地鐵區間施工方法及造價分析
摘 要:以深圳地鐵一期工程為例,介紹了地鐵區間隧道的施工方法、工序及造價分析。關鍵詞:地鐵區間;施工方法;造價分析
在城市中修建地下鐵道,其施工方法受到地面優點。因此,在地面交通和環境條件允許的地方,應建筑物、道路、城市交通、環境保護、施工機具,以及資金條件等因素的影響較大,因此其比一般隧道、橋梁工程的施工技術要求更高、難度更大、造價也更昂貴。以深圳地鐵一期工程為例,該工程由規劃的1 號線東段和4 號線南段組成,1 號線由羅湖站至僑城東站,4 號線由皇崗站至少年宮站(原文化中心站),正線路總長19. 468 km , 工程總投資為105. 85 億元,平均每公里造價5. 44 億元。由于工程所處地理位置及地區的特殊性,加之沿線工程及水文地質條件復雜,增加了施工難度,形成了區間段的施工方案集明挖、暗挖、盾構各種工法于一體的多樣化組合。下面筆者就該工程地下區間隧道部分的不同施工方法及其造價進行分析比較。
1 施工方法的采用
施工方法的選擇應根據工程的性質、規模、地質和水文條件,以及地面和地下障礙物、施工設備、環保和工期要求等因素,經全面的技術經濟比較后確定。深圳地鐵區間隧道施工方法經以上多方面比選后采用了以下3 種不同的施工方法。
1. 1 明挖順做法施工
明挖法是修建地下鐵道常用的施工方法,具有施工作業面多、速度快、工期短、易保證工程質量等盡可能采用。明挖順做法是明挖法施工按其主體結構的施工作業順序進行分類的一種,以金田至益田區間施工方法為例,其步驟為:
(1) 拓寬、設置臨時道路,進行交通疏解;
(2) 開挖上部敞口放坡基坑;
(3) 施做基坑止水圍護結構;
(4) 坑內設井點降水;
(5) 基坑內分層開挖土方,及時架設腰梁和橫撐;
(6) 挖至坑底,施作墊層及底板防水層和保護層;
(7) 逐層向上順做主體結構,邊墻防水層,拆除支撐;
(8) 鋪設頂板防水層并施作保護層,回填土方;
(9) 拆除臨時便橋,清整場地,恢復路面。
明挖順做法施工中的基坑可以分為敞口放坡基坑和有圍護結構的基坑兩類,深圳地鐵采用的基坑圍護方法及單位造價見表1 。
表1 基坑施工方法與單位造價分析表
淺埋暗挖法即松散地層的新奧法施工,新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段,對圍巖進行加固,約束圍巖的松弛和變形,并通過對圍巖和支護的量測、監控,指導地下工程的設計施工。淺埋暗挖法是針對埋置深度較淺、松散不穩定的土層和軟弱破碎巖層施工而提出來的,深圳地鐵區間隧道大部分采用了淺埋暗挖法施工。
地下鐵道是在城市區域內施工,對地表沉降的控制要求比較嚴格,所以更要強調地層的預支護和預加固,所采用的施工方法有超前小導管預注漿、開挖面深孔注漿、管棚超前支護。淺埋暗挖法的施工工藝可以概括為“ 管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”18 個字,其工藝流程見圖1 。
圖1 淺埋暗挖法施工工藝框圖
1. 3 盾構法施工由我院設計的皇崗至福民區間中SCK1 + 050 ～SCK1 + 499. 307 段與福民至金田區間,由于該段地質條件差、地下水位高及大面積分布砂層,隧道結構基本從砂層或上覆含水砂層的砂粘土中通過,施工難度大,風險高,經專家評審后福民站由原來的側式站臺改為島式站臺,福民至金田區間為2 條并行的單洞單線圓形斷面隧道,為盾構法施工創造了有利條件,經綜合考慮后,該段采用盾構機過站方案。盾構法施工具有不影響交通,在軟弱地層亦有較強的適應性,地表沉降易于控制,施工噪音小等優點, 而且還可避免道路兩側管線受干擾。盾構法施工的工序較為復雜且施工精度及技術含量很高,其主要施工步驟為:
(1) 在盾構法施工隧道的起始端和終端各建一個工作井,分別稱為始發井和到達井(或稱拼裝室、拆卸室);
(2) 盾構在端頭井內拼裝就位;
(3) 洞口地層加固;
(4) 依靠盾構千斤頂推力(作用在已拼裝好的襯砌環和工作井后壁上) 將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出(此工序為盾構出洞);
(5) 盾構在地層中沿著設計軸線推進,在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片;
(6) 及時向襯砌背后的空隙注漿,防止地層移動和固定襯砌環位置;
(7) 盾構進入終端工作井并被拆除(此工序為盾構進洞),如施工需要,可穿越工作井或盾構過站再向前推進。
盾構掘進過程可劃分為4 個階段:
① 負環段掘進(從拼裝后靠管片起至盾尾離開出洞井內壁止);
② 出洞段掘進(從盾尾離開出洞井內壁至盾尾離開出洞井內壁40 m 止);
③ 正常段掘進(從出洞段掘進結束到進洞段掘進開始);
④ 進洞段掘進(從盾構切口距進洞井外壁5 倍盾構直徑起到盾構入基座止) 。
現代的盾構能適用于各種復雜的工程地質和水文地質條件,施工速度快,能有效控制地面沉降等優點。但應指出,盾構法施工需要較多的時間和投資用于盾構與附屬設備的設計和制造,以及建造端頭井等工程設施,同時其施工技術方案和施工細節對圍巖條件的依賴性較其他方法高。這就要求事先做好細致的水文地質勘察工作,并要根據圍巖的復雜程度做好各種應變的準備。因此,只有在不宜采用明挖法或礦山法,且地下水發育,圍巖穩定性差,隧道很長而又工期要求緊迫的情況下,采用盾構法施工才是經濟合理的。
2 工程造價的確定
2. 1 概算編制依據及原則
2. 1. 1 定額及取費
地鐵工程至今全國尚無統一的概算編制辦法, 據以往城市地鐵設計經驗,定額的采用及取費以當地市政、建筑、安裝等定額為主,不足部分采用鐵路等行業定額作補充。
(1) 人工費的差價調整為1998 年第4 季度水平;
(2) 主要材料采用抽料調差,差價調整到1998 年第8 期價格水平;
(3) 其他材料、機械臺班差價按其他材料費和機械費總額的50 % 計列。
2. 2 技術經濟指標分析
按以上編制原則編制的結構斷面為單洞單線圓形斷面區間隧道,分別采用不同的施工方法的土建結構技術經濟指標也不同,見表2
不同的施工方法在進行方案比較時,其技術經濟指標在分析過程中還應考慮多方面的因素。如明挖法施工的區間結構,其圍護結構形式的采用是影響造價的主要因素之一,主體結構的埋置深度越深造價越高,埋深的不同會造成明挖法與暗挖法在經濟比較后得出截然相反的結論。另外不同地區定額水平及取費的高低,也會使造價產生很大的差別。總之,在設計階段,需要全面考慮影響因素,合理確定工程造價。
