淺析影響盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的主要因素

[摘要]土壓平衡式盾構(gòu)法是當(dāng)前國內(nèi)隧道施工主要采用的方法之一。本文對(duì)盾構(gòu)隧道的相關(guān)概念進(jìn)行了分析，并主要針對(duì)土壓平衡式盾構(gòu)隧道施工法，從盾構(gòu)機(jī)制造價(jià)格、地層情況、鋼筋混凝土管片費(fèi)用、以及地面建筑物這四個(gè)方面對(duì)其影響盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的主要因素進(jìn)行了闡述。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)隧道；工程造價(jià)；影響因素

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市的交通日益擁堵，使得越來越多的城市開始發(fā)展地下的軌道交通。城市的軌道交通工程主要由區(qū)間隧道與車站兩個(gè)部分組成，其中盾構(gòu)法就是區(qū)間隧道暗挖法施工中的一種。所謂盾構(gòu)法，是一種全機(jī)械化的區(qū)間隧道施工方法。其中土壓平衡式盾構(gòu)由于具有可靠、安全、干擾小的優(yōu)點(diǎn)，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。科學(xué)合理的盾構(gòu)隧道工程造價(jià)管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源、設(shè)備等的合理調(diào)配與充分利用，從而在很大程度上降低工程的成本，并促使工程保質(zhì)保量地按時(shí)完成。本文著重探討的是土壓平衡式盾構(gòu)法隧道工程造價(jià)的主要影響因素。

1、盾構(gòu)隧道概述

盾構(gòu)機(jī)械是盾構(gòu)隧道施工法中至關(guān)重要的組成部分。在盾構(gòu)隧道工程建設(shè)中，通過操作盾構(gòu)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)開挖面控制、保持周圍土體穩(wěn)固不塌陷、隧道掘進(jìn)、出渣等工作的同時(shí)進(jìn)行，并通過在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)拼裝管片形成襯砌與進(jìn)行壁后注漿來修筑隧道的一種機(jī)械化隧道施工方法。盾構(gòu)隧道施工法是一項(xiàng)極其復(fù)雜且專業(yè)的工作過程，其主要包括了開挖面支護(hù)、土體開挖運(yùn)輸、盾構(gòu)推進(jìn)、襯砌拼裝、以及盾尾脫空和壁后注漿等幾個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。

盾構(gòu)隧道施工法的安全性能較高，隧道掘進(jìn)的速度快，并可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)，使得施工勞動(dòng)的程度相對(duì)較低。盾構(gòu)隧道施工法對(duì)周圍環(huán)境的干擾較小，主要表現(xiàn)為在施工中沒有擾動(dòng)與噪音，在進(jìn)行地下施工時(shí)，不會(huì)對(duì)地面的交通與設(shè)施造成影響，也不會(huì)破壞地下的管線等設(shè)施；同時(shí)環(huán)境對(duì)盾構(gòu)隧道施工法的干擾性也較小，在進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，不會(huì)受到季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件的影響與制約。此外，在松軟含水地層中用盾構(gòu)施工法來修建埋深較大的長隧道，在經(jīng)濟(jì)方面與技術(shù)方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

但是盾構(gòu)隧道施工法不可避免地也存在著缺點(diǎn)，例如其價(jià)格昂貴并且針對(duì)性很強(qiáng)，在進(jìn)行隧道施工時(shí)需要對(duì)每一條隧道的水文地質(zhì)條件與工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)斷面尺寸等來進(jìn)行專門的隧道設(shè)計(jì)制造，且該設(shè)計(jì)制造方案往往不能重復(fù)使用與其他隧道的施工中。同時(shí)，當(dāng)隧道頂?shù)母餐撂珳\或者隧道的曲率半徑太小，也往往會(huì)造成施工困難等。

2、盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的主要影響因素

對(duì)于采用土壓平衡式盾構(gòu)施工法的隧道工程而言，其影響工程造價(jià)的主要因素通常包括盾構(gòu)機(jī)的制造價(jià)格、鋼筋混凝土的管片費(fèi)用、盾構(gòu)隧道穿越的底層情況、以及地面的建筑物或構(gòu)筑物等。下面本文將展開具體的分析。

2.1盾構(gòu)機(jī)制造價(jià)格對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

盾構(gòu)機(jī)的制造價(jià)格非常昂貴，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)類型的不同，價(jià)格分別從2000萬元到6000多萬元不等。并且盾構(gòu)機(jī)的壽命里程通常只有10千米，在達(dá)到壽命里程后就需要重新購置盾構(gòu)機(jī)。在盾構(gòu)隧道工程建設(shè)中，盾構(gòu)機(jī)購置費(fèi)用相對(duì)比較龐大，約占到了隧道工程總造價(jià)的四分之一。因此合理選擇不同類型的盾構(gòu)機(jī)對(duì)于工程造價(jià)管理具有極其重大的意義。

由于我國地幅遼闊，且不同區(qū)域之間的地質(zhì)情況千差萬別，即使是同一個(gè)城市之間，也通用存在著多種地質(zhì)情況。而盾構(gòu)機(jī)的選擇就需要根據(jù)不同的地質(zhì)情況來評(píng)估盾構(gòu)機(jī)對(duì)不同地層進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)的適應(yīng)性。由于盾構(gòu)機(jī)在穿越地層時(shí)，其遇到的地層強(qiáng)度越高，所需要的主軸承抗扭強(qiáng)度與盾構(gòu)機(jī)刀盤的剛度、強(qiáng)度等也就越高，其相應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)制造價(jià)格也就越昂貴。因此，通常需要根據(jù)隧道的穿越地層來選擇合適的盾構(gòu)機(jī)。由于盾構(gòu)機(jī)的壽命里程只有10公里，因此在隧道施工中需要根據(jù)隧道的長度來合理購置相應(yīng)數(shù)量的盾構(gòu)機(jī)。同時(shí)，由于同一隧道的地層結(jié)構(gòu)也可能存在很大不同，因此同一隧道工程所購置的盾構(gòu)機(jī)類型也可能完全不同。因此，在計(jì)算隧道工程中盾構(gòu)機(jī)的每米工程造價(jià)時(shí)，應(yīng)對(duì)不同的盾構(gòu)機(jī)加以區(qū)分計(jì)算。以確保合理的控制盾構(gòu)隧道的工程造價(jià)。

2.2不同的盾構(gòu)機(jī)穿越地層對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

（1）盾構(gòu)機(jī)刀具的價(jià)格對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

在土壓平衡式盾構(gòu)隧道施工法中，隧道的掘進(jìn)工作主要通過刀具切削土體與巖體來進(jìn)行的，因此不同的地層對(duì)所需要的盾構(gòu)機(jī)刀片的剛度、強(qiáng)度等要求不同，需要根據(jù)不同的地層情況來選擇相應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)道具。同時(shí)盾構(gòu)機(jī)的刀具價(jià)格高，且屬于易消耗品，因此也占到隧道工程造價(jià)的相當(dāng)比例。盾構(gòu)機(jī)的使用刀具有兩種，分別為刮刀與滾刀，其主要區(qū)別如下：

①滾刀的價(jià)格高于刮刀的價(jià)格。

②刮刀主要用于土體切削，磨損較小，所需要更換刀具的次數(shù)也相對(duì)較少。

③滾刀主要用于巖體的破碎。隨著巖石強(qiáng)度的不同，其磨損程度也不同，但總體磨損程度較大，需要經(jīng)常更換刀具。因此在盾構(gòu)隧道工程中，滾刀的消耗量遠(yuǎn)大于刮刀。

綜上所述，在進(jìn)行不同隧道地層的開挖與掘進(jìn)工作時(shí)，需要根據(jù)地層情況配置不同的刀具。由于滾刀的價(jià)格相對(duì)更高且消耗量大，且刀具的頻繁更換在一定程度上影響了盾構(gòu)機(jī)的開挖與掘進(jìn)速度，并使得機(jī)械臺(tái)班費(fèi)與人工費(fèi)用也相應(yīng)地有所增加。因此在隧道開掘的過程中，如何合理地使用滾刀并降低滾刀的損耗，對(duì)于隧道的工程造價(jià)而言意義重要。通常在隧道的實(shí)際開挖過程中，工人往往會(huì)根據(jù)土層或巖層的強(qiáng)度不同而使用不同的刀具數(shù)量。在土層中進(jìn)行隧道的開挖與掘進(jìn)時(shí)，往往會(huì)將部分正面滾刀拆卸下來，不僅能夠提高開挖與掘進(jìn)的速度，還能直接減少刀具的使用與磨損消耗，進(jìn)而降低了盾構(gòu)隧道的每米刀具攤銷。

（2）盾構(gòu)機(jī)的挖掘速度對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

在不同的地層情況中，盾構(gòu)機(jī)的開挖與掘進(jìn)速度也不同。具體如表一所示：

如上圖所示，盾構(gòu)機(jī)在粘土層與巖層之間的開挖掘進(jìn)速度存在著很大的區(qū)別，在不同風(fēng)化程度的巖層之間的挖掘速度也有著一定的差別。不同地層中盾構(gòu)機(jī)開挖與掘進(jìn)速度的不同，就會(huì)造成每米盾構(gòu)隧道工程造價(jià)中的刀具費(fèi)用、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)等費(fèi)用也存在著不同。

（3）特殊地層對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

特殊地層主要是指溶洞、土洞、孤石等。其中溶洞與土洞主要在石灰?guī)r地層中存在。若是在隧道施工路線及擾動(dòng)范圍內(nèi)存在著土洞或溶洞，就需要提前對(duì)其進(jìn)行注漿填充。而對(duì)溶洞與土洞注漿填充的費(fèi)用低至幾百萬元，高至數(shù)千萬元，對(duì)于盾構(gòu)隧道的工程造價(jià)而言，且所占的比例無疑十分巨大。因此在隧道設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)對(duì)地層情況進(jìn)行充分的調(diào)查、考據(jù)、分析，以便在規(guī)劃隧道路線時(shí)，在保持隧道路線合理性及整體最優(yōu)化的前提下，有效地避開溶洞與土洞等特殊地層。

而孤石則主要存在于花崗巖的全風(fēng)化殘積層中，常常會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)的切割無法推進(jìn)或者卡刀盤的現(xiàn)象。處理孤石的費(fèi)用則相對(duì)較低，通常在幾萬到百萬之間。但是如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理大直徑的孤石，就會(huì)使得盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)被迫停滯，且處理時(shí)間通常長達(dá)一至數(shù)個(gè)月，不僅造成工人窩工與機(jī)械停臺(tái)的情況，還需要支付每個(gè)月高達(dá)幾十萬元的處理費(fèi)用。因此對(duì)于孤石的處理重在提前發(fā)現(xiàn)并提前處理，以有效避免因盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工作停滯，而導(dǎo)致工期延長，處理費(fèi)用大幅增長的狀況。

2.3鋼筋混凝土管片對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

在進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工時(shí)，隧道主要依靠鋼筋混凝土管片來進(jìn)行土體的支撐作用，因此管片的配筋量、厚度以及寬度的不同，都會(huì)對(duì)隧道工程造價(jià)造成不同的影響。當(dāng)前國內(nèi)使用的鋼筋混凝土管片厚度主要是300毫米與350毫米兩種規(guī)格，寬度主要有1500毫米與1200毫米兩種規(guī)格，且1500毫米規(guī)格的鋼筋混凝土管片所使用的螺栓數(shù)量與防水材料對(duì)比1200毫米規(guī)格的鋼筋混凝土管片而言相對(duì)較少。以一個(gè)3000米的隧道工程項(xiàng)目為例，厚度為300毫米的管片與厚度為350毫米的管片，其在整個(gè)隧道工程中的費(fèi)用能相差五六百萬元。因此在盾構(gòu)隧道工程的建設(shè)施工過程中，根據(jù)土體的支撐需要來選擇合適的鋼筋混凝土管片，對(duì)于隧道工程的造價(jià)管理影響很大。

2.4地面建筑物對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的影響

盾構(gòu)隧道主要是用于城市的地下軌道交通，因此其隧道上方往往會(huì)存在著極大數(shù)量的建筑物或者構(gòu)筑物。盾構(gòu)隧道施工法對(duì)地面上的建筑物與構(gòu)筑物不會(huì)造成影響，但若是建筑物或構(gòu)筑物的基礎(chǔ)侵入隧道，則需要根據(jù)相應(yīng)的情況來進(jìn)行樁基托換的工作。同時(shí)，若是建筑物與構(gòu)筑物所處的地質(zhì)情況較差，則需要進(jìn)行加固處理。通常在市中心進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工時(shí)，其所需要加固或托換的樓房基礎(chǔ)數(shù)量較多，而每一棟樓房加固或托換的費(fèi)用大約在幾十至幾百萬元之間。一旦處理的樓房基礎(chǔ)數(shù)量過多，其也會(huì)對(duì)隧道工程造價(jià)產(chǎn)生很大的影響。

結(jié)語：

盾構(gòu)隧道施工法是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程項(xiàng)目，其影響工程造價(jià)的因素有很多。在進(jìn)行隧道工程的造價(jià)預(yù)算時(shí)，對(duì)刀具與盾構(gòu)機(jī)等設(shè)備及配件的費(fèi)用可以進(jìn)行較好的掌握，但對(duì)于隧道所經(jīng)的地層情況、地質(zhì)因素等難以進(jìn)行有效的確定。部分地面建筑物由于基礎(chǔ)資料的缺失，也導(dǎo)致無法對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行有效的確定。這兩個(gè)不確定因素在很大程度上導(dǎo)致了盾構(gòu)隧道工程造價(jià)的不確定性與多變性。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用，在這二者上會(huì)實(shí)現(xiàn)很大的突破，從而有效地促進(jìn)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)管理質(zhì)量與水平的提升。