗，主要体现在以下几个方面：

（1）盾尾脂、HBW脂、润滑脂根据盾构机的掘进技术和不同的厂家材料性能决定不同的注入数量和速率，如麦斯的盾尾脂注脂压力控制在20bar，康达特的盾尾脂注脂压力控制在25bar等，并且要控制好盾构机的掘进姿态、选择好管片类型、各系统出现故障及时处理，防止盾尾间隙不好漏浆等，以减少非正常的材料消耗；

（2）各种消耗产品要使用干净，如盾尾脂、HBW脂、润滑脂等气动泵难以泵出部分要清理干净，移到另一待泵桶中，以减少损耗；

（3）對盾构机维修保养的好，运转正常，不仅可以提高隧道掘进速度，更可以提高盾构使用寿命，从而从总体上节约成本。

4、总结

影响盾构施工成本的因素很多。因此控制盾构施工成本要从多方面入手。本文主要针对成都地铁4号线土建7标介绍从合理的盾构机选型、渣土改良方面、

刀具的消耗、其它消耗性材料等方面控制盾构施工成本。当然，盾构施工成本由于不同的盾构施工项目、不同的地质条件也会有不同的盾构施工成本控制重点。

参考文献

[1]张凤祥、杨宏燕、顾德昆等，对我国发展盾构技术的一点看法。岩石力学与工程学报，1999，18（5）：611～614

[2]尹旅超，朱振宏，李玉珍等，日本盾构隧道新技术。武汉：华中理工大学出版社，1999.76～78

[3]海瑞克盾构机S786技术文件

[4]成都地铁4号线一期工程土建7标施工盾构岩土勘查报告

高影（1980.12-）安徽省阜阳市人，汉，本科，工程师，主要从事工程预算工作