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地铁盾构过站的经济性及适用性分析
发布日期:2017-07-26 23:24
地铁盾构过站的经济性及适用性分析
 
摘要: 通过对地铁施工中,盾构过站与不过站 2 种方案的造价及隐性成本的分析比较,明确了盾构过站具有造价( 一定条件下) 及工期等优势。用工程实例反驳了一些人认为盾构过站会加宽车站及增加工程造价的观点。同时,分析了盾构过站的适用条件,对加快地铁建设速度、降低地铁建设造价具有重要的现实意义。
关键词: 地铁; 盾构过站; 盾构不过站; 经济性; 适用性; 造价; 隐性成本
 
      盾构法以其施工速度快、安全、对周围环境影响小等优势在地铁区间隧道施工中得到了大量应用。在国内外的盾构施工中,过站一般有如下 3 种形式1
      1) 车站没有完成或车站结构不能满足盾构机通过,采用吊出、转场、下井组装再掘进形式。
      2) 车站结构已经完成,且站内结构及空间满足盾构机通过条件,采用站内直接通过后继续掘进形式。
      3) 车站后施工,盾构机先掘进通过车站的“先隧后站”法。
 
1 盾构过站与不过站的造价比较
      盾构过站是指盾构机通过设备的推拉,从已建成的车站直接穿过,不需要将盾构机解体吊运。盾构机要在底板上设置预埋件、铺设轨道,在盾构机外壳上设钢构件使其能被抬起,盾构机靠千斤顶推动在轨道上前进过站。保证盾构机安全通过要有 7 m 左右的净空、净宽,标准段底板要落低。
      盾构不过站是指在区间隧道的相邻 2 个车站的端部均设置盾构工作井( 中板、顶板设置盾构孔) ,盾构机从起点车站一端向另一车站推进,到达目标车站后,将盾构机井下解体吊出、转场至另一区间隧道盾构工作井,下井安装。调试后,继续掘进或者在井内调头向回推进,然后从起点车站端头井内将盾构机解体吊出,再转场到另一区间隧道施工。
      现对已施工完成的地下 2 层双柱三跨岛式车站进行对比分析。车站主体长 130. 0 m( 其中标准段长105. 5 m) ,覆土深度约为5. 6 m,地墙厚度为 1. 0 m,采用叠合墙结构。顶、中、底板厚度分别为 0. 9 、0. 4、1.1 m。标准段开挖深度为 19. 9 m,净跨为 19. 3 m,地墙长为36. 0 m,内衬墙厚为0. 4 m。端头井开挖深度为 20. 5 m,地墙长为 37. 0 m,净跨为 23. 2 m,内衬墙厚为 0. 6 m。车站左、右线均为盾构过站。如左、右线均调整为盾构始发或盾构接收,端头井设计方案不变,标准段开挖深度改为18.7 m,地墙厚度改为0.8 m,地墙长为 34. 0 m,内衬墙厚为0.5 m,底板厚度为1.0 m。表1 为盾构过站与不过站方案经济性比较分析。

      从表 1 可以看出,该站盾构过站方案的费用与不过站方案比较,可少支出 84. 0 万元。
      图1 为施工图技术要求对盾构及盾构过站始发的要求。从图1 可以看出,两者主要的差别是线路中心线至车站中柱的距离,即距离≥3. 90 m 与距离≥4. 75 m。直观上分析,车站需加宽。图 2 为本站标准横断面图。本站为12.00 m 站台,加上站台边缘至线路中心线距离1. 50 m、线路中心线至内衬墙 2. 15 m,可见不考虑盾构过站车站标准段净距最小值为 19. 30 m,而车站净跨刚好为19.30 m,并未因盾构过站加宽车站。可见盾构过站就一定会加宽车站的说法未必科学。
 
2 盾构过站与不过站的隐性成本比较
      1) 工期比较。盾构过站大概需要 1 个月的时间( 车站长度约为 150 m,如车站长度较长,过站时间相应增加) 。如果采用不过站的方案,盾构解体、吊出、转场及井下拼装大概需要 3 ~4 个月的时间,相对于盾构过站将增加 2 ~3 个月的时间。
      2) 盾构机的折旧成本比较。1 台盾构机的造价约4 000 万元,加上配套运输设备约 1 000 万元,合计约5 000 万元。盾构过站无需对盾构机进行拆卸,而不过站方案则至少需对盾构机进行 2 次拆卸组装,无疑降低盾构机的使用寿命,使其折旧成本加大。
      3) 整条线的工程造价比较。盾构不过站会使整条线投入的盾构机数量增加,使盾构机的使用率降低,增加全线的工程成本。
      盾构拆卸转场、下井拼装时与车站施工有干扰。如果车站施工场地有限,且要考虑交通组织时,有可能会造成车站施工让位于盾构施工,造成车站工期压力加大。车站主体结构封顶是盾构过站的首要条件,这必然导致车站工期紧张。如车站因为车站位置房屋拆迁或管线改移难以按期完成,不能提供盾构过站的条件,将会使盾构机窝在区间等候,延误工期。
 
3 盾构过站对设计及施工的影响
3. 1 盾构过站对设计的影响
在设计过程中,需满足盾构过站的净空要求( 采取标准段底板落低、上排热风道及站台板后浇等措施) ,与不过站车站无其他差异,结构设计未增加难度。
3. 2 盾构过站对施工的影响
      在各地地铁施工中,盾构过站已较为常见,技术上已相当成熟,主要有如下 3 种过站方式。
      1) 整机过站。整机过站主要分为 4 部分: 浇筑 U形槽、整机过站、再次始发和拆除底部管片与 U 形槽。所需总时间为 26 d,总成本约 40 万元。整机过站的特点在于过站区间不需要分离盾构主机与后配套,省去了拆机、装机、调试的时间,对维持盾构机性能有很大的好处。浇筑 U 形槽可在过站前提前完成,底部管片和 U 形槽也可待工程完工后再拆除,但缺点是需要浇筑很长一段混凝土 U 形槽和大量的废旧管片,拆管片和混凝土槽需要大量的人力、物力和时间。该过站操作简单、方便,适用于无工期压力的盾构工程,且公司有大量的废旧管片。
      2) 过站小车过站。过站小车过站主要分为: 分离主机与后配套、小车过站、装机和调试、再次始发。所需总时间为22 d,总成本约 36 万元。过站小车过站是地铁施工中较为常见的1 种过站方法,施工单位对此类过站各项技术要领都比较熟悉,操作起来也比较容易。
      3) 滚杠式过站。滚杠式过站所需时间主要分为:分离主机与后配套、盾构机过站、装机和调试、再次始发。所需总时间为 21 d,总成本约 16 万元。滚杠式过站最大的特点就是成本低,相比过站小车过站,不需要在站区内装、拆过站小车,尤其在狭小站区场地优越性更为明显,但这种过站技术性较强,目前地铁行业掌握这种技术还相对不多2
 
4 盾构过站的适用性分析
      盾构过站需要满足一定的要求,有如下几类车站不能采用盾构过站。
      1) 车站的尺寸不满足过站要求,例如侧式车站( 中柱至内衬墙净距过大,导致结构无法布置) ,有配线的车站( 同样为柱跨过大,导致结构无法布置) 。
      2) 车站工期无法满足过站要求,例如一些复杂的车站,本身就是整条线工期的控制点,如果等车站主体封顶后再过站,反而会延误整条线的工期。
 
5 结语
      盾构施工中过站采用何种形式,不能简单地决定。盾构过站本身不存在任何技术问题,具有节约工期的优势,且在车站较短等情况下可节约造价,但是必须保证车站在预定的时间内提供盾构过站条件,不然无法发挥盾构过站的优势。
      因此,故在整条线的工筹阶段,必须做好前期调查工作,对车站的管线改移、交通疏解及地面建筑物的拆迁和协调等情况有充分考虑。工程各项目施工程序要统筹兼顾、衔接合理和减少不必要的干扰; 对可能存在困难的工点要留有余地,选择合适的工法,方能发挥最大效果。
 
参考文献:
[1]张新金,刘维宁,路美丽,等. 北京地铁盾构法施工问题及解决方案[J]. 土木工程学报,2008( 10) : 93-99.
[2]徐光华. 浅谈滚杠式过站在地铁施工中的应用[J]. 山西建筑,2008( 11) : 286-288.

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