铁路盾构隧道明挖法施工技术经济指标分析

刘涛

（中铁第四勘察设计院集团有限公司工经院，湖北武汉 430063）

0 引言

《中长期铁路网规划》指出，到2025 年铁路网规模达到17.5 万km 左右，展望2030 年，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。随着铁路骨干网络的逐渐建成，铁路建设的主战场逐步由省域向市域、城际铁路转移。盾构法施工是一种全机械化施工方法，在不影响地面交通与设施、地下管线的同时，具有掘进速度快、自动化程度高、受气候条件影响小等特点，在市域、城际铁路建设中逐渐被推广应用[1]。本文聚焦已完成设计的铁路盾构隧道，对五个已批复项目盾构隧道的明挖段情况进行统计，对不同明挖法施工类型项目进行技术经济指标分析。

1 盾构隧道常见明挖区间类型及指标模型

本文将盾构隧道常见明挖区间分为三类，包括明挖敞开段、明挖暗埋段及工作井[2]。盾构隧道与两端地面一般采用一定坡度的敞开段和暗埋段进行连接。明挖敞开段与明挖暗埋段的分界及长度一般由明挖工程所在地区的地形、周边环境、覆土要求等因素确定，两者规模的大小对投资影响较大。工作井是盾构机进出地下的通道，分为始发井和接收井。始发井是盾构机掘进的起点，给盾构机吊装入地、拼装等提供工作面；接收井是盾构机从盾构隧道内出来的地方，用于接收掘进完成的盾构机[3]。

不论明挖区间如何划分，总体而言，其指标均可分为主体结构和围护结构两大类[4]。本文综合三类明挖区间的特点，构建了指标模型，如表1 所示。

表1 盾构隧道明挖法指标模型

2 不同类型明挖法区间技术经济指标分析

本文选取了已批复的五个铁路项目，对各项目技术经济指标进行统计，按明挖敞开段、明挖暗埋段及工作井三个部分进行分析。

2.1 明挖敞开段技术经济指标分析

通过选取ZJ 城际一期工程等五个铁路项目，对其明挖敞开段区间延米数量和技术经济指标进行统计，如表2 所示。

表2 五处隧道明挖敞开段技术经济指标对比表

为了进一步详细分析不同项目明挖敞开段技术经济指标，基于表1 所示“盾构隧道明挖法指标模型”，统计了明挖敞开段技术经济指标。

总体而言，明挖段开挖指标为384.7～2289 元/m3，造成此种差异的原因主要有两点：一是部分项目工程数量未区分明挖敞开段和明挖暗埋段；二是不同项目编制期不同，导致料价水平差异较大，如2016 年以后项目指标明显高于2016 年以前的项目。

具体可见，在明挖敞开段区间，主体结构投资占比超过总概算的50%，是敞开段投资中的关键组成部分。横向对比各项目可见：ZJ 城际二期工程、GF 环线工程、PZ 支线工程三个项目由于专业数量未区分明挖敞开段和明挖暗埋段，所以其主体结构投资占总投资比例稍低，约为22%～35%。各项目主体结构每圬工方指标相差不大，为1247～1843m3，差异主要受料价水平或结构配筋率等因素影响。但是每延米隧道主体结构所用圬工方数量差异巨大，主要是受不同盾构隧道直径、开挖横截面积等因素影响。

明挖敞开段中围护结构部分投资占比仅次于主体结构，其投资组成与设计施工工艺密切相关。目前常用的施工工艺有地下连续梁墙、钻孔灌注桩、SMW工法桩等等。本文统计的五个盾构隧道项目明挖敞开区间围护结构下各子项目技术经济指标均较为接近。具体分析可以得到：

第一，基坑开挖及回填约占总投资的5%～19%，如基坑开挖中没有石方开挖及较大工程量的回填，该项投资一般不超过总投资的6%。

第二，钻孔桩直径通常采用0.8m、1.0m，其中0.8m 直径钻孔桩指标约为1900 元/圬工方，1.0m 直径钻孔桩指标约为2400 元/圬工方。

第三，地下连续墙是围护结构中的重要组成部分，其投资占围护结构投资的35%～60%，横向对比而言，统计的五个铁路项目连续墙指标为2500～2800元/圬工方。

第四，围护结构中冠梁、导墙等其他混凝土结构每圬工方指标均不高于连续墙指标。

2.2 明挖暗埋段技术经济指标分析

对明挖暗埋段区间延米数量和技术经济指标进行统计，如表3 所示。

表3 五处隧道明挖暗埋段技术经济指标对比表

基于表1 所示“盾构隧道明挖法指标模型”，统计了明挖暗埋段技术经济指标。

总体而言，相比于明挖敞开段，在明挖暗埋段区间，主体结构投资占比明显降低，投资占比仅为总概算的30%左右。横向对比各项目可见：ZJ 城际二期工程、GF 环线工程、PZ 支线工程三个项目虽然专业数量未区分明挖敞开段和明挖暗埋段，但其主体结构投资占总投资比例与其他项目差异不大，约为25%～35%。各项目主体结构每圬工方指标相差不大，与明挖敞开段一致，为1247～1843m3，差异主要受料价水平或结构配筋率等因素影响。但是每延米隧道主体结构所用圬工方数量差异巨大，受隧道直径、开挖横截面积等影响较大，所以在投资文件编制过程中，应充分对项目工程概况加以了解。

不同于明挖敞开段，明挖暗埋段中围护结构部分投资占比最大，统计的五个项目平均围护结构投资约占总投资的62%，最高达到了73%。明挖暗埋段围护结构包含内容与明挖敞开段基本一致，其投资组成包括基坑开挖及回填钻孔灌注桩、止水帷幕、连续墙、冠梁、导墙、水泥重力式挡墙、内支撑等等。具体分析可以得到：

第一，基坑开挖及回填投资占比与明挖段类似，其约占总投资的7%～12%，如基坑开挖中没有石方开挖及较大工程量的回填，该项投资一般不超过总投资的10%。

第二，钻孔桩直径通常采用0.8m、1.0m，其每圬工方指标均略低于明挖段，普遍约低200 元/圬工方。

第三，明挖暗埋段中地下连续墙投资占比高于明挖敞开段中连续墙，但其技术经济指标与明挖敞开段差别不大。

2.3 盾构工作井技术经济指标分析

盾构工作井是用于始发或接收盾构机的重要结构，常见的盾构工作井为竖井结构形式。对盾构工作井延米数量和技术经济指标进行统计，如表4 所示。

表4 五处盾构隧道盾构工作井技术经济指标对比表

基于表1 所示“盾构隧道明挖法指标模型”，统计了盾构工作井技术经济指标。

总体而言，工作井技术经济指标大约为900～1300 元/m3，主体结构投资占比仅为总概算的40%左右。各子项目内容和技术经济指标与明挖敞开段、暗埋段基本一致。

围护结构部分投资占总投资超过50%，其投资组成包括基坑开挖及回填钻孔灌注桩、止水帷幕、连续墙、冠梁、三轴搅拌桩等等，相比于暗埋段，多出了竖井提升等内容。五个盾构隧道项目中按圬工方、t 单位统计的各部分内容技术经济指标差异较小，但止水帷幕等部分指标差异巨大，投资文件编制时需要特别注意。

3 结论

第一，通过对以上指标进行分析，可以发现主体结构和围护结构在隧道明挖敞开段、明挖暗埋段、工作井总费用中占比合计达90%以上，是影响隧道明挖敞开段、明挖暗埋段、工作井指标的主要因素。

因此，在铁路盾构隧道明挖法施工中，对主体结构和围护结构技术经济指标进行合理分析，是确定隧道明挖敞开段、明挖暗埋段及工作井指标的关键。

第二，主体结构数量主要与隧道长度、断面尺寸等因素相关，数量相对可控，一般主体结构综合指标约为1479～2350 元/圬工方，水下隧道因为防水措施增强，主体结构综合指标可达3000 元/圬工方。指标偏差主要受材料价格、配筋数量以及防水措施等影响，在设计时应根据项目情况综合分析，选择合适的技术经济指标。

第三，围护结构由于不同隧道的地质条件不同，采用的防护措施也各有不同，且受隧道埋深、断面尺寸以及土石比例等因素影响，指标差异较大。依据投资占比分析，在对主体结构进行估算之后，可按比例对围护结构数量进行估算。比如明挖敞开段主体结构与围护结构可按比例1.65∶1 进行投资分析，明挖暗埋段主体结构与围护结构可按比例1∶1.64 进行投资分析，工作井主体结构与围护结构可按比例1∶1 进行投资分析。

综上所述，在对铁路项目盾构隧道明挖敞开段、明挖暗埋段及工作井进行投资估算时，不能只按照隧道长度进行分析，应对明挖敞开段、明挖暗埋段以及工作井的指标进行区分，综合考虑隧道的埋深、断面尺寸、防水要求等因素，在统计分析的基础上，合理确定技术经济指标。