中铁二院工程集团有限责任公司 四川成都 610031
摘要：双护盾TBM工法是一种施工速度快、安全性能高、施工条件好的隧道施工方法。对于双护盾TBM工法的应用，隧道结构的衬砌形式可采用：喷射纤维混凝土衬砌、现浇钢筋混凝土衬砌、下部仰拱预制块+上部现浇钢筋混凝土衬砌、预制钢筋混凝土管片衬砌四种结构形式。本文结合青岛地铁2号线高雄路站～海安路站TBM区间衬砌方式的选取为例，介绍了上述四种衬砌形式的主要工程投资对比分析，为类似的工程提供借鉴作用。
关键词：城市轨道交通；TBM；结构衬砌形式；工程投资；概算；技术经济指标
1 工程概况
青岛地铁2号线一期工程起于泰山路站，线路沿辽宁路、台东一路经海信立交桥后拐向延安三路南下；至香港路后线路向东过市政府、远洋广场、辛家庄、麦岛、青岛大学、啤酒城后线路向北拐向深圳路，过汽车东站后线路沿规划路向北进入枣山路，过李村后沿夏庄路北上至终点李村公园站。线路全长25.203km，均为地下线。线路平面如下图1所示。
.png)
图1 青岛地铁2号线平面图
由于青岛地铁2号线区间隧道穿越繁华商业区、密集居民住宅区，故传统矿山法施工存在爆破振动扰民、施工速度慢、施工质量较难保证等一系列问题，因此青岛地铁在国内城市轨道交通领域首次采用了双护盾TBM工法，在地铁2号线选取了两个TBM施工区段，即泰山路站～芝泉路站、高雄路站～海安路站。本文将结合高雄路站～海安路站TBM区间的工程实际情况，计算得出四种衬砌形式条件下的隧道支护部分工程数量，并根据此工程量计算得出四种衬砌形式的技术经济指标，最后从工程投资角度分析提出双护盾TBM工法的衬砌形式选取建议。
2 工程投资分析
工程投资根据工程阶段的不同有可研估算、初步设计概算、施工图预算、竣工结算、竣工决算。初步设计概算作为工程投资的最高限额为控制工程造价起着决定性的指导意义。工程初步设计概算按投资构成划分为第一部分工程费用、第二部分工程建设其他费、第三部分预备费、第四部分专项费。
工程造价的有效控制就是在优化建设方案的基础上，在建设程序的各个阶段采取一定的方法和措施将工程造价的发生控制在合理的范围和核定的造价限额以内。在设计阶段，技术与经济相结合的是控制工程造价最有效的手段。通过技术经济比较、效果评价等处理好技术先进与经济合理的对立统一关系。
本文以高雄路站～海安路站TBM区间初步设计的4种衬砌方案为基础，通过对不同衬砌形式做概算对比分析，综合考虑经济、社会效益等为技术方案的选择提供支持。在双护盾TBM工法的前提下，前期工程和机械掘进开挖部分工程量基本相同，故本文重点从衬砌支护部分的工程进行组价、 分析、并得出结论。
3 衬砌结构形式
采用双护盾TBM工法，隧道主体结构的衬砌形式可采用：喷射纤维混凝土衬砌、现浇钢筋混凝土衬砌、下部仰拱预制块+上部现浇钢筋混凝土衬砌、预制钢筋混凝土管片衬砌四种。各种衬砌形式的支护断面设计和工程措施简介如下：
3.1 喷射纤维混凝土衬砌
喷射纤维混凝土衬砌，是充分利用围岩的自成能力的一种单层衬砌方式，当TBM掘进开挖完成后，视围岩条件，通过打设系统锚杆、局部破碎地带布置钢筋网片、地质较差地段布置工10型钢钢架、布设排水板带、喷射C35聚丙烯纤维混凝土等形成隧道支护体系。支护衬砌参数如下图2所示。
.png)
图2 喷射纤维混凝土衬砌支护设计图
3.2 现浇钢筋混凝土衬砌
现浇钢筋混凝土衬砌方案，类似于矿山法复合式衬砌，包括由锚杆、钢筋网、型钢钢架、喷射混凝土等组成的初期支护；以及钢筋混凝土现浇二次衬砌。其中初期支护设计参数根据区间隧道地质围岩等级进行区别设计；二次衬砌根据区间地质和埋深计算配筋。典型支护衬砌参数如下图3所示。
.png)
图3 现浇钢筋混凝土衬砌支护设计图
3.3 下部仰拱预制块+上部现浇钢筋混凝土衬砌
.png)
图4 下部仰拱预制块+上部现浇钢筋混凝土衬砌支护设计图
当TBM区间开挖掘时，后配套小车出渣和进料会占用区间隧道下部空间，且地铁隧道断面开挖净空尺寸仅6.3m，没有倒边分幅施工二衬结构的条件，故以上介绍的喷射纤维混凝土衬砌和现浇钢筋混凝土衬砌两种衬砌方式，一般情况下都需要等TBM开挖掘进工序完成后，才能实现喷锚衬砌和现浇二衬的施工。为实现TBM掘进开挖与二次衬砌同时交叉施工，隧道下部结构可采用仰拱预制块方案。仰拱预制块外侧具有与TBM隧道开挖轮廓相适应的弧形断面，内侧具有两个台阶面，第一台阶面上纵向设置TBM后配套台车轨道和二衬台车轨道，第二台阶纵向布置运输小车轨道。典型支护衬砌参数如图4所示。
.png)
图5 管片衬砌设计图
3.4 预制钢筋混凝土管片衬砌
采用管片衬砌能够充分发挥双护盾TBM掘进速度快优势。在实际施工中，隧道开挖和管片衬砌同时进行，管片结构安装迅速，能够适应各种地层，施工条件好，安全性高，工期最短。目前我国城市轨道交通盾构区间即采用此种衬砌结构方式。管片外径6m，内径5.4m，管片厚度300mm，幅宽1.5m，管片环向分为6块（标准块3块、邻接块2块、封顶快1块），设置标准环和转弯环，转弯环管片楔形量38mm，采用错缝拼装方式。
.png)
图6 高～海区间地质纵断面图
表1 区间围岩分级统计表
.png)
4 工程量及工程投资计算
4.1 衬砌参数
青岛地铁2号线高雄路站～海安路站TBM区间，地貌类型属剥蚀斜坡。沿线第四系厚度薄，由全新统人工填土组成，基岩以燕山晚期花岗岩为主，穿插煌斑岩、花岗斑岩以及构造破碎带，沿线地下水类型为风化裂隙水及构造裂隙水，隧道拱顶埋深为8m～39m。洞身穿越地层主要为微风化花岗岩，局部穿越强风化和中风化花岗岩，稳定水位埋深0.59～5.42m。隧道洞身范围岩体单轴抗压强度Rc主要分布在30～150之间，岩体完整性系数0.4＜Kv＜0.85的围岩所占比例约90%，围岩等级为Ⅱ～Ⅴ。区间地质纵断面如图6所示，区间围岩分级统计如表1所示。
针对不同围岩等级，四种TBM结构衬砌类型采用了不同的设计参数。对于喷射纤维混凝土衬砌、现浇钢筋混凝土衬砌和仰拱块+现浇衬砌3种衬砌方式，设计参数主要体现在初期支护锚杆打设范围、喷射混凝土厚度等不同，二次衬砌配筋不同；对于管片衬砌，主要区别是管片配筋，为适应区间地质条件，设计了A、B、C三种管片配筋类型，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用A类管片，Ⅳ级围岩采用B类管片，Ⅴ级围岩及加强段采用C类管片。各种结构衬砌形式在不同围岩等级下采用的设计参数如下表2所示。
表2 隧道衬砌支护参数表
.png)
4.2 各类衬砌工程数量
根据4.1节衬砌参数，分别计算出青岛地铁2号线高雄路站～海安路站4个TBM区间在4种衬砌下的主要工程数量表。以高雄路站～麦岛站区间为例，衬砌部分主要工程量详见如下表3。
表3 高雄路站～麦岛站区间衬砌部分工程数量表
.png)
.png)
4.3 工程投资
1 概算编制依据
1）建标[2017]89号关于印发《城市轨道交通工程设计概算编制办法》的通知（简称“建标【2017】89号文”）及青岛市有项目规定；
2）《青岛市工程结算资料汇编》（2017）；
3）山东省住房和城乡建设厅关于印发《山东省建设工程费用项目组成及计算规则》的通知（鲁建标字[2016]40号）；
4）山东省住房和城乡建设厅关于调整定额价目表和机械台班、仪器仪表台班单价表的通知（鲁建标字[2018]11号）；
5）住房城乡建设部《关于印发城市轨道交通工程设计文件编制深度规定的通知》（建质[2013]160号）；
6）山东省住房和城乡建设厅关于调整山东省建筑和市政工程安全文明施工费率标准的通知（鲁建标函[2017]23号）；
7）青岛市城乡建设委员会关于发布我市建设工程定额人工综合工日单价及有关规费计取标准的通知（青建管字[2017]36号）；
8）山东省住房和城乡建设厅关于调整建设工程计价依据增值税税率的通知（鲁建标字[2018]12号）；
9）青岛地铁2号线涉及区间的初步设计图纸及工程数量表；
2 采用定额
本工程采用建标[2008]193号《城市轨道交通工程预算定额》（GCG103-2008）；缺项部分优先采用山东省消耗量定额进行抽换补充，不足部分再采用其他部门现行定额进行抽换补充。
3 工程费用取费标准
采用“轨道交通定额”的工程，按鲁建标字[2018]12号“山东省住房和城乡建设厅关于调整建设工程计价依据增值税税率的通知”中的有关规定计列其费用。税金：所有工程项目统一按10%计算。
4 工料机取费依据
1）人工费：根据青建管[2015]24号《关于调整青岛市建设工程定额人工单价的通知》，市价：轨道交通工程为76元/工日。根据青建管字[2017]36号《关于发布我市建设工程定额人工综合工日单价及有关规费计取标准的通知》，建筑工程为98元/工日、安装工程为106元/工日、市政工程为92元/工日、装饰工程为108元/工日、园林绿化工程为90元/工日。采用铁路定额及电力定额的人工根据人工工日价格进行调差。
2）材料价格：概算编制期材料价格采用2018年第6期《青岛材价》发布的价格。
3）机械费：机械台班单价按调整后的《山东省建设工程施工机械台班单价表》执行。
5 费用其他相关说明
1）本工程预制管片、仰拱块运距按20km计列。
2）仰拱预制块参考预制管片定额。
3）C35聚丙烯纤维喷射混凝土的纤维按每方混凝土增加20元计列。
4）概算编制采用“斯维尔”计价软件。
6 概算总额及技术经济指标
1)根据各区间工程数量表计算得出各区间不同衬砌结构形式的投资及技术经济指标如下表4。
表4 TBM衬砌概算总额及技术经济指标表 指标单位（万元/单延米）
.png)
2)以高雄路站～麦岛站区间为例，分析计算同一结构衬砌结构形式，在不同围岩级别下投资技术经济指标如下表5。
表5 不同围岩级别技术经济指标表 指标单位（元/单延米）
.png)
4.4 衬砌方案对比分析
根据4.3节工程投资的计算结果，由表4可见高雄路站～海安路站双护盾TBM区间隧道不同结构衬砌形式的衬砌经济技术指标由高到低分别为：管片衬砌2.64万/单延米，为四种衬砌结构中造价最高的衬砌模式；仰拱预制块+现浇衬砌为2.20万/单延米；现浇钢筋混凝土衬砌模式为1.98万/单延米；单层喷锚衬砌1.57万/单延米，为四种衬砌结构中造价最低的衬砌模式。其中指标最高的管片衬砌比最低的单层喷锚衬砌的指标高约41%。
但以上指标是针对高雄路站～海安路站区间整体围岩条件较好Ⅱ级、Ⅲ级围岩占71%的条件下计算所得，当区间各级围岩占比不同时，指标的变化如表5所示，可见：不同围岩级别条件下，对管片衬砌的指标影响最低，Ⅴ级围岩与Ⅱ级围岩的指标仅相差1696元/单延米，主要差异是不同围岩级别下管片配筋含钢量不同；但单层喷锚衬砌、现浇衬砌、仰拱预制块+现浇衬砌三种衬砌形式受围岩级别影响较大，Ⅴ级围岩与Ⅱ级围岩的指标相差均7000元以上，不同围岩级别条件下，后三种衬砌形式所采取的支护措施差异较大，造成指标差异大。
通过对4种衬砌形式经济指标的计算和分析，可以得出管片衬砌指标最高，但其受围岩条件影响较小，当区间范围整体围岩条件较差时使用管片衬砌相对更有优势；其余3种衬砌方式整体经济指标更低，但受围岩条件影响较大，当区间范围整体围岩条件较好时，采用该3种衬砌方式经济优势更明显。
5 结束语
双护盾TBM工法，区间隧道结构的4种衬砌形式：喷射纤维混凝土衬砌、现浇钢筋混凝土衬砌、下部仰拱预制块+上部现浇钢筋混凝土衬砌、预制钢筋混凝土管片衬砌，在技术上均是可行的，具体工程应根据地质条件及结构设计进行综合分析和选用。
本文通过对双护盾TBM工法隧道结构4种衬砌形式的工程投资进行计算分析，得出了各种衬砌形式的延米指标，可供类似工程借鉴使用。城市轨道交通工程实施的边界条件较多，除了考虑区间隧道直接工程投资外，还需考虑安全、工期、环保、社会效益等因素。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.GB50157-2013 地铁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013
[2]林刚,史宣陶,张建祥,陈军,柴家远.复杂岩质地层条件下地铁区间隧道TBM施工工法.编号:SCGF 026-2017
[3]林刚,李德才,张建祥.改良型护盾式TBM在城市轨道交通工程中的应用研究.2014中国（青岛）城市轨道交通管理和技术创新研讨会
[4]林刚,李德才,王胜,黄舰,改良型护盾式TBM应用研究[J].现代隧道技术（增刊）,2011,48:153-158
[5]刘小刚.TBM在岩石城市轨道交通建设中的应用研究.现代隧道技术，2012（10）
[6]吴圣智,王明年,刘大刚.青岛地铁岩质围岩基本分级细化体系研究.现代隧道技术,2018年01期
[7]蒋洪军,各城市地铁盾构造价编制及定额浅析.隧道建设.2007年12月