核電廠盾構(gòu)輸水隧洞成本控制的技術優(yōu)化措施

摘要：文章以某濱海核電廠盾構(gòu)法輸水隧洞的概算分析為基礎，得出盾構(gòu)法輸水隧洞的工程造價構(gòu)成情況，再結(jié)合盾構(gòu)法設計和施工的特點，分析影響盾構(gòu)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(yōu)化措施。

關鍵詞：核電廠；盾構(gòu)輸水隧洞；技術優(yōu)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(xiàn)取排水日益增多，盾構(gòu)法由于其速度快、效率高、工作人員作業(yè)環(huán)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(jié)合工程實例分析盾構(gòu)法輸水隧洞的成本組成，總結(jié)影響盾構(gòu)法輸水隧洞造價的主要技術因素，提出成本控制的技術優(yōu)化措施。

1 核電廠輸水盾構(gòu)隧洞成本構(gòu)成及主要影響因素分析

1.1 某核電廠輸水盾構(gòu)隧洞工程概況

某沿海核電站取水工程采用雙線盾構(gòu)隧洞輸水，隧洞軸線平面為直線，水平中心間距29m，盾構(gòu)輸水隧洞內(nèi)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(jié)構(gòu)。其中一次襯砌厚度0.5m，作為隧洞的主體結(jié)構(gòu)，二次襯砌0.3m。隧洞軸線為直線。進水口布置在海側(cè)的閘門井內(nèi)，出水口位于陸側(cè)的閘門井內(nèi)。輸水隧洞及進、出口構(gòu)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(gòu)進出洞工作井均采用矩形結(jié)構(gòu)，明挖法施工，維護結(jié)構(gòu)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(huán)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(gòu)井和一個閘門井組成，2個盾構(gòu)井平面尺寸15m×17m，結(jié)構(gòu)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(gòu)井、閘門井及連接它們的取水構(gòu)筑物組成，其中盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)機，其掘進路線為：自出水構(gòu)筑物（工作井1）出發(fā)→取水隧洞一號→進入進水構(gòu)筑物（工作井2，移位，轉(zhuǎn)身180°）→取水隧洞二號→最后出水構(gòu)筑物吊出盾構(gòu)機。

1.2 某核電廠輸水盾構(gòu)隧洞成本分析

表1 輸水隧洞概算造價費用構(gòu)成表

費用項目 占總造價比例

盾構(gòu)管片 40.6%

盾構(gòu)掘進 31.2%

盾構(gòu)工作井 13.2%

二次襯砌 8.7%

小計 93.8%

從表1可以看出，盾構(gòu)掘進、盾構(gòu)管片、二次襯砌、盾構(gòu)工作井是盾構(gòu)取水隧洞的主要組成部分，尤其是盾構(gòu)掘進和盾構(gòu)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(gòu)隧洞成本技術影響因素

影響盾構(gòu)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(zhì)量管理和施工管理等。就技術措施而言，從上節(jié)的概算造價構(gòu)成分析來看，影響盾構(gòu)輸水隧洞造價的因素主要有以下三個方面：（1）盾構(gòu)隧洞管片及二次襯砌的設計；（2）盾構(gòu)機的選型設計；（3）盾構(gòu)隧洞進出口工作豎井的設計。

2 盾構(gòu)法輸水隧洞的成本控制的技術優(yōu)化措施

2.1 管片（一次襯砌）的合理設計

2.1.1 管片環(huán)的外徑：管片環(huán)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(huán)的外徑尺寸是隧道設計時的最基本因素。一般隧洞內(nèi)凈空由以下五個因素確定：（1）建筑限界；（2）內(nèi)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(nèi)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(huán)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(zhì)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(jù)施工經(jīng)驗，管片厚度一般為管片外徑的4%～6%D（外徑），地鐵區(qū)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(zhì)條件、荷載條件密切相關，但更多情況下是經(jīng)驗取值。

目前盾構(gòu)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(huán)法；（4）梁-彈簧模型法。應在滿足上述管片經(jīng)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(xiàn)漏水等缺陷的接頭數(shù)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(jù)隧道的斷面和最小曲線半徑，結(jié)合實際施工經(jīng)驗，選擇在經(jīng)濟性、施工性方面較合理的尺寸。

2.1.4 管片環(huán)分塊：分塊數(shù)越少、結(jié)構(gòu)剛度越大，結(jié)構(gòu)受力相對較大，結(jié)構(gòu)變形較小，但總體上看內(nèi)力差別不大。從結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)越多，工作量越大，管片的拼裝工期也相應增加，應根據(jù)工程實際選擇合理的管片環(huán)分塊數(shù)。

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(nèi)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(jié)構(gòu)安全性的條件下，二次襯砌的合理設計（采用最優(yōu)厚度或者省略），有以下優(yōu)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(fā)及到達豎井等的規(guī)模縮小。

圖1 二次襯砌的省略示意圖

2.3 盾構(gòu)機的合理選型

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

2.4 盾構(gòu)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(gòu)施工要求的前提下應盡量減少豎井個數(shù)和豎井建造規(guī)模，隨著豎井個數(shù)的減少，盾構(gòu)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(jié)構(gòu)形式的選擇（矩形、圓形）等也很重要，對此須做詳細的技術經(jīng)濟比較。

3 結(jié)語

通過上述分析可以看出，取水盾構(gòu)隧洞費用主要由盾構(gòu)掘進、盾構(gòu)管片、二次襯砌、進出口豎井等構(gòu)成。為了減少取水盾構(gòu)隧洞的建造成本，應從管片和襯砌設計、盾構(gòu)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(yōu)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）