成都地鐵1號線一期工程盾構施工2標盾構施工成本分析與控制內容提要：在中國地鐵隧道大都采用盾構法施工。盾構施工成本在一定程度上制約了城市地下空間的開發和利用。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1號線一期工程盾構施工2標（人民北路站至天府廣場站盾構區間）講述如何控制盾構施工成本。關鍵詞：盾構施工成本分析控制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。影響地下鐵道造價的主要因素，降低建設費主要應從以下三方面入手：降低車輛等設備購置費、運營管理費，以及降低作為基礎設施的土建工程的費用。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1號線一期工程盾構施工2標（人民北路站至天府廣場站盾構區間）講述如何控制盾構施工成本，盾構隧道的成本構成表1是對中、日兩國盾構隧道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：管片襯砌、機器設備、廢土運輸處理及豎井建造的防護費用等。針對成都地鐵卵石含量高、高富水等困難條件，主要從盾構機的選型、刀具、渣土改良以及盾構機的掘進技術、盾構始發階段的試驗等方面來講述如何控制盾構施工成本，以達到降低成本，提高效益之目的。成都地鐵1號線一期工程盾構施工2標（人民北路站至天府廣場站盾構區間）成本控制成都地鐵二標基本情況工程概況表1中日兩國盾構隧道各項成本費用構成中國日本項目比例（%）項目比例（%）管片34~38管片30~40二次襯砌12~15二次襯砌5~10盾構機17~19盾構機20~30工程設備5~8工程設備10~15掘進設備9~15掘進設備5~10廢土處理7~16廢土處理10左右掘進勞務費5~11掘進勞務費5左右豎井建造7~18豎井建造5~10進出洞防護4~10進出洞防護3~5其它4~8其它10以內2標段區間段地鐵線路處于人民北路和人民中路上由北向南，沿人民北路南部和人民中路敷設，線路全長左線2390.316m，右線2407.774m。共三個區間，即〔人民北路站～文武路站區間〕里程范圍為Y(Z)CK5+664.400～Y(Z)CK6+796.600，左線長約1137m，右線長約1132m；〔文武路站～騾馬市站區間〕里程范圍為Y(Z)CK7+254.900～Y(Z)CK7+704.640，左線長約442m，右線長約450m;〔騾馬市站～天府廣場站區間〕里程范圍為Y(Z)CK7+887.390～Y(Z)CK8+696.224，左線約長811m，右線長約826m。另區間內還包含有盾構始發井和附屬工程。{3個聯絡通道（2個含泵房），14個洞門}見施工概況圖1施工概況圖1地質分析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，初探揭示最大粒徑180mm，根據試驗段探井和天府廣場基坑揭示最大粒徑達530～550mm，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。盾構機掘進地層照片1水文條件地下水主要有兩種類型：一是松散土層孔隙水，二是基巖裂隙水。第四系孔隙水：主要賦存于全新統（Q4）、上更新統（Q3）和中更新統（Q2）的砂、卵石土中，三層砂卵石層含水極其豐富，形成一個整體含水層，含水層總厚度約26.3～31.7m，為孔隙潛水，局部由于地形和上覆粘性土層控制，具微承壓性。為強透水層，隧道基本位于該層砂、卵石土中，受地下水影響較大。上部的粘性土層為弱透水層，地下水含量甚微，對工程影響較小。根據試驗資料可知，卵石土綜合含水層滲透系數K為12.53～27.4m/d，平均值為16.32m/d，為強透水層。地下車站主體結構和地下區間隧道基本位于該層砂、卵石土中，受地下水影響較大。盾構施工困難分析（1）大漂石、孤石難以破碎，需開倉處理；（2）遇到富含水地層，易形成噴涌；（3）地層極具透水性，同步注漿漿液易流失，易造成地表塌陷；（4）掌子面不穩定，換刀作業困難。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：盾構類型的選擇，如泥水式還是土壓式；盾構機具體結構的選擇，如刀盤型式、刀具配置、開口位置及開口率、推進千斤頂行程等。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。不合理的選型，一方面會因為設備的預留儲備過多，設備的利用率低，從而造成設備購置費用占整個工程造價的比重過高，形成不必要的浪費；另一方面，如果所選盾構不具有很好的地層適應性，不僅會造成高能耗低產出，而且會造成工期的延遲，從而最終導致工程造價的劇增。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，中鐵十三局選用是德國海瑞克公司的加泥復合式土壓平衡盾構機S365、S366，此盾構機比廣州所用的海瑞克公司土壓平衡盾構機有了很大的改變，主要區別見表2序號名稱成都盾構機（S365）廣州盾構機（S266）S365適應性1主軸承直徑3000mm2600mm卵石土層的主軸承扭矩大，大扭矩可以提高盾構機的掘進速度2刀具硬巖刀具配置硬巖刀具配置成都雖然是卵石土層，但卵石的強度高，需硬巖刀具預以破碎3螺旋輸送機雙螺旋輸送機，直徑700mm單螺旋輸送機，直徑900mm對控制渣土噴涌，有一定的控制作用，直徑小容易形成栓塞4渣土改良設備泡沫、聚合物、膨潤土設備泡沫、聚合物設備將所有能夠進行渣土改良設備都配備，力求找到一個合適的渣土改良方案5耐磨性刀盤、螺旋輸送機部分焊耐磨鋼板刀盤、螺旋輸送機表面全部焊耐磨鋼板卵石土層對機具的磨損較大，增加耐磨性，提高刀盤及螺旋輸送機的壽命6超前鉆機設備配備未配備對于需要開倉換刀時用于盾體前端的地層加固7輸送渣土皮帶機角度5°12°皮帶機角度變小，減少渣土掉落的可能性，減少清理渣土的時間表2S365和S266的區別總之，S365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），可以提高刀盤及圖2S365盾構機刀盤刀具的耐磨性，減少開倉換刀的次數。螺旋輸送機采用雙螺旋輸送機（如圖3），并全部加焊耐磨鋼板，在第二節螺旋輸送下部可以排水，有效防止噴涌的發生，并提高耐磨性。此種螺旋輸送機型式在新加坡的盾構施工中得到了很好的驗證。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。當然由于盾構機成本的限制，盾構機上有些有利于成都地質的設備未全部購置。如超聲波超前探測設備，可以有效地探測到掌子面前方大卵石的數量與直徑。現正在科隆施圖3雙螺旋輸送機工的海瑞克生產的盾構機刀盤在掘進時始終是前盾的里面（如圖4），可以有效地控制上方土體的沉降，降低由于盾構機上方土體沉降導致的成本增加。圖4科隆盾構機圖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。我們取得成都盾構掘進的渣土請三家有實力的公司（法國康達特公司、德國麥斯特公司進行了渣土改良試驗，渣土改良理論上是可行的，渣土改良主要針對S365盾構機配備的渣土改良設備進行。主要試驗結果如下：法國康達特公司將渣土中的卵石去除后加入飽合水（如圖5）做的試驗，根據經驗所加的添加劑是該公司的特殊泡沫劑CLBF4/TM和聚合物TFA34（如圖6），加入適量攪拌后渣土的流動性、塑性都很好，水滲透性從7.49×10-4m/S降低到8.99×10-4m/S，水滲透性極低，可以有效地控制螺圖5原始土樣圖6渣土改良后旋輸送機的噴涌，經過試驗添加劑需用量為泡沫劑CLBF4/TM0.6L/m3和TFA341.5L/m3。德國麥斯特公司在瑞士針對成都渣土進行了試驗，由于攪拌器的原因將大于32mm的卵石去除后，加入飽合水（如圖7）添加該公司生產的泡沫劑MEYCOFixSLF30、聚合物MEYCOFixSLFP2和中國的鈉基膨潤土漿液（如圖8），渣土的流動性、塑性都很好，水滲透性降低，可以達到順利出渣的目的。經過試驗添加劑需用量為泡沫劑MEYCOFixSLF300.6L/m3,聚合物MEYCOFixSLFP20.28L/m3,膨潤土4kg/m3。圖7原始土樣圖8渣土改良后根據渣土改良試驗結果可以看出，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。刀具的消耗與以下幾方面有關：盾構機的刀盤的型式和刀具的布置是否與掘進的地質相適應；盾構機掘進時注入泡沫、膨潤土的數量和質量；盾構機司機的操作水平；刀具是否能夠及時更換。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，在成都地質條件下應該將刀盤的旋轉速度控制為0.5-1轉/分鐘，推進速度控制為30-50mm/min，時刻觀察刀盤前方的聲音，以判斷在刀盤前方是否有難以破碎的大卵石存在。當有大卵石長時間存在時要開倉進行人工破碎。單刃和中心雙刃滾刀的及時更換，可以只更換刀圈，刀轂可再次利用，降低刀具的成本。另一降低刀具消耗成本的方法是要將寬刮刀和周邊刮刀修理后再次使用。盾構施工中刀具的及時更換是非常必要的。如果在掘進過程中由于某種原因刀具未能及時更換，會造成刀具的深度磨損，刀轂無法再次利用。由于刀具的超磨損造成盾構機掘進速度降低，添加劑相應會有所增加，同時電能的消耗也會相應增加。如果在無法推進時還不能常壓換刀的地質條件下不得不采用帶壓換刀或地層加固等措施，會加大盾構的施工成本，降低效益，有可能會造成無法掘進的后果。因此，在成都地質盾構機掘進中，要預選考慮盾構機的換刀位置和換刀的方法。要盡可能在始發井、到達站內刀具全部更新；考慮在預定位置降水條件下常壓進行換刀；盡量減少換刀的次數，同時提高換刀的效率，以減少換刀中的危險；在常壓換刀無法進行情況下，帶壓換刀要有充足的準備，以降低換刀時的風險。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：、扣板、螺栓、鋼枕拉桿等材料采取逐級點驗，從物資部出庫開始，經地面工班長、始發井下隨車員、隧道內施工人員、隧道內兩工班交接人員都要進行材料名稱和數量的交接，以達到損耗最小之目的；、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；、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；、盾構施工人員要愛護盾構機上各個部件，不能隨意踩踏，在換刀時要將易碰撞部件保護起來，減少人為損壞；3．6盾構施工風險成本控制眾所周知，盾構機施工是高風險的施工。主要是因為盾構施工中不可預測的風險很多。如盾構機掘進過程中超挖引起的隧道上方建筑物的沉降，盾構機刀具的超磨損造成的盾構機被困等風險造成的盾構施工成本極劇增加。這是盾構施工中管理人員最難控制的成本。為了控制盾構施工風險成本，需要盾構機司機具有良好的心理素質，高的掘