盾构空推技术经济指标研究

摘要：区间隧道在遇到局部岩石强度高且岩石地层分布不连续时，可以采用盾构空推过矿山法隧道的施工工法进行施工，本文通过研究分析盾构空推施工工法的技术经济指标，为类似工程的方案比选、估算和概预算文件编制以及投资控制提供参考。

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.

关键词：盾构法;空推;定额;指标

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

中图分类号：U455.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0102-03

0  引言

盾構空推过矿山法隧道的施工工法在深圳、广州、长沙、厦门等城市轨道交通工程建设中都有应用，但不同地区、不同项目在工程投资文件中盾构空推的工程费用组成、定额采用以及技术经济指标上都存在较大的差异，导致估算、概算及预算成果很难准确反映工程的实际造价。本文在已有设计资料的基础上，结合工法特点，分析研究盾构空推的工程费用组成、定额采用、数量规律以及各项技术经济指标，为设计人员进行方案比选、造价人员编制投资文件和项目管理人员进行投资控制提供参考。

1  盾构空推工法简介

城市轨道交通工程区间隧道是车站与车站之间的行车通道，区间隧道常用的施工工法有明挖法、矿山法和盾构法。在城市轨道交通工程的建设实践中，连续软弱地层区间隧道施工多采用盾构法，在连续较好的岩石地段则一般采用矿山法。但当区间隧道遇到局部岩石强度高且岩石地层分布不连续时，单一的盾构法或矿山法都不能顺利开挖，且施工速度慢、安全风险大。

盾构空推过矿山隧道法将盾构法和矿山法相结合，对于高强度硬岩段地层，先采用矿山法施工隧道初支，再利用盾构空推拼装管片通过矿山法隧道，管片和初支之间的孔隙采用粒径小于10mm的圆滑豆砾石填充，然后注浆填充碎石间的空隙，最终由豆砾石、注浆体和管片共同构成矿山法隧道的二衬。两种工法结合施工，极大地拓展了矿山法和盾构法的适用范围，避免了盾构法在硬岩段施工过程中对盾构设备及刀盘刀具的损坏，施工完成后整条隧道线形一致，通风流畅。结合后的工法明显加快了施工进度，降低了工程总造价，是不连续地层隧道施工的一种有效解决方式。

盾构空推总体施工流程为：竖井及横通道施工→矿山法开挖初支施工→端头墙施工→隧道内碴土清理→导台施工→盾构机到达掘进→盾构机检查维修及拆盾构机周边刮刀→盾构机步进上导台→盾构机步进、拼装管片空推开始→横通道封堵→盾构机步进、拼装管片通过空推段到达接收井→盾构完成空推段掘进。

2  盾构空推技术经济指标分析

2.1 工程费用组成

通过统计分析多个盾构空推法隧道实例，并结合其施工工法特点，将城市轨道交通正线盾构空推隧道的工程费用分为竖井及横通道、矿山法隧道、盾构空推、地层加固、施工监测、疏散平台六大部分。其中矿山法开挖包括土石方工程、超前支护、初期支护等，盾构空推包括导台、盾构掘进、管片背后填充、管片预制运输及试拼装。统一清晰的划分有利于各项技术经济指标在方案比选及编制投资估算时参考使用，也有利于真实地反映工程方案的经济合理性，便于项目决策及投资控制[1]。

2.2 工程数量分析

本文结合两个工程实例，分析不同洞径、不同围岩等级下盾构空推法隧道每延长米的主要工程数量。工程1：某区间隧道矿山法内净空尺寸为7.1m*7.2m，根据围岩级别不同，设计了A型（适用于IV级围岩）、B型（适用于II级围岩）两种支护断面，盾构施工选用复合式土压平衡盾构机，隧道外径6.7m，采用350mm厚管片;工程2：某区间隧道矿山法内净空尺寸为6.8m*7.1m，围岩等级为IV级，盾构施工采用复合式土压平衡盾构机，隧道外径6.2m，管片厚度为350mm。外径6.7m、内径6.0m、管片厚度350mm和外径6.2m、内径5.5m、管片厚度350mm这两种形式的盾构隧道在目前城市地铁盾构法隧道施工中均较为常见，本次研究分析的工程实例有一定的代表性。

由于竖井及横通道费用较为固定，对技术经济指标的影响主要和隧道自身长度相关，隧道越长，竖井及横通道费用折算到单位长度的费用指标越小，反之隧道越短，折算到单位长度的费用指标越大，本文对竖井及横通道的工程数量及技术经济指标均不作研究。（表1）

2.2.1 石方开挖

为满足净空尺寸要求，外径6.7m盾构时II类围岩下隧道石方开挖量为43.26m3/m，超挖量为2.37m3/m，IV类围岩石方开挖量为47.04m3/m，超挖量为2.96m3/m;外径6.2m盾构时IV类围岩石方开挖量为44.79m3/m，超挖量为1.19m3/m。隧道石方每延长米开挖量主要受隧道截面尺寸及围岩等级影响，截面面积相同时，围岩等级越高，开挖量越大。

2.2.2 超前支护和初期支护

II类围岩下无需超前支护，IV类围岩下若需超前支护，一般采用超前小导管注浆的方式进行支护。初期支护包括喷射混凝土、锚杆、钢筋网、格栅钢架等，初期支护工程数量受围岩等级影响显著，不同围岩等级喷射混凝土厚度不同，6.7m盾构IV类围岩喷射混凝土、锚杆及钢筋网的数量约为II类围岩的2倍[2]。初支背后注浆不受围岩等级影响，每延长米数量约0.4m3。

2.2.3 导台

工程1的导台采用C30混凝土浇筑，含量为0.562m3/m，钢筋含量约38kg/m3，导台设置在隧道底部60°范围内，厚度为150mm;工程2的导台采用C25素混凝土浇筑，含量为2.28m3/m，厚度为400mm。导台上需预埋43kg钢轨用于盾构机的行走轨道，钢轨长度为隧道单线长度的2倍。

2.2.4 管片背后填充

管片背后填充包括同步注浆、吹填豆砾石及二次注浆三部分。同步注浆工程数量主要受充填系数影响，不同地区充填系数差异较大，一般为1.5～2;吹填豆砾石数量受盾构管片外径与矿山法初支间隙影响。工程1矿山法隧道净空7.1m*7.2m，管片外径6.7m，吹填豆砾石数量约4.21m3/m;工程2矿山法隧道净空6.8m*7.1m，管片外径6.2m，吹填豆砾石数量约6.57m3/m。

2.2.5 钢筋混凝土管片

管片的数量受管片直径及厚度的影响，管片外径6.2m厚度350mm时，管片数量约6.43m3/m;管片外径6.7m厚度350mm时，管片的数量为6.98m3/m。

2.3 定额采用建议

目前盾构空推工程概预算文件编制时，定额采用的差异主要体现在盾构空推掘进拼管片上。全国各地颁布的定额中，仅少数包含了专门用于盾构空推掘进的定额子目或对盾构空推定额使用作了说明，如《广东省城市轨道交通工程综合定额2018》[3]中有“盾构空推掘进拼管片”的子目、《深圳市城市轨道交通工程消耗量定额2011》中有“盾构机空推管片，人工工日、推进耗电量及盾构机台班消耗量按正常段的消耗量乘系数0.65进行调整”的说明[4]。根据已批复的概算资料，在绝大多数没有作明确规定的地方，一般参考盾构正常段掘进子目，但有的地方直接借用正常段掘进定额不作调整，有的地方按照工料机消耗量均乘以系数0.56的方式进行调整，不同的处理方式将直接影响空推掘进的技术经济指标，使盾构空推概预算与工程实际造价产生较大的偏差。

由于不用地区盾构正常段掘进定额子目工料机消耗量差异较大，若直接参考《广东省城市轨道交通工程综合定额2018》中盾构空推子目的消耗量，可能出现空推掘进较正常掘进工料机消耗量大、单价高的情况，与实际情况和当地市场背离。另根据实际施工情况，盾构机正常掘进时进度约120～180m/月，盾构空推时约180～300m/月，空推作业时盾构机掘进班组人数一般与正常掘进相同无明显差异，空推时人工及盾构台班消耗约为正常掘进的60～70%，空推作业时刀盘停止转动且无需出土，耗电量较正常掘进低，工程实际与深圳定额的相关说明较为吻合。当工程所在地定额已有明确规定时，应从其规定，若无相应定额子目或说明时，建议盾构空推掘进定额借用盾构正常段掘进定额，并按人工工日、耗电量及盾构机台班消耗量乘以系数0.65进行调整。

2.4 技術经济指标分析

通过上述定额使用和工程数量分析，研究测算了盾构空推法隧道主要技术经济指标，如表2所示。

①6.7m盾构，II类围岩下，6.7m级盾构空推隧道约为8.27万元/单延长米，其中矿山法隧道约3.41万元/单延长米;IV类围岩下，6.7m级盾构空推隧道约13.04万元/单延长米，其中矿山法隧道约7.03万元/单延长米;6.2m盾构时，IV类围岩下，6.2m级盾构空推隧道约11.28万元/单延长米，其中矿山法隧道约5.11万元/单延长米。空推部分指标不随围岩等级变化而变化，约4.7～4.8万元/单延长米。（各项指标均不含工作井）

②不同围岩等级下，隧道工程费用各组成部分所占比例差异较大，围岩等级越高，矿山法隧道占比越大，II类围岩时矿山法隧道占比约40%，而IV类围岩时矿山法隧道占比超过50%。盾构机空推掘进及预制管片费用占总费用的80%，其中管片占50%，掘进占30%，管片费用一般较为固定，因此盾构空推掘进定额的合理选用将直接影响到盾构空推的技术经济指标。

③隧道土石方指标受围岩等级和隧道断面尺寸影响较小，约1.7～1.8万元/延长米;盾构掘进约1.43万元/延长米，包括盾构空推掘进（含管片拼装）、管片嵌缝及设置防水密封条、手孔封堵、隧道内管线拆除等，其中掘进约1.1万元/延长米;管片背后填充及钢筋混凝土管片指标受隧道断面影响较大，外径6.7m盾构管片背后填充指标约0.76万元/延长米、管片指标约2.30万元/延长米，外径6.2m盾构管片背后填充约0.95万元/延长米、管片指标约2.12万元/延长米。

3  结语

本文将城市轨道交通正线盾构空推隧道的工程费用分为竖井及横通道、矿山法隧道、盾构空推、地层加固、施工监测、疏散平台六个部分，通过工程实例研究了代表性工程的数量规律，对当工程所在地无相应定额子目或说明时盾构空推定额的使用和调整方法提出了建议，并在此基础上分析了盾构空推施工工法的各项技术经济指标，旨在为类似工程的方案比选、估算和概预算文件编制以及投资控制提供一定的参考。

参考文献：

[1]王立勇.城市轨道交通工程技术经济指标[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]余轲.公路矿山法山岭隧道技术经济指标研究[J].价值工程，2016（33）：56.

[3]广东省住房和城乡建设厅.广东省城市轨道交通工程综合定2018[S].武汉：华中科技大学出版社，2019.

[4]深圳市住房和建设局.深圳市城市轨道交通工程消耗量定额[S].深圳：深圳市建筑工程造价管理站，2012.

作者简介：王杨帆（1991-），男，湖北监利人，研究方向为工程经济。