上海軌道交通地下明挖車站土建工程造價指標的關鍵影響因素分析

郭 睿

（上海市政工程造價咨詢有限公司，上海市 200092）

0 引言

在工程建設前期，尤其設計資料還不完善時，造價指標是估算造價的重要依據，可以用于方案比選的快速估算，也可為后階段造價工作提供參考。上海軌道交通線路多穿越市區，以地下線路為主，地下車站也以明挖方式居多。本文通過對上海軌道交通地下明挖車站土建工程的技術經濟分析和數據統計計算，分析其費用指標的關鍵影響因素及影響程度，以期為上海軌道交通的造價工作提供參考。

1 分析方法和指標數據的選取

基于車站的項目特性，附屬部分與主體相比埋深較淺，圍護、結構方案均有較大不同，而圍護工程與主體結構受影響的因素也各不相同，故本次將車站土建劃分為主體圍護、主體結構、附屬工程（含附屬圍護和結構一起）3 個部分分別進行分析。

在輔以數據的統計分析時借用上海軌交某條線路（以下簡稱線路A）29 個地下車站的造價指標。線路A 全線為地下明挖車站，選用施工圖階段預算造價，可避免投標讓利和結算工況變化等變更對造價的影響。考慮圍護費用受基坑面積影響較建筑面積影響更大，故圍護造價指標選用基坑面積作為分母，主體結構和附屬工程造價指標分別用主體和附屬的建筑面積作為分母計取。本文在后續分析中將借助SPSS 軟件對造價指標進行線性相關性、正態分布性的計算，為了避免信息價月份不同帶來的誤差影響，計算指標中將各車站的信息價月份統一調整到近期某月份（2020 年8 月）。

2 地下車站造價指標的影響因素分析

2.1 主體圍護造價指標的影響因素

眾所周知基坑圍護設計受土質影響很大。但本文探討的是上海軌交車站土建造價的影響因素，而基于上海軟土地基的背景條件，各車站土質差異并不大。故土質條件不作為本文分析內容。

2.1.1底板埋深

底板埋深對地下車站圍護費用有著顯著影響，最直觀的從不同埋深車站的圍護結構尺寸、支撐道數等就能看出。本線路地下2 層車站的主體埋深為16～17 m，地下連續墻厚度為800 mm，標準段墻深在30 m左右（不含構造段），支撐使用4 道居多（1 道混凝土+3 道鋼支撐）；而地下3 層車站的主體埋深在25 m上下，地下連續墻厚度需要增加到1 200 mm，標準段墻深達46～50 m（不含構造段），支撐則需要設置7 道（2 道混凝土+5 道鋼支撐，局部增加1 道）。

圖1 為29 個車站主體工程圍護費用指標（以基坑面積為分母，下同）的數據點曲線，圖中橫軸29 個車站從左至右的底板埋深呈逐漸增加趨勢。由圖1 可見，圍護費用指標隨底板埋深的增加而呈現出明顯的上升趨勢。

圖1 A 線路29 個車站圍護造價指標(基坑面積)隨底板埋深的變化曲線

借用SPSS 數據分析軟件對主體圍護造價指標與主體底板埋深的線性關系進行了計算，結果得到擬合線性公式為：圍護造價指標（萬元/m2）=-1.582+0.230×底板埋深（m），如圖2 所示，反映的擬合結果為底板埋深每增加1 m，圍護造價指標增加2 300 元/m2。模型相關系數的平方值R2為0.748，意味著底板埋深可以解釋圍護造價指標74.8% 的變化原因。

圖2 車站底板埋深與圍護造價指標的線性關系圖

2.1.2圍護比

圍護比為圍護結構水平投影長度與基坑面積的比值，該比值越大，則代表相同基坑面積下，基坑需要圍護的長度越長。對比土質條件類似、深度相近的車站來說，圍護比越大，圍護費用越高。上海軌交A線路車站之間土質情況差異不大，在此選取埋深相近的2 組車站數據進行對比。

線路A 埋深16～17 m時，車站圍護比和圍護造價對比見表1；車站圍護比與圍護指標的線性關系圖見圖3 。

表1 線路A 埋深16～17 m時車站圍護比和圍護造價對比

圖3 線路A 埋深16～17 m時車站圍護比與圍護指標的線性關系圖

由表1 可知，同樣埋深在16～17 m的車站中，圍護比最低為0.076 的車站24，其圍護造價指標為1.747 萬元/m2，也是最低的；圍護比最大為0.112 的車站6，其圍護造價指標為2.799 萬元/m2，也是最高的。

在該組數據中，圍護造價指標（萬元/m2）=-0.104+24.089×圍護比，模型相關系數的平方值R2為0.591，意味著圍護比可以解釋圍護造價指標59.1% 的變化原因（見圖3）。

線路A 埋深24～25 m時，車站圍護比和圍護造價對比見表2；車站圍護比與圍護指標的線性關系圖見圖4。

表2 線路A 埋深24～25 m時車站圍護比和圍護造價對比

圖4 線路A 埋深24～25 m時車站圍護比與圍護指標的線性關系圖

由表2 可知，埋深在24～25 m的車站中，圍護比最低為0.088 的車站11，其圍護造價指標為3.029萬元/m2，也是最低的；圍護比最高為0.105 的車站17 和車站19，其圍護造價指標分別為5.8 萬元/m2和5.11 萬元/m2，也是最高的。

在該組數據中，圍護造價指標=-7.267+121.049×圍護比，模型相關系數的平方值R2為0.830，意味著圍護比可以解釋圍護造價指標83.0% 的變化原因（見圖4）。

從2 組數據對比分析可以看到，當埋深類似時，圍護比對圍護費用有較大影響。

2.1.3環境保護要求

2.1.3.1 基坑保護等級的影響

對于市區地鐵線路來說，經常會遇到為保護附近構筑物、管線而增加費用。環境保護對設計內容的一個重要影響體現在設計參數取值上。依據《上海城市軌道交通工程技術標準》（STB/ZH-000001—2012）表12.5.1 基坑保護等級標準，將基坑保護等級按照基坑周圍一定范圍內是否有重要管線和構筑物劃分為三級，保護等級越高，基坑沉降和位移的控制要求越高。不同等級之間的參數成倍數差異，例如一級基坑地面最大沉降量限值僅為二級基坑的1/2，為三級基坑的1/5。沉降和位移控制越嚴格勢必圍護要求越高，花費越高，設計內容上會采用增加地基加固范圍和強度、增加支撐使用及增加圍護結構尺寸等一系列方法來減小基坑沉降和位移。

為對比基坑保護等級不同對圍護造價指標產生的影響，選取線路A 同樣埋深為16～17 m、圍護比為0.1～0.11、土質以黏土為主的7 個車站（見表3），其中3 個二級車站、4 個一級車站。一級車站和二級車站圍護內容差異主要有以下幾點：

表3 線路A 埋深16～17 m、圍護比0.1～0.11 的車站在不同基坑保護等級下的圍護設計內容和費用對比

（1）在支撐使用方面，3 個二級車站均采用3 道鋼支撐，而一級車站中有2 個車站采用4 道鋼支撐（車站9、車站10）。

（2）二級車站中僅端頭井加固的較多，一級車站中全車站抽條加固的較多。

（3）地下連續墻的深度為一級車站略深于二級車站，其中最深的車站2 達到36～37 m，其余車站以30 m左右居多。在該組數據中一級基坑圍護造價指標略高于二級基坑。

對該組數據進行線性回歸分析，模型F 檢驗沒有通過，相關性計算中的顯著水平P 值＞0.05。數據計算結果體現的是環境保護等級不對圍護指標產生顯著影響關系，說明環境保護等級對圍護費用的影響關系較小。

2.1.3.2 其他設計構造的影響

除了設計參數的影響，為了保護周邊構筑物和管線而采取的一些構造措施也會對圍護費用產生影響，譬如經常遇到的地下連續墻加深構造段和鋼支撐使用軸力伺服系統。基坑降水過程會引起周圍一定范圍內的水土流失，導致周邊構筑物和管線沉降，對地下連續墻做一段加深構造段可以增加降水水流的繞流路徑，加深段通常只配構造筋起到擋水的作用。線路A 共有18 個一級環境保護基坑，其中有9個車站采取了地下連續墻加深構造。表4 統計了地下連續墻加深構造對圍護造價費用的影響。由表4可知，該加深構造會使造價增加500～3 000 萬，引起主體圍護費用增加5%～10% 。

表4 線路A 一級環境保護基坑地下連續墻加深構造對造價的影響

為了控制基坑變形，可以對鋼支撐采用軸力伺服系統，也就是通過電子設備對鋼支撐的軸力做監控，低壓自動補償、高壓自動報警，有效控制圍護結構位移。此舉監控費用較高，1 根鋼支撐軸力伺服預算價約為2 萬，1 個4 道鋼支撐的車站約240 根左右，即需要增加480 萬元的費用。

2.1.4砂性土層的影響

砂性土層會對圍護結構的槽壁穩定性帶來不利影響。由于砂性土比較松散，容易在地下連續墻接頭的位置出現泥沙、漏水，目前上海軌交地下連續墻有采用銑接頭的工藝來防治此危害。銑槽機相較常規的液壓抓斗成槽機價格昂貴，A 線路中共2 個車站使用銑接頭，分別引起圍護費用增加880 萬和2 700 萬，引起主體圍護費用增加比例約5% 。

2.1.5主體圍護費用影響因素小結

綜上可知，對車站主體圍護費用影響程度最大的是底板埋深，它對圍護造價指標的影響起著決定性作用。圍護比對相同埋深的基坑影響也較大，而環境保護、砂性土層存在一定影響，也會引起圍護費用增加幾百萬到幾千萬，但引起費用的增加比例不大。

主體圍護中費用占比最高的是圍護結構，線路A中各車站約達到60%～70%（其余為地基加固、支撐降水）。底板埋深增加時，圍護深度尺寸會有較大變化，而圍護比影響的是單位基坑面積中圍護結構的用量，所以這2 種因素對圍護費用指標呈現了主要影響關系。

2.2 主體結構

主體結構造價指標相較圍護工程來說相對穩定，混凝土含量(單位建筑面積含量)和含鋼量受各種因素影響的規律并不明顯。對線路A 各車站數據進行測試，底板埋深和頂板覆土厚度經擬合不與主體結構造價指標呈現明顯相關性（相關性計算中的顯著水平P 值＞0.05）。但底板埋深和頂板覆土厚度也會對主體結構的設計產生一定影響，例如底板埋深和頂板覆土厚度增加會分別致使底板和頂板尺寸增加、配筋率提高。

對主體結構造價指標進行正態性檢驗發現P＞0.05，說明沒有呈現出顯著性，造價指標具有正態分布特征，數據集中在均值附近。線路A 主體結構造價指標為0.35～0.62 萬元/m2，均值為0.522 萬元/m2（見圖5）。

圖5 線路A 主體結構造價指標正態分布直方圖

2.3 附屬工程

附屬工程本身造價占比不大，約占車站總造價的20%～30% 。由于出入口埋深多有相近，線路A 中24 個車站附屬工程造價指標呈現正態分布，均值為1.443 萬元/m2（見圖6）。

圖6 附屬工程造價指標正態分布直方圖

3 結語

本文將明挖地下車站土建工程分為主體圍護、主體結構和附屬工程3 個部分，分別分析了影響其造價的關鍵因素，一方面通過技術經濟對比，另一方面通過對上海軌交近期建設的某線路造價指標進行數據計算，輔助得到分析結論。從2 種方法互相印證的結果來看，主體圍護造價指標受底板埋深和圍護比的影響較大，環境保護和砂性土層會產生一定影響但影響不大；主體結構和附屬工程造價指標相對穩定且都滿足正態分布性。