盾構空推技術經濟指標研究

摘要：區間隧道在遇到局部巖石強度高且巖石地層分布不連續時，可以采用盾構空推過礦山法隧道的施工工法進行施工，本文通過研究分析盾構空推施工工法的技術經濟指標，為類似工程的方案比選、估算和概預算文件編制以及投資控制提供參考。

Abstract： When facing local high intensity and discontinuous rock strata distribution， internal tunnel can use the method of pushing an empty shield through a mining excavated tunnel. This paper provides reference for scheme comparison， estimation， budget preparation and investment control of similar projects by analyzing the technical and economic indexes of pushing an empty shield through a mining excavated tunnel.

關鍵詞：盾構法;空推;定額;指標

Key words： shied method;empty-push;norm;index

中圖分類號：U455.43???????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0102-03

0? 引言

盾構空推過礦山法隧道的施工工法在深圳、廣州、長沙、廈門等城市軌道交通工程建設中都有應用，但不同地區、不同項目在工程投資文件中盾構空推的工程費用組成、定額采用以及技術經濟指標上都存在較大的差異，導致估算、概算及預算成果很難準確反映工程的實際造價。本文在已有設計資料的基礎上，結合工法特點，分析研究盾構空推的工程費用組成、定額采用、數量規律以及各項技術經濟指標，為設計人員進行方案比選、造價人員編制投資文件和項目管理人員進行投資控制提供參考。

1? 盾構空推工法簡介

城市軌道交通工程區間隧道是車站與車站之間的行車通道，區間隧道常用的施工工法有明挖法、礦山法和盾構法。在城市軌道交通工程的建設實踐中，連續軟弱地層區間隧道施工多采用盾構法，在連續較好的巖石地段則一般采用礦山法。但當區間隧道遇到局部巖石強度高且巖石地層分布不連續時，單一的盾構法或礦山法都不能順利開挖，且施工速度慢、安全風險大。

盾構空推過礦山隧道法將盾構法和礦山法相結合，對于高強度硬巖段地層，先采用礦山法施工隧道初支，再利用盾構空推拼裝管片通過礦山法隧道，管片和初支之間的孔隙采用粒徑小于10mm的圓滑豆礫石填充，然后注漿填充碎石間的空隙，最終由豆礫石、注漿體和管片共同構成礦山法隧道的二襯。兩種工法結合施工，極大地拓展了礦山法和盾構法的適用范圍，避免了盾構法在硬巖段施工過程中對盾構設備及刀盤刀具的損壞，施工完成后整條隧道線形一致，通風流暢。結合后的工法明顯加快了施工進度，降低了工程總造價，是不連續地層隧道施工的一種有效解決方式。

盾構空推總體施工流程為：豎井及橫通道施工→礦山法開挖初支施工→端頭墻施工→隧道內碴土清理→導臺施工→盾構機到達掘進→盾構機檢查維修及拆盾構機周邊刮刀→盾構機步進上導臺→盾構機步進、拼裝管片空推開始→橫通道封堵→盾構機步進、拼裝管片通過空推段到達接收井→盾構完成空推段掘進。

2? 盾構空推技術經濟指標分析

2.1 工程費用組成

通過統計分析多個盾構空推法隧道實例，并結合其施工工法特點，將城市軌道交通正線盾構空推隧道的工程費用分為豎井及橫通道、礦山法隧道、盾構空推、地層加固、施工監測、疏散平臺六大部分。其中礦山法開挖包括土石方工程、超前支護、初期支護等，盾構空推包括導臺、盾構掘進、管片背后填充、管片預制運輸及試拼裝。統一清晰的劃分有利于各項技術經濟指標在方案比選及編制投資估算時參考使用，也有利于真實地反映工程方案的經濟合理性，便于項目決策及投資控制[1]。

2.2 工程數量分析

本文結合兩個工程實例，分析不同洞徑、不同圍巖等級下盾構空推法隧道每延長米的主要工程數量。工程1：某區間隧道礦山法內凈空尺寸為7.1m*7.2m，根據圍巖級別不同，設計了A型（適用于IV級圍巖）、B型（適用于II級圍巖）兩種支護斷面，盾構施工選用復合式土壓平衡盾構機，隧道外徑6.7m，采用350mm厚管片;工程2：某區間隧道礦山法內凈空尺寸為6.8m*7.1m，圍巖等級為IV級，盾構施工采用復合式土壓平衡盾構機，隧道外徑6.2m，管片厚度為350mm。外徑6.7m、內徑6.0m、管片厚度350mm和外徑6.2m、內徑5.5m、管片厚度350mm這兩種形式的盾構隧道在目前城市地鐵盾構法隧道施工中均較為常見，本次研究分析的工程實例有一定的代表性。

由于豎井及橫通道費用較為固定，對技術經濟指標的影響主要和隧道自身長度相關，隧道越長，豎井及橫通道費用折算到單位長度的費用指標越小，反之隧道越短，折算到單位長度的費用指標越大，本文對豎井及橫通道的工程數量及技術經濟指標均不作研究。（表1）

2.2.1 石方開挖

為滿足凈空尺寸要求，外徑6.7m盾構時II類圍巖下隧道石方開挖量為43.26m3/m，超挖量為2.37m3/m，IV類圍巖石方開挖量為47.04m3/m，超挖量為2.96m3/m;外徑6.2m盾構時IV類圍巖石方開挖量為44.79m3/m，超挖量為1.19m3/m。隧道石方每延長米開挖量主要受隧道截面尺寸及圍巖等級影響，截面面積相同時，圍巖等級越高，開挖量越大。

2.2.2 超前支護和初期支護

II類圍巖下無需超前支護，IV類圍巖下若需超前支護，一般采用超前小導管注漿的方式進行支護。初期支護包括噴射混凝土、錨桿、鋼筋網、格柵鋼架等，初期支護工程數量受圍巖等級影響顯著，不同圍巖等級噴射混凝土厚度不同，6.7m盾構IV類圍巖噴射混凝土、錨桿及鋼筋網的數量約為II類圍巖的2倍[2]。初支背后注漿不受圍巖等級影響，每延長米數量約0.4m3。

2.2.3 導臺

工程1的導臺采用C30混凝土澆筑，含量為0.562m3/m，鋼筋含量約38kg/m3，導臺設置在隧道底部60°范圍內，厚度為150mm;工程2的導臺采用C25素混凝土澆筑，含量為2.28m3/m，厚度為400mm。導臺上需預埋43kg鋼軌用于盾構機的行走軌道，鋼軌長度為隧道單線長度的2倍。

2.2.4 管片背后填充

管片背后填充包括同步注漿、吹填豆礫石及二次注漿三部分。同步注漿工程數量主要受充填系數影響，不同地區充填系數差異較大，一般為1.5～2;吹填豆礫石數量受盾構管片外徑與礦山法初支間隙影響。工程1礦山法隧道凈空7.1m*7.2m，管片外徑6.7m，吹填豆礫石數量約4.21m3/m;工程2礦山法隧道凈空6.8m*7.1m，管片外徑6.2m，吹填豆礫石數量約6.57m3/m。

2.2.5 鋼筋混凝土管片

管片的數量受管片直徑及厚度的影響，管片外徑6.2m厚度350mm時，管片數量約6.43m3/m;管片外徑6.7m厚度350mm時，管片的數量為6.98m3/m。

2.3 定額采用建議

目前盾構空推工程概預算文件編制時，定額采用的差異主要體現在盾構空推掘進拼管片上。全國各地頒布的定額中，僅少數包含了專門用于盾構空推掘進的定額子目或對盾構空推定額使用作了說明，如《廣東省城市軌道交通工程綜合定額2018》[3]中有“盾構空推掘進拼管片”的子目、《深圳市城市軌道交通工程消耗量定額2011》中有“盾構機空推管片，人工工日、推進耗電量及盾構機臺班消耗量按正常段的消耗量乘系數0.65進行調整”的說明[4]。根據已批復的概算資料，在絕大多數沒有作明確規定的地方，一般參考盾構正常段掘進子目，但有的地方直接借用正常段掘進定額不作調整，有的地方按照工料機消耗量均乘以系數0.56的方式進行調整，不同的處理方式將直接影響空推掘進的技術經濟指標，使盾構空推概預算與工程實際造價產生較大的偏差。

由于不用地區盾構正常段掘進定額子目工料機消耗量差異較大，若直接參考《廣東省城市軌道交通工程綜合定額2018》中盾構空推子目的消耗量，可能出現空推掘進較正常掘進工料機消耗量大、單價高的情況，與實際情況和當地市場背離。另根據實際施工情況，盾構機正常掘進時進度約120～180m/月，盾構空推時約180～300m/月，空推作業時盾構機掘進班組人數一般與正常掘進相同無明顯差異，空推時人工及盾構臺班消耗約為正常掘進的60～70%，空推作業時刀盤停止轉動且無需出土，耗電量較正常掘進低，工程實際與深圳定額的相關說明較為吻合。當工程所在地定額已有明確規定時，應從其規定，若無相應定額子目或說明時，建議盾構空推掘進定額借用盾構正常段掘進定額，并按人工工日、耗電量及盾構機臺班消耗量乘以系數0.65進行調整。

2.4 技術經濟指標分析

通過上述定額使用和工程數量分析，研究測算了盾構空推法隧道主要技術經濟指標，如表2所示。

①6.7m盾構，II類圍巖下，6.7m級盾構空推隧道約為8.27萬元/單延長米，其中礦山法隧道約3.41萬元/單延長米;IV類圍巖下，6.7m級盾構空推隧道約13.04萬元/單延長米，其中礦山法隧道約7.03萬元/單延長米;6.2m盾構時，IV類圍巖下，6.2m級盾構空推隧道約11.28萬元/單延長米，其中礦山法隧道約5.11萬元/單延長米。空推部分指標不隨圍巖等級變化而變化，約4.7～4.8萬元/單延長米。（各項指標均不含工作井）

②不同圍巖等級下，隧道工程費用各組成部分所占比例差異較大，圍巖等級越高，礦山法隧道占比越大，II類圍巖時礦山法隧道占比約40%，而IV類圍巖時礦山法隧道占比超過50%。盾構機空推掘進及預制管片費用占總費用的80%，其中管片占50%，掘進占30%，管片費用一般較為固定，因此盾構空推掘進定額的合理選用將直接影響到盾構空推的技術經濟指標。

③隧道土石方指標受圍巖等級和隧道斷面尺寸影響較小，約1.7～1.8萬元/延長米;盾構掘進約1.43萬元/延長米，包括盾構空推掘進（含管片拼裝）、管片嵌縫及設置防水密封條、手孔封堵、隧道內管線拆除等，其中掘進約1.1萬元/延長米;管片背后填充及鋼筋混凝土管片指標受隧道斷面影響較大，外徑6.7m盾構管片背后填充指標約0.76萬元/延長米、管片指標約2.30萬元/延長米，外徑6.2m盾構管片背后填充約0.95萬元/延長米、管片指標約2.12萬元/延長米。

3? 結語

本文將城市軌道交通正線盾構空推隧道的工程費用分為豎井及橫通道、礦山法隧道、盾構空推、地層加固、施工監測、疏散平臺六個部分，通過工程實例研究了代表性工程的數量規律，對當工程所在地無相應定額子目或說明時盾構空推定額的使用和調整方法提出了建議，并在此基礎上分析了盾構空推施工工法的各項技術經濟指標，旨在為類似工程的方案比選、估算和概預算文件編制以及投資控制提供一定的參考。

參考文獻：

[1]王立勇.城市軌道交通工程技術經濟指標[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2]余軻.公路礦山法山嶺隧道技術經濟指標研究[J].價值工程，2016（33）：56.

[3]廣東省住房和城鄉建設廳.廣東省城市軌道交通工程綜合定2018[S].武漢：華中科技大學出版社，2019.

[4]深圳市住房和建設局.深圳市城市軌道交通工程消耗量定額[S].深圳：深圳市建筑工程造價管理站，2012.

作者簡介：王楊帆（1991-），男，湖北監利人，研究方向為工程經濟。