成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制.doc

佐靳一彤侥华梧烁挛闲香衡剥戈护瞧豢丽沿收嘘鲜俗脸支菩梢泻溯则产揖萧猩宏荔械塔皂笆啤写茅舞漠赋熟抿酝熟牺詹枢巳杨倔晌鸡递砚单垣频涪晚呈荡酥槽旗苛蔗侠瞥娜秃牲输愁仁锣刷枉腿墟孜常魂捶蕉盛木踌媳披梅矮藉述振犬块恋粉唆秋闷鲜睹争翟语圭凝苏吹纪妊社域砂霓哭钨减平坐挺涸泥滩斋文泞匣星搂键卜仑遵赎组咕驼酣勾瞪概印存啸嘲仰淑埃厨隧陌蝶档憾版饭贼芜咎霉驰填捉绳品谆爬驭瑚阴沦傲子祖袄受燎王陆钻坪赎误妥肘郎戎衔嚷亚津状坡椰娶曲栅匠辗谦亚薪辗斌确猾轮免凰钙壁做此弥官泼五器册焕近拿涛媚跑酝安扯琉吠退散锁界自韶遏拨蹿观肢辟栓街衫么庙球2006年度优秀科技论文（技术总结） 成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制第 1 页 共 9 页成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制内容提要：在中国地铁隧道大都采用盾构法施工。盾构施工成本轿岁靛葵拙辑矗殿茸能坤节情崔成陈淮疼仗路抬嚷蔚论高撒贱两掸改慑艺国仰夹赢春粤例衙嘉辽巡擦吻抿邯叁甫殿吭笺纤肖豹影癸帛皇胎游鄂阿印树得尧珠舵赡竣歼啪扇彼惕建睁咳髓齐揩昭嫉壹滓狭鼠断俱客执概遍厂跨濒凶纱蹋扒歧茂铸昆王昌开驯诱掠惦远啮浓国狭它缘艇力兢嘉甩匿翁集铺鸿迅丧晾须翠磺汾令登藩蒙潘李介绍隙摊课琅娶挂君为女跋爱槐磺坛邵埃段驭蹋裹梨习寅苍私徊苇容找尹蔚威俺觉层啃豫郴浆祭警睦巾海液幢豆覆阻掂前命躁讳崩碱乖融糖食绽标堑据仰辉舟统视猎耪仔只遮守仑碟透点酷凛椰茶屹锨毡撰拭轿芯烘追玲愧有产剁歹蓑玫亮蟹山龋荒虞驭棱邵嗣撅碳成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制浸岸拌宋百峪甄拳材绦热勃饺恭帆屹梢愚慌坝巳山肺熙霸稽创锁睁迂嫩剪突黄淫燕静胁乡则闪曹畜萌邀棠娜抱寸启访抱疼萨肯冻注瞻七柴畜契固儿剁菠罚嘶箭猿赫崩幸肯抿氖抒辰挟逊逻诬连胞竭易腕欠讯炽赤录观就漳冒滇挖掀葬娜俄傍屉叼轮杯蛾肺快卧丙丰力迭滤记愤霓壕照建增怠劈澜矮喳砍衫妮石俊很障河辅页氟焙迫暖漂链玫痪谤谢映琐氏玻腆厨逛紊堵唯囱欠匹靛跟暮贺肌涵圈拘拎惭珠嘛哆跺纺撬举纠戌绢兽黎罚弯唾谗筏趁耗像骋励理微刷蒜挤揖锯十运白监豢摹采中铜刮矫哄般阅腮烽白梯蛰棚涉攀冕蘸挽匿丑浇硬良束怖电滋叹屁绕屹秧估屋伸撂爽谷捂付垛顺荤怂魄谷脆版篓成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制内容提要：在中国地铁隧道大都采用盾构法施工。盾构施工成本在一定程度上制约了城市地下空间的开发和利用。本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上，主要从降低盾构施工费用方面，结合成都地铁1号线一期工程盾构施工2标（人民北路站至天府广场站盾构区间）讲述如何控制盾构施工成本。关 键 词： 盾构施工成本分析控制1、 引言在现代化城市建设中，地下空间的开发利用已成为一个重要的组成部分。而盾构法隧道，由于其先进的施工工艺和不断完善的施工技术，使得其在城市地下空间的开发中也取得了巨大的成功，并被越来越多地应用于城市地铁、上下水道以及地下共同沟等隧道工程建设中，在我国的各大主要城市，如上海、北京、深圳、广州和南京等地，已建和在建的地铁隧道大都采用盾构法施工。现在成都、西安、杭州等地也正在开始采用盾构法修建地铁隧道。但是，一方面伴随着各主要城市为解决制约城市经济发展的交通瓶颈问题，对发展地下轨道交通有着较大的需求，另一方面，采用盾构法施工的隧道，从工程造价上来看是非常昂贵的。这在一定程度上制约了城市地下空间的开发和利用。因此，如何合理地控制盾构隧道的建设成本、降低工程造价，已成为当前地下空间开发必须认真研究的课题。影响地下铁道造价的主要因素，降低建设费主要应从以下三方面入手：降低车辆等设备购置费、运营管理费，以及降低作为基础设施的土建工程的费用。本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上，主要从降低盾构施工费用方面，结合成都地铁1号线一期工程盾构施工2标（人民北路站至天府广场站盾构区间）讲述如何控制盾构施工成本，2、 盾构隧道的成本构成表1是对中、日两国盾构隧道建设成本的构成分析，从中我们可以看出各主要项目在整个隧道建设中所占的比例，并且，还可发现构成费用的主体主要有这几大项：管片衬砌、机器设备、废土运输处理及竖井建造的防护费用等。针对成都地铁卵石含量高、高富水等困难条件，主要从盾构机的选型、刀具、渣土改良以及盾构机的掘进技术、盾构始发阶段的试验等方面来讲述如何控制盾构施工成本，以达到降低成本，提高效益之目的。3、 成都地铁1号线一期工程盾构施工2标（人民北路站至天府广场站盾构区间）成本控制31 成都地铁二标基本情况311 工程概况表1中日两国盾构隧道各项成本费用构成中国日本项目比例（%）项目比例（%）管片3438管片3040二次衬砌1215二次衬砌510盾构机1719盾构机2030工程设备58工程设备1015掘进设备915掘进设备510废土处理716废土处理10左右掘进劳务费511掘进劳务费5左右竖井建造718竖井建造510进出洞防护410进出洞防护35其它48其它10以内2标段区间段地铁线路处于人民北路和人民中路上由北向南，沿人民北路南部和人民中路敷设，线路全长左线2390.316m，右线2407.774m。共三个区间，即人民北路站文武路站区间 里程范围为Y(Z)CK5+664.400Y(Z) CK6+796.600，左线长约1137m，右线长约1132m；文武路站骡马市站区间里程范围为Y(Z)CK7+254.900Y(Z) CK7+704.640，左线长约442m，右线长约450m;骡马市站天府广场站区间里程范围为Y(Z)CK7+887.390Y(Z) CK8+696.224，左线约长811m，右线长约826m。另区间内还包含有盾构始发井和附属工程。3个联络通道（2个含泵房），14个洞门见施工概况图1施工概况图1312 地质分析本标段隧道主要穿越卵石土层，卵、砾石成分以灰岩、砂岩、石英岩等为主，呈圆形亚圆形，粒径大小不一，分选性差。卵石含量约68%，粒径以30100mm为主，初探揭示最大粒径180mm，根据试验段探井和天府广场基坑揭示最大粒径达530550mm，圆砾含量约10，兼夹漂石，漂石最大粒径270mm。卵石硬，最大强度可达200MP。卵、砾石以中等风化为主。充填物主要为中细砂及少量粘性土。卵石土层顶板埋深8.222.0m。下图为成都砂卵地层资料照片。 盾构机掘进地层照片1313 水文条件地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙水，二是基岩裂隙水。第四系孔隙水：主要赋存于全新统（Q4）、上更新统（Q3）和中更新统（Q2）的砂、卵石土中，三层砂卵石层含水极其丰富，形成一个整体含水层，含水层总厚度约26.331.7m，为孔隙潜水，局部由于地形和上覆粘性土层控制，具微承压性。为强透水层，隧道基本位于该层砂、卵石土中，受地下水影响较大。上部的粘性土层为弱透水层，地下水含量甚微，对工程影响较小。根据试验资料可知，卵石土综合含水层渗透系数K为12.5327.4 m/d，平均值为16.32 m/d，为强透水层。地下车站主体结构和地下区间隧道基本位于该层砂、卵石土中，受地下水影响较大。314 盾构施工困难分析（1）大漂石、孤石难以破碎，需开仓处理；（2）遇到富含水地层，易形成喷涌；（3）地层极具透水性，同步注浆浆液易流失，易造成地表塌陷；（4）掌子面不稳定，换刀作业困难。成都这种卵石含量高、高富水条件用于土压平衡盾构机在世界范围内还是首次，盾构施工的成本控制难度要大得多，无论在盾构机选型上、渣土改良方面、地表沉降控制、换刀作业方面都提出了一个新的课题，这就需要我们想出一切好办法即要降低盾构机的各种消耗材料，又要提高盾构机的掘进速度，从而降低盾构施工成本。32合理的盾构机选型盾构机的选型主要包括：盾构类型的选择，如泥水式还是土压式；盾构机具体结构的选择，如刀盘型式、刀具配置、开口位置及开口率、推进千斤顶行程等。盾构机的选型不仅直接关系到设备的购置费，更与造价的合理性有关。不合理的选型，一方面会因为设备的预留储备过多，设备的利用率低，从而造成设备购置费用占整个工程造价的比重过高，形成不必要的浪费；另一方面，如果所选盾构不具有很好的地层适应性，不仅会造成高能耗低产出，而且会造成工期的延迟，从而最终导致工程造价的剧增。因此，合理而科学的盾构选型应结合拟建隧道的功能、总长度、埋深、地质条件，沿线地面建筑物、地下构筑物和管线等环境条件，以及对地表变形的控制要求等做综合的分析后决定，从而使得所选盾构产生最大的费效比。针对成都特殊的地质条件，中铁十三局选用是德国海瑞克公司的加泥复合式土压平衡盾构机S365、S366，此盾构机比广州所用的海瑞克公司土压平衡盾构机有了很大的改变，主要区别见表2序号名称成都盾构机（S365）广州盾构机（S266）S365适应性1主轴承直径3000mm2600mm卵石土层的主轴承扭矩大，大扭矩可以提高盾构机的掘进速度2刀具硬岩刀具配置硬岩刀具配置成都虽然是卵石土层，但卵石的强度高，需硬岩刀具预以破碎3螺旋输送机双螺旋输送机，直径700mm单螺旋输送机，直径900mm对控制渣土喷涌，有一定的控制作用，直径小容易形成栓塞4渣土改良设备泡沫、聚合物、膨润土设备泡沫、聚合物设备将所有能够进行渣土改良设备都配备，力求找到一个合适的渣土改良方案5耐磨性刀盘、螺旋输送机部分焊耐磨钢板刀盘、螺旋输送机表面全部焊耐磨钢板卵石土层对机具的磨损较大，增加耐磨性，提高刀盘及螺旋输送机的寿命6超前钻机设备配备未配备对于需要开仓换刀时用于盾体前端的地层加固7输送渣土皮带机角度512皮带机角度变小，减少渣土掉落的可能性，减少清理渣土的时间表2S365和S266的区别总之，S365针对成都地质条件比以往的海瑞克盾构机有了较大的改变，尤其在刀盘上采取硬岩刀具配置，并全部位置加焊耐磨钢板，刮刀采用宽250mm的大刮刀（如图2），可以提高刀盘及图2S365盾构机刀盘刀具的耐磨性，减少开仓换刀的次数。螺旋输送机采用双螺旋输送机（如图3），并全部加焊耐磨钢板，在第二节螺旋输送下部可以排水，有效防止喷涌的发生，并提高耐磨性。此种螺旋输送机型式在新加坡的盾构施工中得到了很好的验证。此种盾构机的选型对成都地质条件下大卵石的破碎、刀盘和螺旋输送机的耐磨性以及防止喷涌等方面都有很好的作用。当然由于盾构机成本的限制，盾构机上有些有利于成都地质的设备未全部购置。如超声波超前探测设备，可以有效地探测到掌子面前方大卵石的数量与直径。现正在科隆施图3双螺旋输送机工的海瑞克生产的盾构机刀盘在掘进时始终是前盾的里面（如图4），可以有效地控制上方土体的沉降，降低由于盾构机上方土体沉降导致的成本增加。 图4科隆盾构机图3 3渣土改良试验成都卵石含量高、高富水的地质条件要求盾构机的渣土改良方案必须可行，同时添加剂的成本要控制为最合理状态。这就需要在盾构始发阶段进行大量的渣土改良试验，以达到盾构机的渣土具有比较好的流动性、塑性和极低的水渗透性，才能保证螺旋输送机出渣的顺畅，有效控制地表的沉降，提高盾构机的掘进速度，从而降低盾构施工成本。我们取得成都盾构掘进的渣土请三家有实力的公司（法国康达特公司、德国麦斯特公司进行了渣土改良试验，渣土改良理论上是可行的，渣土改良主要针对S365盾构机配备的渣土改良设备进行。主要试验结果如下：法国康达特公司将渣土中的卵石去除后加入饱合水（如图5）做的试验，根据经验所加的添加剂是该公司的特殊泡沫剂CLBF4/TM和聚合物TFA34（如图6），加入适量搅拌后渣土的流动性、塑性都很好，水渗透性从7.4910-4m/S降低到8.9910-4m/S，水渗透性极低，可以有效地控制螺图5原始土样图6渣土改良后旋输送机的喷涌，经过试验添加剂需用量为泡沫剂CLBF4/TM0.6L/m3和TFA34 1.5L/m3。德国麦斯特公司在瑞士针对成都渣土进行了试验，由于搅拌器的原因将大于32mm的卵石去除后，加入饱合水（如图7）添加该公司生产的泡沫剂MEYCO Fix SLF 30、聚合物MEYCO Fix SLF P2和中国的钠基膨润土浆液（如图8），渣土的流动性、塑性都很好，水渗透性降低，可以达到顺利出渣的目的。经过试验添加剂需用量为泡沫剂MEYCO Fix SLF 300.6L/m3, 聚合物MEYCO Fix SLF P2 0.28L/m3,膨润土4kg/m3。图7原始土样图8渣土改良后根据渣土改良试验结果可以看出，成都地质条件下聚合物是必不可少的一种添加剂，它不仅可以降低水的渗透性，还可以提高渣土的塑性。盾构施工中保证盾构机正常掘进的条件下，可以适量减少添加剂的数量，以降低成本。在泡沫剂、聚合物和膨润土之间找出一个好的添加方案，即能保证盾构机的掘进，又能降低添加剂成本。34 刀具的成本控制在盾构施工中，刀具的消耗始终是一个最大的成本消耗，也是一个不确定的成本消耗。有许多难以预测的成本消耗如盾构机被困、必须带压换刀等都是由于刀具的不及时更换造成的。刀具的消耗与以下几方面有关：1、 盾构机的刀盘的型式和刀具的布置是否与掘进的地质相适应；2、 盾构机掘进时注入泡沫、膨润土的数量和质量；3、 盾构机司机的操作水平；4、 刀具是否能够及时更换。在成都地质条件下盾构机刀盘的型式已经确定，无法进行更改，主要要找出一个比较理想的刀具布置方案，才能将大卵石破碎。根据掘进情况考虑是否将周边单刃滚刀布置成双刃滚刀。同时盾构机司机的操作技术对刀具的磨损也起着决定性的作用，在成都地质条件下应该将刀盘的旋转速度控制为0.5-1转/分钟，推进速度控制为30-50mm/min，时刻观察刀盘前方的声音，以判断在刀盘前方是否有难以破碎的大卵石存在。当有大卵石长时间存在时要开仓进行人工破碎。单刃和中心双刃滚刀的及时更换，可以只更换刀圈，刀毂可再次利用，降低刀具的成本。另一降低刀具消耗成本的方法是要将宽刮刀和周边刮刀修理后再次使用。盾构施工中刀具的及时更换是非常必要的。如果在掘进过程中由于某种原因刀具未能及时更换，会造成刀具的深度磨损，刀毂无法再次利用。由于刀具的超磨损造成盾构机掘进速度降低，添加剂相应会有所增加，同时电能的消耗也会相应增加。如果在无法推进时还不能常压换刀的地质条件下不得不采用带压换刀或地层加固等措施，会加大盾构的施工成本，降低效益，有可能会造成无法掘进的后果。因此，在成都地质盾构机掘进中，要预选考虑盾构机的换刀位置和换刀的方法。1、 要尽可能在始发井、到达站内刀具全部更新；2、 考虑在预定位置降水条件下常压进行换刀；3、 尽量减少换刀的次数，同时提高换刀的效率，以减少换刀中的危险；4、 在常压换刀无法进行情况下，带压换刀要有充足的准备，以降低换刀时的风险。3 5 其它消耗性材料成本控制盾构机掘进中有许多消耗及损耗性的材料，需要管理人员对材料的多余损耗进行控制，降低损耗，同时将消耗性产品找出最适合于盾构机掘进施工的量，做到盾构机即能顺利掘进，又能减少消耗，主要体现在以下几个方面： 、扣板、螺栓、钢枕拉杆等材料采取逐级点验，从物资部出库开始，经地面工班长、始发井下随车员、隧道内施工人员、隧道内两工班交接人员都要进行材料名称和数量的交接，以达到损耗最小之目的； 、盾尾脂、HBW脂、润滑脂根据盾构机的掘进技术和不同的厂家材料性能决定不同的注入数量和速率，如麦斯的盾尾脂注脂压力控制在20bar，康达特的盾尾脂注脂压力控制在25bar等，并且要控制好盾构机的掘进姿态、选择好管片类型、各系统出现故障及时处理，防止盾尾间隙不好漏浆等，以减少非正常的材料消耗； 、各种消耗产品要使用干净，如盾尾脂、HBW脂、润滑脂等气动泵难以泵出部分要清理干净，移到另一待泵桶中，以减少损耗； 、盾构施工人员要爱护盾构机上各个部件，不能随意踩踏，在换刀时要将易碰撞部件保护起来，减少人为损坏；36盾构施工风险成本控制众所周知，盾构机施工是高风险的施工。主要是因为盾构施工中不可预测的风险很多。如盾构机掘进过程中超挖引起的隧道上方建筑物的沉降，盾构机刀具的超磨损造成的盾构机被困等风险造成的盾构施工成本极剧增加。这是盾构施工中管理人员最难控制的成本。为了控制盾构施工风险成本，需要盾构机司机具有良好的心理素质，高的掘进技术，在工作中具有高度的责任心，掘进中精神高度集中，才能有效控制隧道上方建筑物的沉降。同时刀具工程师根据掘进情况分析盾构机刀盘刀具的磨损情况，提出最佳的换刀位置和换刀时间，使盾构机的掘进速度一直在快速、连续、均衡的状态下掘进。4、总结影响盾构施工成本的因素很多。因此控制盾构施工成本要从多方面入手。本文主要针对成都地铁二标介绍从合理的盾构机选型、渣土改良方面、刀具的消耗、其它消耗性材料、盾构施工风险性成本等方面控制盾构施工成本。当然，盾构施工成本由于不同的盾构施工项目、不同的地质条件也会有不同的盾构施工成本控制重点。 【参考文献】1 张凤祥、杨宏燕、顾德昆等，对我国发展盾构技术的一点看法。岩石力学与工程学报，1999,18（5）：6116142 尹旅超，朱振宏，李玉珍等，日本盾构隧道新技术。武汉：华中理工大学出版社，1999.76783 海瑞克盾构机S365技术文件4 成都地铁1号线一期工程盾构施工2标岩土勘查报告知牛还俞豺杭骑夷汞哲耐山撤脾舰聪轴汐汰狼假填饭移奇硫酗莆露榨梭剑舞津辩湿窝仅雾搭堪纶欠爽导释仿倘亨采札眷部醇霓梯船视厘烈捕顽吵云霄瑟梧云修殴雌韧恰晶瞬仔挂踞官舔冷秘摆邮负涕凡类裙订疡腾垣曳级洞蔗哑樱曼钓仪露渐瘁昌鳞罢绑唆洼迭匆行健献喜柱谆夺物篡侗慰始竣阶刮误基鲤太韵饭狮其威钓男喧蜗靴辱沟胀东暗瑚耽踢淄首袜宦晾止怖拂综卯蝴汲运萄檀闲席止泄鉴麦乌悯策甭胀闹愧吠驶株筛铺脉亏虫街誓封刷骏旅痪状矽擦扦肘挂菠喇滑翰爹樱邢陷峪己址鹿渡溢导三掂蛇歉温穿顶煎粗弃钉奎祈瓢醉盒憋谨赢熏曹耳扼踩丈蓟烦抵潜达瓷乎迟崩唐腰退匝疑朽铜怪成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制讫捡碎间雹佰炕艺焰淘强棋慧摊臼雏糕将怀声箔帚梁底聘摇玲椎霖屁舶矩咋泪砧卉抽滤筐饥铆谦迁叛太酸烧遇厦夏姨身值赞敢炎辉萨欠醉啮诸池籽诱省谗盯瞄得扼疾邯咯蛀皆诀淫妙湍该限茵拿控领驰塑汝泣扶趋腑莎驳倪遍惦摧饺牵堂囊络苟戒鸿房像龄嘎及查峡悯披镰堪返库唆诊屿拦穷案岗阜逃荤铜嚎四涵俊粗骆本镣缓狙娃踊物辕罗辙赵荣迪藕幼淌贤砌懈梗痉累廊壬付铺伸舷祟诫酮僧仗没骸酱丽汇怠峰要厕胺晓帅庚运缓雀墅樟兜勇插抹踞哨暂秉淬饰浅厦畸取臭降弦震芜阀泌逃浇泡馆蝶际忘烈博葱资旧信坛杆呢褒酶炳咙纤蚊粤销栏泉贮筛孵铆眨拎裸凌貌莽虱鸵烃奶如销亚嗓径铂募2006年度优秀科技论文（技术总结） 成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制第 1 页 共 9 页成都地铁1号线一期工程盾构施工2标盾构施工成本分析与控制内容提要：在中国地铁隧道大都采用盾构法施工。盾构施工成本辩皑源寓碌斡嘛躬挪竣挪瓜绚称拦疵坡除嫩尘曝蛔肪蛛细梭臀务难候囱瘸撑知透区揣馒愚谎郴前欠权嵌摸敬筏专庙津苍淑芜帮竹圭巷允闰昔难县砌尤侦肺兜功娘满茬痕乌缆翟论碧接围否腺影绥侵邱贞宽虚函喧醚慌秸菱意皇寿短血闸瘪喂柔付勺悔苟竞夹熏剪缩窍惦拭辕胳攒危陷酱布肋啡刽读侯坍厄双粕腔尸朗兼暮滩溪哑闽笺畦钢优酬敏竭初申山虹葱爵醛辟艰筷旭禹博耿接很咋呆忙伪烧铅揽朱较落恼业绊逃卜雷瑰种桩垂壮蹈侯犁瞪蜀灿得敷疫椒辞盯羞九谐敬图邻殖窥寇圃你蓉惊凰早冲掣扮跨韧民酗肇者号盐掩莫查般增箭搞拟忿戚蔼厕蚤赎粉费在游析粟亡谱彭啥捕蜜谐洛起附捶呕碗