城市地鐵盾構法施工技術經濟分析[摘要]以上海軌道交通楊浦線一期工程Ⅶ標為例，介紹了地鐵區間隧道的施工方法、工序及造價分析。[關鍵詞]盾構法施工；地鐵；施工方法；造價分析 盾構法隧道施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾構作為開挖地下土體及支護土體和拼裝隧道襯砌的機具，掘進1環，拼裝1環，循環工作，直至完成整條隧道。上海市在地鐵隧道施工方面，從1989年在地下鐵道一號線工程正式采用盾構法修建區間隧道以來，到2003年，上海軌道交通楊浦線(M8線)首次采用雙圓盾構隧道新技術，掘進區間隧道2.6km。上海已擁有了世界上所有的先進設備，并掌握了其施工操作方法和技術，隧道修建的長度、速度、質量、科研理論均已接近世界先進水平。盡管如此，與國外還是存在著不小的差距，從施工角度來看，中外盾構技術的差距表現在：國外的盾構工法種類多且全，國內的工法比較單一；斷面多樣化、高速施工、近鄰施工、長距離、成本控制成為國外盾構技術發展的主流；國內近年來大斷面、大深度、近鄰施工的技術逐漸成熟，與國外差距不大；國內在復雜斷面、成本控制上相對落后。1盾構法施工的基本條件 盾構法施工的基本條件是：線位上允許建造用于盾構進出洞和出碴進料的工作井；隧道要有足夠的埋深，覆土深度宜不小于隧道直徑的1倍；相對均質的地質條件；如果是單洞則要有足夠的線間距，洞與洞及洞與其它建(構)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從經濟角度講，當工程規模較小時，工程造價相對較高，如對于短于750m的隧道，用統計資料顯示，被認為是不經濟的。 因此，在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管線密布，對地面沉降要求嚴格的城區，不宜采用明挖法，且地下水發育，圍巖穩定性差，或隧道很長而又工期要求緊迫，不能采用較為經濟的礦山法時，采用盾構法施工才是經濟合理的。 盾構法施工具有施工速度快、洞體質量比較穩定、對周圍建筑物影響較小等特點，適合在軟土地基段施工。對于上海來說絕大部分都是軟土地基，而且考慮到地面建筑、設施密集，地下管線眾多，環境保護要求高等因素，采用盾構法施工是比較合理經濟的。2盾構法施工的步驟 盾構法施工的工序較為復雜且施工精度及技術含量很高，其主要施工步驟為: 在盾構法施工隧道的起始端和終端各建一個工作井，分別稱為始發井和到達井(或稱拼裝室、拆卸室)； 盾構在端頭井內拼裝就位；洞口地層加固；依靠盾構千斤頂推力(作用在已拼裝好的襯砌環和工作井后壁上)將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出(此工序為盾構出洞)；盾構在地層中沿著設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；及時向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環位置；盾構進入終端工作井并被拆除(此工序為盾構進洞)，如施工需要，可穿越工作井或盾構過站再向前推進。 盾構掘進過程可劃分為4 個階段:① 負環段掘進(從拼裝后靠管片起至盾尾離開出洞井內壁止)；② 出洞段掘進(從盾尾離開出洞井內壁至盾尾離開出洞井內壁40 m 止)；③ 正常段掘進(從出洞段掘進結束到進洞段掘進開始)；④ 進洞段掘進(從盾構切口距進洞井外壁5 倍盾構直徑起到盾構入基座止)。
3 盾構法施工的經濟分析 對于地鐵建設，區間隧道結合車站結構施工，盾構工作井可以作為車站結構一部分，隧道施工可以省去工作井建造，這樣可以節省投資。 地鐵隧道盾構法施工預算的編制應包括以下內容：封門制作及拆除；管片制作及拼裝；管片場內外運輸；結構防水；盾構基座；平臺安裝(制作)及拆除；負環管片拆除；盾構掘進；盾構機吊裝及拆除；注漿；盾構機部件進場運輸；監測；土石方運輸。 現以中興路站～曲阜路站及曲阜路站～人民廣場站區間兩處為例，按上述方法計算盾構法施工隧道技術經濟指標，含稅指標如表1所示。 從表1可以看出，區間長度越長，技術經濟指標越低。此外，采用不同的施工方法的土建結構技術經濟指標也不同。經測算，對于區間長度大于300m的軟土地段，采用盾構法施工較普通暗挖法經濟。例如，某區間軟土地段全長380雙延米，采用普通暗挖法施工，含稅指標137472元/雙延米，采用盾構法施工，含稅指標121730元/雙延米，較前者節約造價12.93%。可見，在軟土地段若條件允許，應優先考慮盾構法施工。 不同的施工方法在進行方案比較時，其技術經濟指標在分析過程中還應考慮多方面的因素。另外不同地區定額水平及取費的高低，也會使造價產生很大的差別。總之，需要全面考慮影響因素，合理確定工程造價。4結語 隨著我國工程建設法規、法制的完善、對大型工程建設項目綜合效益的要求和環境保護意識的提高，在城市地下鐵道的建設中，因埋深條件、周邊環境條件等因素的限制，在建筑物密集的繁華市區和特殊地質地形區段普遍要求采用暗挖法施工。目前我國在暗挖法施工中，礦山法暗挖施工是應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踐上看，因其施工工藝復雜、施工期間的安全性和工程進度及投資難于控制、不能從根本上解決隧道滲漏水問題、建成后在運營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中已受到越來越多的局限。而作為暗挖施工法之—的盾構施工法以其良好的防滲漏水性、施工安全系數、對周圍環境的影響極小等優點，在地下鐵道的建設中已成為重要的可選施工方法之—，在許多場合已成為首選方法。尤其是隨著近年國內盾構設備技術水平的提高、盾構設備在工程成本中所占比重的下降，盾構法施工的綜合工程造價已接進甚至低于礦山法暗挖施工，特別是在地層條件差、地質情況復雜、地下水位高等情況下盾構法已具明顯技術經濟優越性。隨著我國新一輪城市基礎設施大規模建設高潮的到來，地下鐵道的建設呈高速增長之勢，從長遠來看，盾構隧道技術在包括城市地下鐵道在內的基礎設施建設中應用前景十分廣闊。 根據掌握的工程地質及水文地質資料，若采用盾構法施工，較為適用的盾構形式是泥水盾構或土壓平衡盾構。泥水盾構對地層穩定性的控制較好，但工藝復雜且輔助設備多，尤其是需要泥水處理設備，占地面積大，費用較高。土壓平衡盾構可節省泥水處理設備費用，造價比泥水盾構低，對周圍環境無污染。通過大量的工程實踐，土壓平衡盾構已大大地顯示出技術經濟上的優越性，因而得到了快速的發展和推廣，成為當前隧道施工的首選方案。它可根據不同的施工條件和地質要求，采用不同的開挖面穩定裝置和排土力式，設計成不同類型的土壓平衡盾構，使其能適應從松散粘性土至砂卵石土層范圍內的各種土層，能更好地穩定開挖面地層，減小和防止地面變形，提高隧道施工質量。
3 盾構法施工的經濟分析 對于地鐵建設，區間隧道結合車站結構施工，盾構工作井可以作為車站結構一部分，隧道施工可以省去工作井建造，這樣可以節省投資。 地鐵隧道盾構法施工預算的編制應包括以下內容：封門制作及拆除；管片制作及拼裝；管片場內外運輸；結構防水；盾構基座；平臺安裝(制作)及拆除；負環管片拆除；盾構掘進；盾構機吊裝及拆除；注漿；盾構機部件進場運輸；監測；土石方運輸。 現以中興路站～曲阜路站及曲阜路站～人民廣場站區間兩處為例，按上述方法計算盾構法施工隧道技術經濟指標，含稅指標如表1所示。 從表1可以看出，區間長度越長，技術經濟指標越低。此外，采用不同的施工方法的土建結構技術經濟指標也不同。經測算，對于區間長度大于300m的軟土地段，采用盾構法施工較普通暗挖法經濟。例如，某區間軟土地段全長380雙延米，采用普通暗挖法施工，含稅指標137472元/雙延米，采用盾構法施工，含稅指標121730元/雙延米，較前者節約造價12.93%。可見，在軟土地段若條件允許，應優先考慮盾構法施工。 不同的施工方法在進行方案比較時，其技術經濟指標在分析過程中還應考慮多方面的因素。另外不同地區定額水平及取費的高低，也會使造價產生很大的差別。總之，需要全面考慮影響因素，合理確定工程造價。4結語 隨著我國工程建設法規、法制的完善、對大型工程建設項目綜合效益的要求和環境保護意識的提高，在城市地下鐵道的建設中，因埋深條件、周邊環境條件等因素的限制，在建筑物密集的繁華市區和特殊地質地形區段普遍要求采用暗挖法施工。目前我國在暗挖法施工中，礦山法暗挖施工是應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踐上看，因其施工工藝復雜、施工期間的安全性和工程進度及投資難于控制、不能從根本上解決隧道滲漏水問題、建成后在運營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中已受到越來越多的局限。而作為暗挖施工法之—的盾構施工法以其良好的防滲漏水性、施工安全系數、對周圍環境的影響極小等優點，在地下鐵道的建設中已成為重要的可選施工方法之—，在許多場合已成為首選方法。尤其是隨著近年國內盾構設備技術水平的提高、盾構設備在工程成本中所占比重的下降，盾構法施工的綜合工程造價已接進甚至低于礦山法暗挖施工，特別是在地層條件差、地質情況復雜、地下水位高等情況下盾構法已具明顯技術經濟優越性。隨著我國新一輪城市基礎設施大規模建設高潮的到來，地下鐵道的建設呈高速增長之勢，從長遠來看，盾構隧道技術在包括城市地下鐵道在內的基礎設施建設中應用前景十分廣闊。 根據掌握的工程地質及水文地質資料，若采用盾構法施工，較為適用的盾構形式是泥水盾構或土壓平衡盾構。泥水盾構對地層穩定性的控制較好，但工藝復雜且輔助設備多，尤其是需要泥水處理設備，占地面積大，費用較高。土壓平衡盾構可節省泥水處理設備費用，造價比泥水盾構低，對周圍環境無污染。通過大量的工程實踐，土壓平衡盾構已大大地顯示出技術經濟上的優越性，因而得到了快速的發展和推廣，成為當前隧道施工的首選方案。它可根據不同的施工條件和地質要求，采用不同的開挖面穩定裝置和排土力式，設計成不同類型的土壓平衡盾構，使其能適應從松散粘性土至砂卵石土層范圍內的各種土層，能更好地穩定開挖面地層，減小和防止地面變形，提高隧道施工質量。
