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1、盾构法隧道施工的成本缩减探讨摘 要:盾构法施工作为一种新型隧道工法,因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取得了巨大的成功,并被越来越多地应用于城市地铁、越江通道以及地下管线等隧道工程的建设中。与此同时,由于其高昂的造价,使得这种工法的进一步推广受到限制。文章在分析了国内外众多工程实例的基础上,研究了盾构法隧道的成本构成,并结合现有的技术水平,从管片和衬砌、盾构机器设备、竖井建造和高速化施工等四个主要方面论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价、更好地指导设计与施工的目的。关键词:盾构隧道;管片和衬砌;成本缩减;地下空间1引
2、言12在现代城市建设中,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。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。12因此,如何合理
3、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。目前,这一研究工作已取得阶段性成果,如日本建设省制定了“降低土木工程造价的指导方针”[1],要求从设计阶段开始就采取缩小结构物断面、结构物形状单纯化、构件预制化、材料规格化和标准化以及施工技术标准化等5大措施。关宝树[1]总结了影响地下铁道造价的主要因素,并指出降低建设费主要应从以下三个方面入手:降低车辆等设备购置费、降低运营管理费,以及降低作为基础设施的土建工程的费用。张凤祥[2]等人基于当前我国盾构技术发展的现状和特点,提出了今后我国盾构技术开发的方向:降低成本、提高质量、
4、施工高速化、使用寿命长等,即通过机械化、智能化、信息化、设计规范化、新材料和新工艺的采用等几个方面来实现。Ｙ.ＴＡＹＡＧＡＫＩ[3]等人提出了增加盾构隧道管片宽度,提高经济效益,从而降低成本的措施。最近,日本和中国[4][5]都在开展预应力高强管片的应用研究,由于这种管片省去了接头螺栓和二次衬砌,使得盾构隧道的外径缩小,从而降低总的建设费用。本文在分析了盾构法隧道成本构成的基础上,总结了国内外众多的施工业绩,并结合现有的技术水平,从设计和施工技术的角度论述了如何进行成本缩减,从而达到降低工程造价的目的。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
5、构成分析[7],从中我们可以看出各主要项目在整个隧道建设成本中所占的比例。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。因此,本文对成本缩减研究的重点也在于此。3盾构隧道的成本缩减研究3.1管片和衬砌的成本缩减3.1.1合理的设计方法12盾构隧道的设计主要是针对管片和衬砌的设计,而目前应用较多的就是惯用设计法。惯用设计法是一种不考虑管片接头刚度降低而将其视作刚度均匀的圆环的设计方法,计算时假定土体随管片环的变形而产生地基反力。这种设计法由于没有考虑管片接头刚度的降低,因而计算出的结果相对来说要偏高。而梁—弹
6、簧模型法[6]则是将管片环模拟为梁的构架(直梁或曲梁),用旋转弹簧和剪切弹簧分别模拟管片接头和环间接头,将其弹性性能用有限元法进行构架分析,计算截面力。据认为,这种计算法是一种解释管片环承载机理的有效方法。在某高速公路隧道的设计中,应用梁—弹簧模型法计算出的管片厚度为40～45ｃｍ,而采用惯用设计法计算出的则为50～65ｃｍ。可见,使用前者可以提高计算的精度,降低的管片厚度,一方面使得隧道断面缩小,另一方面则降低了制造费用。3.1.2二次衬砌的省略盾构施工法中施作二次衬砌的作用在于:防腐、放水、防火、隧道内表面光滑、管片拼装蛇行修正以及隧道衬砌的补强作用。在
7、确保衬砌强度和结构安全性的条件下,二次衬砌的省略,其优点主要有以下几点:(1)由于二次衬砌的省略,直接导致成本的降低;12(2)由于二次衬砌的省略,工期得以缩短;(3)由于掘削断面的缩小,排出的弃土将会减少,从而使得机器设备、始发及到达竖井等的规模缩小。3.1.3增加管片宽度通过增加管片的宽度,则沿隧道纵向管片接头的数目可以减少,从而管片的生产费用就会降低;在隧道长度不变的情况下,增加管片宽度,组装次数减少,日推进量增加,工期可以缩短;增加管片宽度,相应减少了隧道的环缝数量,不仅改善隧道的防水状况,而且还减少了接缝止水材料以及连接件的投资。但是,管片宽度的增
8、加可能会出现这样的问题:由于管片环接头螺栓处产生的剪
