鐵路盾構隧道明挖法施工技術經濟指標分析

劉濤

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司工經院，湖北武漢 430063）

0 引言

《中長期鐵路網規劃》指出，到2025 年鐵路網規模達到17.5 萬km 左右，展望2030 年，基本實現內外互聯互通、區際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。隨著鐵路骨干網絡的逐漸建成，鐵路建設的主戰場逐步由省域向市域、城際鐵路轉移。盾構法施工是一種全機械化施工方法，在不影響地面交通與設施、地下管線的同時，具有掘進速度快、自動化程度高、受氣候條件影響小等特點，在市域、城際鐵路建設中逐漸被推廣應用[1]。本文聚焦已完成設計的鐵路盾構隧道，對五個已批復項目盾構隧道的明挖段情況進行統計，對不同明挖法施工類型項目進行技術經濟指標分析。

1 盾構隧道常見明挖區間類型及指標模型

本文將盾構隧道常見明挖區間分為三類，包括明挖敞開段、明挖暗埋段及工作井[2]。盾構隧道與兩端地面一般采用一定坡度的敞開段和暗埋段進行連接。明挖敞開段與明挖暗埋段的分界及長度一般由明挖工程所在地區的地形、周邊環境、覆土要求等因素確定，兩者規模的大小對投資影響較大。工作井是盾構機進出地下的通道，分為始發井和接收井。始發井是盾構機掘進的起點，給盾構機吊裝入地、拼裝等提供工作面；接收井是盾構機從盾構隧道內出來的地方，用于接收掘進完成的盾構機[3]。

不論明挖區間如何劃分，總體而言，其指標均可分為主體結構和圍護結構兩大類[4]。本文綜合三類明挖區間的特點，構建了指標模型，如表1 所示。

表1 盾構隧道明挖法指標模型

2 不同類型明挖法區間技術經濟指標分析

本文選取了已批復的五個鐵路項目，對各項目技術經濟指標進行統計，按明挖敞開段、明挖暗埋段及工作井三個部分進行分析。

2.1 明挖敞開段技術經濟指標分析

通過選取ZJ 城際一期工程等五個鐵路項目，對其明挖敞開段區間延米數量和技術經濟指標進行統計，如表2 所示。

表2 五處隧道明挖敞開段技術經濟指標對比表

為了進一步詳細分析不同項目明挖敞開段技術經濟指標，基于表1 所示“盾構隧道明挖法指標模型”，統計了明挖敞開段技術經濟指標。

總體而言，明挖段開挖指標為384.7～2289 元/m3，造成此種差異的原因主要有兩點：一是部分項目工程數量未區分明挖敞開段和明挖暗埋段；二是不同項目編制期不同，導致料價水平差異較大，如2016 年以后項目指標明顯高于2016 年以前的項目。

具體可見，在明挖敞開段區間，主體結構投資占比超過總概算的50%，是敞開段投資中的關鍵組成部分。橫向對比各項目可見：ZJ 城際二期工程、GF 環線工程、PZ 支線工程三個項目由于專業數量未區分明挖敞開段和明挖暗埋段，所以其主體結構投資占總投資比例稍低，約為22%～35%。各項目主體結構每圬工方指標相差不大，為1247～1843m3，差異主要受料價水平或結構配筋率等因素影響。但是每延米隧道主體結構所用圬工方數量差異巨大，主要是受不同盾構隧道直徑、開挖橫截面積等因素影響。

明挖敞開段中圍護結構部分投資占比僅次于主體結構，其投資組成與設計施工工藝密切相關。目前常用的施工工藝有地下連續梁墻、鉆孔灌注樁、SMW工法樁等等。本文統計的五個盾構隧道項目明挖敞開區間圍護結構下各子項目技術經濟指標均較為接近。具體分析可以得到：

第一，基坑開挖及回填約占總投資的5%～19%，如基坑開挖中沒有石方開挖及較大工程量的回填，該項投資一般不超過總投資的6%。

第二，鉆孔樁直徑通常采用0.8m、1.0m，其中0.8m 直徑鉆孔樁指標約為1900 元/圬工方，1.0m 直徑鉆孔樁指標約為2400 元/圬工方。

第三，地下連續墻是圍護結構中的重要組成部分，其投資占圍護結構投資的35%～60%，橫向對比而言，統計的五個鐵路項目連續墻指標為2500～2800元/圬工方。

第四，圍護結構中冠梁、導墻等其他混凝土結構每圬工方指標均不高于連續墻指標。

2.2 明挖暗埋段技術經濟指標分析

對明挖暗埋段區間延米數量和技術經濟指標進行統計，如表3 所示。

表3 五處隧道明挖暗埋段技術經濟指標對比表

基于表1 所示“盾構隧道明挖法指標模型”，統計了明挖暗埋段技術經濟指標。

總體而言，相比于明挖敞開段，在明挖暗埋段區間，主體結構投資占比明顯降低，投資占比僅為總概算的30%左右。橫向對比各項目可見：ZJ 城際二期工程、GF 環線工程、PZ 支線工程三個項目雖然專業數量未區分明挖敞開段和明挖暗埋段，但其主體結構投資占總投資比例與其他項目差異不大，約為25%～35%。各項目主體結構每圬工方指標相差不大，與明挖敞開段一致，為1247～1843m3，差異主要受料價水平或結構配筋率等因素影響。但是每延米隧道主體結構所用圬工方數量差異巨大，受隧道直徑、開挖橫截面積等影響較大，所以在投資文件編制過程中，應充分對項目工程概況加以了解。

不同于明挖敞開段，明挖暗埋段中圍護結構部分投資占比最大，統計的五個項目平均圍護結構投資約占總投資的62%，最高達到了73%。明挖暗埋段圍護結構包含內容與明挖敞開段基本一致，其投資組成包括基坑開挖及回填鉆孔灌注樁、止水帷幕、連續墻、冠梁、導墻、水泥重力式擋墻、內支撐等等。具體分析可以得到：

第一，基坑開挖及回填投資占比與明挖段類似，其約占總投資的7%～12%，如基坑開挖中沒有石方開挖及較大工程量的回填，該項投資一般不超過總投資的10%。

第二，鉆孔樁直徑通常采用0.8m、1.0m，其每圬工方指標均略低于明挖段，普遍約低200 元/圬工方。

第三，明挖暗埋段中地下連續墻投資占比高于明挖敞開段中連續墻，但其技術經濟指標與明挖敞開段差別不大。

2.3 盾構工作井技術經濟指標分析

盾構工作井是用于始發或接收盾構機的重要結構，常見的盾構工作井為豎井結構形式。對盾構工作井延米數量和技術經濟指標進行統計，如表4 所示。

表4 五處盾構隧道盾構工作井技術經濟指標對比表

基于表1 所示“盾構隧道明挖法指標模型”，統計了盾構工作井技術經濟指標。

總體而言，工作井技術經濟指標大約為900～1300 元/m3，主體結構投資占比僅為總概算的40%左右。各子項目內容和技術經濟指標與明挖敞開段、暗埋段基本一致。

圍護結構部分投資占總投資超過50%，其投資組成包括基坑開挖及回填鉆孔灌注樁、止水帷幕、連續墻、冠梁、三軸攪拌樁等等，相比于暗埋段，多出了豎井提升等內容。五個盾構隧道項目中按圬工方、t 單位統計的各部分內容技術經濟指標差異較小，但止水帷幕等部分指標差異巨大，投資文件編制時需要特別注意。

3 結論

第一，通過對以上指標進行分析，可以發現主體結構和圍護結構在隧道明挖敞開段、明挖暗埋段、工作井總費用中占比合計達90%以上，是影響隧道明挖敞開段、明挖暗埋段、工作井指標的主要因素。

因此，在鐵路盾構隧道明挖法施工中，對主體結構和圍護結構技術經濟指標進行合理分析，是確定隧道明挖敞開段、明挖暗埋段及工作井指標的關鍵。

第二，主體結構數量主要與隧道長度、斷面尺寸等因素相關，數量相對可控，一般主體結構綜合指標約為1479～2350 元/圬工方，水下隧道因為防水措施增強，主體結構綜合指標可達3000 元/圬工方。指標偏差主要受材料價格、配筋數量以及防水措施等影響，在設計時應根據項目情況綜合分析，選擇合適的技術經濟指標。

第三，圍護結構由于不同隧道的地質條件不同，采用的防護措施也各有不同，且受隧道埋深、斷面尺寸以及土石比例等因素影響，指標差異較大。依據投資占比分析，在對主體結構進行估算之后，可按比例對圍護結構數量進行估算。比如明挖敞開段主體結構與圍護結構可按比例1.65∶1 進行投資分析，明挖暗埋段主體結構與圍護結構可按比例1∶1.64 進行投資分析，工作井主體結構與圍護結構可按比例1∶1 進行投資分析。

綜上所述，在對鐵路項目盾構隧道明挖敞開段、明挖暗埋段及工作井進行投資估算時，不能只按照隧道長度進行分析，應對明挖敞開段、明挖暗埋段以及工作井的指標進行區分，綜合考慮隧道的埋深、斷面尺寸、防水要求等因素，在統計分析的基礎上，合理確定技術經濟指標。