略探讨
摘要：
随着我国隧道工程技术的不断发展，盾构施工隧道技术不断进步，在城市地下空间的发展中获得了长足的发展，并且在城市地铁、跨江通道、地下管道等项目中得到了广泛的应用，如何对盾构施工成本进行合理的控制，以降低工程造价，具有重要意义。基于此，本文重点分析了隧道盾构掘进成本的影响因素，并从多个方面探究盾构掘进成本的防控措施，以供类似盾构隧道项目参考。
关键词：盾构隧道；掘进成本；影响因素；防控策略 正文：
随着我国隧道工程技术的不断发展，盾构施工隧道技术不断进步，在城市地下空间的发展中获得了长足的发展，并且在城市地铁、跨江通道、地下管道等项目中得到了广泛的应用，如何对盾构施工成本进行合理的控制，以降低工程造价，具有重要意义。
1.盾构隧道施工的成本构成与主要影响因素
1.1盾构机的选型对盾构掘进成本起着决定性的影响
从盾构隧道施工的各项费用组成方面考虑，盾构掘进施工相关费用成本占比较高，包括盾构机摊销费、盾构掘进配套设备使用费、盾构掘进劳务费、盾构掘进消耗材料费、盾构掘进配置周转材料摊销费、盾构渣土处理费用、盾构机吊装吊拆费用等，甚至达到60%以上。其中，盾构机选型，常常是盾构隧道项目能否成功的关键因素，对于盾构掘进成本起着决定性的影响。
如果盾构机选型不当，比如：盾构机配置过高时，由于设备的预留储备太多，导致设备利用率低下，导致设备采购成本在项目总成本中所占比例偏高，造成不必要的浪费；相反的，若选配的盾构机配置偏低，对地层的适应性不佳，不但会导致耗能、产量低，还会延迟施工进度，最终导致综合成本费用的大幅升高。
1.2土的工程地质性质
以某盾构隧道项目的掘进施工为例，在该项目盾构掘进施工过程中，存在多层地层共存的情况，相互交织。按盾构隧道穿越地层的不同，可以将其分为3种地质区段，分别为粉质粘土、粘土、粉土地质段；粉质粘土、粉细砂、中粗砂、细中砂、粉土地质段；粉细砂、卵石圆砾地质段。
2.2.1 粉质粘土、粘土、粉土地质段
在这一地质区段，由于地层土体致密，土中存在大量的粘粒，而在隧道的下部已经进入了压力水，其粘性很强，因而具有良好的自稳定性。施工过程中，施工面的均衡和地面沉降的有效控制都比较容易，而且在施工过程中的注浆压力和注浆量都比较稳定，盾构刀具等损耗件的消耗很少。但是，粘质土壤容易粘附在刀盘表面和刀盘中心附近的刀片上，有时会形成巨大的“泥饼”，妨碍了盾构掘进正常施工，降低了刀具切割岩土的效率，增加了刀具的扭矩。在进入土仓后，土壤很容易粘附在仓壁上，造成了螺旋输送机的粘结堵塞，使盾构出渣无法顺利进行，严重影响盾构掘进效率，从而造成工程进度和成本的提高。
2.2.2粉质粘土、粉细砂、中粗砂、细中砂、粉土地质段
隧道的中段为粉细砂和中粗砂，厚度较大；盾构隧道顶部为粉质粘土，土层厚度很小；盾构隧道底部为粉质粘土，粉质粘土，部分为中等粗砂。粉细砂和中粗砂是一种很容易产生涌砂的潜水含水地层。在这一地质区内，盾构隧道侧壁的自稳性较差，而且由于地下水的作用，在受到扰动时，极容易发生塌方和地下水突涌。由于难以长期保持稳定的上仓压力，地面沉降难以控制，如果操作不当，可能造成盾构隧道顶部的局部崩塌。同时，砂质土壤中通常含有大量的石英砂，会造成盾构刀具磨损严重，造成盾构掘进成本的大幅提高。与粉质粘土和粘土层
相比，盾构掘进过程中的同步注浆压力和注浆量都有所提高，这不仅增加了施工难度，降低了盾构掘进速度，还造成盾构掘进成本的进一步提高。
2.2.3粉细砂、卵石圆砾地质段
第三种地质段，通过盾构隧道横断面的地层主要是粉细砂和卵石圆砾层，上覆岩层以粉细砂为主，局部为粉砂、粉砂、圆砾层，在排水含水层中，粉细砂、卵石圆砾层是施工中最容易出现问题。经现场勘查，该砂岩为低压压缩土层。最大粒径105mm，一般粒径10-30mm，粒径大于2mm颗粒含量约为总质量的55%，土体自稳能力差。开挖后的土壤容易在底部堆积，很难填满整个储罐，提高了土壤压力的平衡；大颗粒的卵石，不仅难以切割或粉碎，还很难通过螺旋输送机直接将其排出，有时甚至需要停机，由专人进行带压进仓作业处理，费用高昂；刀具、螺旋输送机和密封仓的内壁磨损严重，工作时振动、噪声对周围环境有很大的影响；刀片转矩显著增加，掘进速度缓慢，刀具磨损迅速，有时还会造成刀箱损毁，费用大幅增加；停止掘进时，土体压力迅速消失，难以再次起动；砂石圆砾层渗透率高，土仓内压力迅速消散，难以保持基坑开挖面的稳定性。
2.降低盾构隧道施工成本的技术措施 2.1增加管片宽度
管片宽度加宽后，管片拼装设备配置需要提高，设备购置费用略有上升。但由于使用了加宽的管片，将会减少管片环缝数量，进而降低盾构管片所需的防水材料及连接螺栓等材料成本，具体表现为：
（1）减少盾构管片的纵向连接的数量，从而可以减少管片的成本； （2）隧道长度保持不变的情况下，减少了管片环块数量，拼装作业工作量降低，提高了盾构掘进单循环施工量，缩短施工周期；
（3）减少了环缝的数目，隧道的防水性能得到了提高，接头止水材料和接头的投资也得到了降低。
所以，在管片增加宽度的设计方案时，须注意以下问题：
a.管片尽量采用等分环块，提升管片整体受力性能；
b.采用高强度的管片螺栓进行连接，保证管片拼装质量和防水效果； c.对管片截面边缘处的钢筋进行合理加密，改良管片拼缝受力情况，确保隧道安全和质量。
2.2机器设备的成本缩减 2.2.1科学合理的盾构机选型
科学合理的盾构机选型，除了需要确定盾构机的类型（选用泥水盾构机，还是土压盾构机，亦或是变密度盾构机）以外，还要综合考虑盾构隧道工程的功能、掘进长度、隧道埋深、穿越地层地质条件、线路线型、沿线建构筑物情况、管线影响因素等，并应考虑到地面沉降变形的控制要求等，对盾构机的具体细部进行优化设计，包括刀盘形式、刀具配置、开口位置、开口率、推进千斤顶的数量和位置等，才能保证所选择的盾构机具有最大的费效比。
2.2.2优化盾构隧道设计方案和盾构机相关关键技术
地铁隧道大多设计为正圆形截面，但不同城市的盾构隧道尺寸也常有差异，同时也有不少城市为提高地下空间利用率而设计类矩形盾构隧道的情况。在工程建设过程中，往往会遇到两种不同断面形状或不同尺寸的隧道断面在盾构隧道区间中结合的情况，以往的经验做法通常是在断面变化的地方修建中间竖井或采用矿山法施工斜井修建地下的盾构机接收洞，然后使用相应断面尺寸的盾构机分别施工，因此增加投入的盾构机、增加的竖井（斜井、接收洞）以及地基加固等工程，必然会导致盾构隧道工程整体造价大幅升高，为此，建议采取以下方法：
（1）合理确定盾构隧道的断面形式、断面尺寸和区间长度
合理确定盾构隧道的断面形式、断面尺寸和区间长度，减少盾构机等高费用机械设备的一次性投入，确保盾构机单次投入能够完成足够长距离的盾构掘进，达到盾构掘进施工综合工效最高，进而降低盾构掘进成本，同时可以尽量减少地
基加固的工程量和中间竖井（斜井、接收洞）的数量，从而达到盾构隧道综合成本最低的目标。
（2）加大盾构机的研发和投入，推动盾构隧道施工技术优化革新
针对盾构隧道截面发生变化的区段或不同盾构机对向掘进的区间，建议加大盾构机的研发和投入，推动盾构隧道施工技术优化革新，研发采用有双层盾壳设计的盾构机，在盾构机掘进到指定位置后，脱壳回拖，从而避免增设中间竖井（斜井、接收洞）以及地基加固等工程量以降低盾构隧道工程造价，且可以避免对工期造成不利影响的情况发生。
2.2.3优化盾构刀具配置，引进先进技术
盾构机在长距离穿越复合地层和硬岩地层过程中，盾构刀具消耗数量往往非常巨大，费用奇高，若能将盾构刀具费用控制合理，对于合理降低盾构掘进成本有着重要意义。
（1）合理配置盾构刀具
为避免盾构机在长距离掘进过程中因刀具问题发生不必要的停机，应尽早探明盾构隧道穿越地层地质情况，结合不同刀具的机械性能，针对不同地质情况配置盾构机刀具，合理地选用不同形态、不同尺寸的刀具应对相应地质，确保盾构机在掘进至相应地层时，刀具已完成优化配置，确保盾构机顺利掘进。
盾构刀具的耐久性，通常取决于刀盘配置和刀具材质的改善，例如将超硬合金刀头嵌入到刀具中，研发球齿滚刀等适用于特定地质条件下的专用盾构刀具，可以显著减少刀具的不合理损耗，进而降低盾构刀具费用。
（2）引进先进技术应对紧急状态
盾构机在长距离掘进过程中，难免会遇到施工前未能勘察探明的异常复杂的地质条件，选用具有常压换刀等特定功能的盾构机，引进带压进仓等先进技术，应对盾构机遭遇的紧急状态，在保证盾构隧道施工安全的前提下，避免造成更大的损失，从而提高社会效益。
2.3 设备使用及维护费用的控制
设备使用和维护费，主要表现在盾构机及配套机械设备的电力消耗、盾构机的润滑油消耗、刀具等配件消耗等，这就要求必须做好盾构机及其配套机械设备的进场检查、下场大修，做好日常使用过程中和闲置期内的定期检查和及时维护保养，以保证机械设备的完好率，确保盾构机使用时不会发生异常故障和异常耗能，减少配件产生异常损耗，避免盾构施工过程中的不必要停机停工延误，同时也可避免盾构机长距离掘进过程中发生刀具频繁更换的情况，确保盾构机高效率掘进施工，从而达到缩短工期，降低盾构掘进综合成本。
结论
综上所述，盾构隧道掘进施工成本受隧道长度、隧道埋深、断面情况、隧道线性条件、盾构穿越地质条件、隧道沿线环境、障碍等诸多因素的影响，为此，应采取全面有效的全过程的控制措施，从而降低盾构掘进成本。
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