影响盾构法施工经济效益的主要因素及应对策略.pdf

影响盾构法施工经济效益的主要因素及应对策略陈 攀(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京)收稿日期:作者简介:陈攀()男湖南长沙人本科工程师主要从事地铁施工工作摘 要:首先对盾构法进行深度的剖析以盾构法施工的特点为切入点深入分析盾构法施工存在的缺点和隐患并解释了导致经济收益过低的原因提出了相应的解决方案最终通过分析实际案例对盾构法施工提出了改进方案关键词:盾构法施工经济效益影响因素应对策略中图分类号:文献标志码:文章编号:():/前 言伴随着我国基建事业的不断发展越来越多的基建工程已经开始不断开工而盾构法在许多的施工方法中脱颖而出成为越来越多建筑公司的首选它的优点在于可以适应任何艰苦的施工环境和施工的高效率 但是盾构机是盾构法施工的专业设备有很大的局限性 盾构是为某一特定的工程量身定制的其基本上是“一机一洞”即一个隧道施工完成后下一个隧道的地质条件和断面尺寸必须一致否则即使设备再完好也难以物尽其用 盾构法简述 盾构法盾构机不是一种普通的施工工具它还可以在施工现场承担起强有力的临时支撑作用 盾构机总体上更接近一个比隧道口略大的钢管机盾构法施工的特点为施工效率高、洞体质量高、对周围环境因素影响小等在我国有越来越多的软土地基基建应用了盾构法最终的结果是可以高效安全地完成基建 盾构法优劣势研究 优 势)在向前掘进的过程中效率高并且更加安全)盾构机的整体过程可以实现全自动作业极大地节省了人工费用和降低了施工方的劳动强度)对附近的整体环境影响极小包括地面和地下)在施工过程中不会受到外界环境因素影响同时也不会在施工过程中对附近造成噪声污染)在适合盾构法施工的地域相比于其他的施工方法在施工效率和经济方面有着很大的优越性 劣 势)在非软土地基基建中适应能力偏差)因为盾构机器的价格非常昂贵施工距离短的话性价比很低)一线工人的工作环境很差有很大的安全隐患 盾构法建设原理)盾构机器是一个带有护罩的专业掘进机器在向前掘进的过程中通过提前安装好的刀盘对隧道进行切割和排土)盾构法施工是一种特殊的隧道建设方法其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌也可采用挤压混凝土圆形衬砌必要时可再浇筑一层内衬砌形成防水功能好的圆形双层衬砌)在施工过程中盾构可以为掘进机提供对隧道整体的临时支撑在历史的长河中也有许多国外的超长隧道施工中灵活使用了盾构法施工 影响盾构法施工收益的主要因素及解决办法 隧道断面设计复杂变化多具有特殊性从隧道大小的方面来看以盾构法为主要建筑方法对各个城市的地铁进行施工时为例因为每个城市的地铁建设都会有相应的地方规定都存在自己的特殊性 根据大量的数据统计后得出就算规格同为 的隧道就出现了许多不同尺寸的微小差别而产生的差别也是符合国家相关规定的所以在施工过程中如果盾构机的尺寸为 的话时无法做到用同一个机器进行多次施工的如果以大推小会造成无法估计的安全事故而以小推大则会造成有很多本不应该存在的空隙在填补的过程中会大量提高工程的资金投入得不偿失 施工方花大量资金购买的盾构机在第一次投入施工后虽然效果很好但是因为种种的限制因素导致基本无法投入到第二次的施工中除非再花费大量的资金对机器进行改装而仅仅改变机器直径这一项目就会花费上千万元对施工方造成很大的经济负担现如今盾构法施工无法全面投入到我国的基建工程中来的主要原因就是我国没有对隧道和地铁建设颁布严格的一系列标准如果将所有的隧道和地铁工程行业设计进行规范化就可以保证每一个盾构机多次投入施工做到物尽其用 而且在规定了严格的尺寸标准后盾构机也可以大批量的按标准生产有效地降低所需成本由此可知有效推广并使用盾构法施工的方法就是降低施工方对于盾构机的投资以及每一台盾构机所带来的回报而最便捷的方式就是国家介入并颁布相关的法规 划分标段不科学投资周期较长当前建筑市场对招投标区段的划分和施工工期的要求不尽合理是造成投资回收期人为延长的根源 以城市建设中的地铁建设为例一般每个相邻的地铁站不超过 而绝大多数的地铁建设是以区间划分的即便上行隧道和下行隧道都使用同一个盾构机掘进总体的施工长度也不会超过 如果想要完成机器的设计寿命并赚回投入资金的话就必须多次中标将一个盾构机多次使用才能保证盾构机的物尽其用 而现实是由于工期的限制以及许多的客观因素绝大多数的工程都需要两台盾构机同时工作因此所投入的资金又是成倍增加几乎市面上所有的施工方都无法承担如此大量的经济压力 所以当务之急就是如何保证所有的施工方在选择盾构法施工后得到一定的经济收益而不是亏空最好的解决办法就是将投标区域扩大例如城市地铁建设可以将每一个投标区域扩大为 个地铁站的长度并且适当的延长施工工期保证投资一台盾构机就可以完成施工任务的同时可以收回投资成本实现良性循环后就可以使越来越多的施工方选择和推广盾构法施工 地形地质情况多变建设风险较高影响盾构法施工的因素有很多其中最关键的就是投资无法保证和回报成正比关键性原因就是盾构的使用局限性而造成这种局限性的原因就是环境因素对其的限制 即便是同一个尺寸的盾构机只要环境不同就要选择不同的刀盘、刀具等工具几乎每一个新的工程都需要一个新的盾构机 仅更换一个刀盘就需要上千万元的费用因此现在市面上生产出了一个新型的可以适应所有地形的复合型刀盘已经渐渐成为所有施工方在使用盾构法施工时选择刀盘的第一选择还有许多的环境因素会对盾构法施工造成极大的影响因为施工地点的局限性可能随时会遇到地下坍塌、泥石流、甚至是地下水上涌等问题这些问题都会使盾构机的施工陷入停滞阶段 不仅会影响整体施工的工期甚至会导致人员以及设备的安全造成无法挽回的生命安全财产损失举例说明某地铁隧道工程的前期准备工作因施工地的地理位置影响、技术准备不全等原因未能保质保量完成在后期开展挖掘工作时遭遇突发事故事故处理完毕后发现盾构机受到一定影响刀盘无法进料地下沙土从缝隙中渗入并淹没机器导致施工停滞耽误了整体的建设进度造成了巨大的经济损失 设计思想不同造价差异大盾构机的设计理念目前大概分为两种一类是欧美国家共同研制的欧美式盾构机其主要考虑的问题不是经济实惠而是更注重如何将先进的技术完美的利用在盾构机的上 虽然无法控制整体造价但是欧美型盾构机的质量和更新速度依旧位于世界前列另一类是我国自主研发的国产盾构机相较于欧美式盾构机我国盾构机重量轻但施工效能却几乎一致每小时也能前进 左右在动能消耗方面却节约很多能源 而且国产盾构机已经能根据工程要求定制相应的机器而且造价只有几千万人民币欧美式盾构机折合人民币要有近亿元从造价低节约成本这一块它们之间的差别也是天壤之别总地来说对一台造价上千万乃至上亿的盾构机来说国产型的盾构机无疑是更好的选择因为其可以用一半的价格来完成同样的工程任务 但是欧美型盾构机如果用于地理环境相当复杂的工程中其优越性是远远高于国产型盾构机的它的高专业性和可变性都是隧道高难度施工所必须具备的 在如今的招标中招标方盲目的相信价格越高质量越好没有考虑到实际的经济问题和是否可以使用更低廉的价格来完成同样的工程导致中标的施工方被迫选择更贵的欧美型盾构机这样做不仅要增加一倍甚至更多的资金投入导致无法获得相应的工程收益还会导致某些企业因为资金周转不开而亏损甚至倒闭 所以如今要解决的问题就是需要培养专业的盾构机专家对工程进行合理评估在欧美型和国产型盾构机上做出最合理的选择保证招标方和中标方达成双赢的局面 实例研究以某市新建的地铁线路建设为例对盾构法施工进行全面系统的分析 在经济效益稳定的前提下开展盾构选型基于经济因素对盾构机进行选型应综合考虑材、能、水、地和环境的因素即通过对采用不同盾构机型所产生的资源消耗及环境影响进行合理的测算依据经济因素进行划分对比分析 典型的面板式刀盘见图 图 典型的面板式刀盘本工程的施工路段位于某老城区在施工路段的人流量极大 在考虑绿色施工的前提下需要全面考虑整体的电力、空间等限制因素因此本工程选择以某一点为唯一始发地将盾构对于整体施工隧道的支撑作用发挥到极致在进行掘进工作的过程中将会面临对于盾构机类型的选择分别为泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机 泥水平衡盾构机施工因为会排出许多的工业废水和泥浆所以会对周边环境造成一定的污染反之土压平衡盾构机施工可以有效地避免污染 泥水平衡盾构机施工因为需要远距离的输送泥浆需要建立对应的中转泵站同时也要购买相应的泥浆处理机器所以会在经济消耗上和水资源消耗上远远大于土压平衡盾构机施工并且在大功率泥浆处理机器运行的过程中会产生很大的工业噪声可能会严重影响附近居民的正常起居 但是在此工程中因为工程地域的原因地下水明显要比其他工程多在使用土压平衡盾构机施工的过程中很容易造成地下水喷涌的事故以及无法通过输送机得到有效的土塞的问题根据整体施工的安全性以及其他因素考虑绝大多数的类似工程都选择了泥水平衡盾构机施工但是基于绿色施工的考虑以及对于成本的控制和保证环境不受到污染此工程最终选择使用土压平衡盾构机施工 针对该工程路段存在的丰富地下水问题决定对渣土处理系统进行全面革新保证输送机在出渣的过程中可以形成满足工程需要的土塞 盾构类型与渗透率的关系见图 图 盾构类型与渗透率的关系 渣土改良技术本工程对于渣土的处理方式是制作出对应的渣土改良剂其主要成分包括膨润土浆液、高分子聚合物等 其中最为关键的成分就是高分子聚合物可以通过其黏合性强、吸水性强的特点将存在于土塞中的地下水吸收并且将混合物中的颗粒物重新黏合 在地下水不充足的地段使用正常的膨润土浆液来使渣土形成土塞在地下水充足的地段利用高分子聚合物来替代原有的渣土改良剂 图 为渣土改良剂应用的示意图图 渣土改良剂应用的示意图 保压泵装置出渣技术 保压泵装置的安装和操作依照螺旋输送机的内部结构和具体功能将其顶部检查口用于出渣工作作为暂时的出渣口使用 使用特定型号的软质橡胶管将出渣口和保压泵的进料口相连 出渣口的连接使用钢管和高压软管作为辅助 输送管位于设备桥的右侧顶部末端在皮带机落土口处使用固定环固定 装置和装置之间使用钢管与高压软管连接 保压泵进出口结构如图 将保压泵固定在可移动平板车上借助大重量辅助设施推进和盾构机同步开展工作图 保压泵设备安装示意图 保压泵装置的应用在施工过程中输送机最常见的辅助设备为保压泵 在地下水充足的地段发生地下水喷涌事故的时候是无法仅仅通过渣土改良剂来保证输送的土塞质量这个时候就需要通过保压泵的配合来对喷涌的地下水进行控制 在发生事故时将保压泵严格按照要求与输送机相连就可以完成抑制地下水喷涌的问题 经济效益使用新型的渣土改良剂和对保压泵装置的高效利用完美解决了在施工过程中因大量地下水的喷涌问题对土压平衡盾构机的影响使本次施工可以安全的高效完成与采用泥水平衡盾构机施工对比此次施工大量的节省了工地占地面积和用水用电比例整体的工程收益提高了 万左右对资源的利用效率高出很多 此次施工的地段人流和车流都非常大使用土压平衡盾构机施工并没有对公共交通造成影响而且相比于泥水平衡盾构机施工来说土压平衡盾构机施工造成的环境和噪声污染都很低可以达到当地的环境卫生管理条例 结 语盾构法施工已经进入了大众的视野是公认的效率极高的隧道施工方式但是在某些方面来看这个方法的弊大于利收入很容易与投资不成正比对所有选择盾构法的施工方都非常的不友好 解决这些问题最有效的方式就是国家介入并颁布相关的规定和完善相关的制度 只要解决了盾构法的投资过高和收入偏低的问题相信盾构法施工可以在我国的基建事业有自己的一番天地:参 考 文 献:朱建勋.地铁盾构区间隧道施工风险的分析与控制.工程建设与设计():.李志军王秋林陈旺等.中国沉管法隧道典型工程实例及技术创新与展望.隧道建设():.杨旭.明挖法隧道标准矩形结构与折板拱结构选取分析.北方交通():.