尚旻
(中国铁路设计集团有限公司工程经济设计研究院，天津300308)
摘要：盾构施工技术在城市地下铁路隧道工程建设中应用广泛。在盾构隧道施工中，盾构穿越构筑物桩基技术难度高，风险大，费用分析困难。本文结合在建城际铁路工程，建立了对盾构切削穿越机场地下通道底部管桩的工程模型，通过合理的施工组织设计，对其工程造价进行了分析，可为今后的类似工程施组组织设计与工程费用分析提供经验参考与借鉴。
关键词：城际铁路；盾构施工；切削管桩；盾构刀具；施工组织；工程造价 中图分类号：U25 文献标识码：A文章编号：1007 -9890(2020)06 -0008 -05
Cost Analysis on Shield Machine Cutting Pipe Piles
in Tunnel Construction
S H A N G Min
(China Railway Design Corporation, Institute of Engineering Economics Design, Tianjin 300308 , China)
Abstract： Shield machine is widely used in railway tunnel construction. It s difficult to calculate the cost of which crossing the pile foundation due to the big construction difficulty and risks. This paper analyzes the cost of shield machine cutting through the bottom pipe pile of airport underpass based on the reasonable construction arrangement design of aintercity railway project under construction. It can provide experience and reference for the construction arrangement and cost analysis of similar shield railway tunnel construction projects in the future.
Key words：Intercity railway ；Shield machine ；
arrangement；Engineering cost
〇引言
随着城际铁路的快速发展，盾构施工技术应用 越来越广泛。盾构施工地下隧道工程在穿越城市建 成区域时，往往会遇到需穿越建筑物桩基情况，给现 场施工和工程投资控制造成较大的难度[1]。某在 建城际铁路穿越采用盾构穿越机场地下区间时，需 穿越地下通道基底管桩。因线路所经机场敏感区段 对地表沉降控制严格且对施工安全要求高，采用传 统的盾构机开仓截取管桩而后盾构穿越的施工工艺
还原炉收稿日期:2020 -04 - 24；修回日期：2020 - 10 - 29
作者简介：尚旻（1991年-)，男，江苏连云港人，工程师，工学硕士，2016年6月毕业于东南大学道路与铁道工程专业，现主要从事工程
造价研究等工作。E- mail:769029655@ qq Cutting pipe pile ；Shield cutter; Construction
无法满足需要，故而采取盾构切削管桩的工法通过[2]。本文即以此工程为例，对盾构机切削通过构 筑物管粧的费用进行分析。
1工程概况
新白广城际铁路机场段采用盾构穿越机场航站 楼区间。该区间主要地层为砂层、粉质粘土，穿越地 层比较软弱。隧道在DK53 +063处下穿地下人行 通道，DK53 + 133处下穿地下行包通道。由于机场 区域施工敏感性及沉降控制特殊要求，需采用盾构 直接截断PH C管桩通过该区间的施工方案。
2 P H C管桩简述及刀具配置选型
机场盾构区间地下通道管桩共5排，具体数量
分布如下：
盾构左线管桩分布情况：
行包通道底部为6+7 =13根；人行通道底部为 7+3+7=17 根；共 30 根；
盾构右线管桩分布情况：
行包通道底部为6 + 7 = 13根；人行通道底部为 7+3+6= 16 根；共 29 根0
管桩平面分布如图1所示。
机场T1站>机场T2站
图1地下通道底部p h c管桩平面示意图经与原设计单位沟通了解到，机场地下人行通
道与行包通道底部采用的预应力管桩相关技术要求
如表1所示。
表1预应力高强度混凝土管桩（P H C)技术要求
外径D (m m)壁厚t
(m m)
混凝土
强度
等级
型号
混凝土有
效压应力
(M P a)
抗裂弯
矩M cr
(K N• m)
极限弯
矩检验开放式基金预测
值M u
(K N• m)
单桩竖向
向承设计
值Ra
(K N)
500100C80
A3.999148
3 150
A B5.3121200
B7.2144258
C9.5166332
根据上述地质情况说明以及PHC管桩技术技 能要求，需对掘进盾构机刀具进行针对性的加强设计。
本段穿越地层相对较软，就地层岩性可以使用 撕裂刀和滚刀。但下穿地下人形通道及行包通道时，由于强度极高的管桩侵人隧道，从安全性和刀具 耐用性两个方面考虑，盾构机在切削桩前需要采 用“18寸镶楔形合金整体式滚刀+刮刀”的刀盘配 置方案3盾构切削机场地下通道预应力管粧费用 分析计算
考虑机场地下通道的地理位置特殊以及施工作 业危险性，必须在每次切削预应力管桩线前做进行 一次开仓检查，检查刀具损坏情况、更换道具以及清 除切粧过程中残留在土仓内的钢法兰接头、混凝土 块、钢绞线，保证盾构切削每一排预应力管粧时盾构 切削刀具能够满足掘进要求w。
下面就盾构区间采用一台9. 1m双模盾构机, 共计进行6次常压开仓，每次开仓为期5天的的施 组模型，完成切削5排预应力管桩工程所需费用做 一简述，费用算单如下：
3.1开仓费用计算
3.1.1人工费用分析
盾构切粧作业工程人员配置模型为：项目人员 管理人员20人，现场开仓作业架子队人员40人（两 班倒），开仓期间每班人员配置情况如下表2所示。
第35卷第6期尚旻：地下隧道施工盾构机切削穿越管桩费用分析2020年11月表2开仓期间每班换刀人员配置情况表（两班倒）
施工区域管理人员架子队人员
隧道内6人中控手、值班工程
师、机修、电工、机
电管理员、安全员
14人
班长、换刀及观仓人
员5人、机内内运刀
及配合人员4人、井
口调度配合2人、电
瓶车司机2人
地面配合4人地面值班工程师、
机电管理员、机修
工、电工
6人
地面班长（调度）、龙
门吊司机、叉车司机、
司指司索及辅助人员
3人
人员平均工资按7 500元/月计列，每次进行开 仓所需时间按5天考虑，每条线盾构切削机场地下 通道预应力管桩需开仓6次。人工费用费用总计：
(20 +40) x7500 t-30 x (5 x6) =450 000 %
3.1.2材料费用分析
开仓期间所使用气体检测、活体适应检测、通风 设施、更换刀具平台及更换工具等各类等所需材料 机具，根据施工单位该区域近年来盾构隧道施工日 志与工料机消耗台账统计数据分析，单次开仓材料 费用按照5 000元/次计列，则6次开仓材料费用总 计价：
5 000 x
6 = 30 000 元
3.1.3机械设备折旧费用分析
根据施工单位统计数据分析，单次开仓期间主 要盾构后配套设备（泥水处理系统、龙门吊、搅拌站 等）自有折旧按照10 〇〇〇元/天计列。则6次开仓 盾构后配套设备折旧总计价：
10 000 x7 x6 = 420 000 元
3.2盾构切削管桩更换刀具费用分析
由于刀盘在切桩过程中，受力不均衡，受冲击很 大，每切削一排管桩后需对刀盘进行一次结构无损 检测，并及时更换损坏的刀具。
结合T1 -T2区间地层岩性以及预应力管桩情 况分析，在截桩掘进区间盾构刀盘刀具配置情况[5]如表3所示：
表3盾构刀具配置情况
序号刀具名称数量
(把）
序号刀具名称
数量
匕首(把）
1中心双联镶楔形合
金齿整体刀
63
耐磨耐冲击进口重
型切刀
110
2单刃镶楔形合金齿
整体刀双金属螺杆
564
耐磨耐冲击进口重
型边刮刀
32
3.2.1单刃镶楔形合金齿整体刀更换费用
根据工程建设市场实际情况，通过调研与厂家询价方式确定刀具费用。以武汉某钻具公司询价结 果为例，单刃镶楔形合金齿整体刀单价约32 000元/把。
第1次开仓，为满足刀具切削预应力钢绞线管 桩，需要对所有56把单刃滚刀进行更换为单刃镶楔 形合金齿整体刀，共计56把；
第2次开仓，由于管桩与盾构隧道斜交，实际每 排粧切削距离为1.5 m，切削过程刀盘的切削转速 控制在1.5 r/min，掘进速度控制在2 m m/min，切削 完成一排预应力钢绞线管桩的掘进时间需要750 min，外圈滚刀的轨迹线长度达到30 km[6]。按照相 关施工经验及刀具厂家测算，滚刀在受大冲击下长 时间运行，容易造成刀具的轴承损坏、刀圈崩口，切 削通过第1排的6根预应力管桩后，约按刀具数量 的40%进行更换，共计23把；
第3次开仓，切削通过第2排的7根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计28把；
第4次开仓，切削通过第3排的7根预应力管 桩后，约按刀具数量的40%进行更换，共计23把；
第5次开仓，切削通过第4排的3根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计28把；
第6次开仓，切削通过第5排的7根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计28把；
6次开仓，共计需要更换单刃镶楔形合金齿整 体刀186把，刀具总费用为：
32 000 x186 =5 952 000 元。
3.2.2中心双联镶楔形合金齿整体刀更换费用
根据工程建设市场实际情况，通过调研与厂家 询价方式确定刀具费用。以武汉某钻具公司询价结 果为例与厂家询价了解，目前中心双联镶楔形合金 齿整体刀单价约65 000元/把。
第1次开仓，需要对所有6把中心双联滚刀进 行更换为中心双联镶楔形合金齿整体刀，共计6把;
第2次开仓，中心双联整体滚刀靠近刀盘的中 心位置，滚刀在旋转切削时，容易造成刀圈偏心受 力，刀具在偏心力情况下受冲击切削，极容易刀圈偏 磨造成密封失效滚刀报废。切削通过第1排的6根 预应力管桩后，约按刀具数量的50%进行更换[7]，共计3把；
第3次开仓，切削通过第2排的7根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计3把；
第4次开仓，切削通过第3排的7根预应力管
2020年11月铁路工程技术与经济第35卷第6期
桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计3把；
第5次开仓，切削通过第4排的3根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计3把；
第6次开仓，切削通过第5排的7根预应力管 桩后，约按刀具数量的50%进行更换，共计3把；
6次开仓，共计需要更换中心双联镶楔形合金 齿整体刀21把，刀具总费用为：
65 000 x21 =1 365 000 元。
3.2.3耐磨耐冲击进口重型切刀更换费用
根据工程建设市场实际情况，通过调研与厂家 询价方式确定刀具费用。以武汉某钻具公司询价结 果为例与厂家询价了解，耐磨耐冲击进口重型切刀 单价约8 500元/把。
第1次开仓：需要对所有110把切刀进行更换 为耐磨耐冲击进口重型切刀，共计110把；
第2次到4次开仓过程中，仔细检查切刀的磨 损情况，对存在冲击受损的切刀进行更换，每次更换 10%，共计44把；
第5次开仓，切刀在切削完成4排预应力钢绞 线管桩后，累计切削长度达到100 km，且过切削过 程中
钢法兰接头、C80的混凝土块、钢绞线对切刀存 在冲击损坏[8]。切刀需要更换量为半盘刀具的数量，共计55把；
6次开仓，共计需要更换耐磨耐冲击进口重型 切刀209把，刀具总费用为：
8 500 x209 = 1 776 500 元。
3.2.4耐磨耐冲击进口重型边刮刀更换费用
根据工程建设市场实际情况，通过调研与厂家 询价方式确定刀具费用。以武汉某钻具公司询价结 果为例与厂家询价了解，耐磨耐冲击进口重型边刮 刀单价约12 000元/把。
第1次开仓，需要对所有32把边刮刀进行更换 为耐磨耐冲击进口重型边刮刀，计32把；
第2次到4次开仓过程中，仔细检查边刮刀的 磨损情况，对存在冲击受损的边刮刀进行更换，每次 更换10% 共计16把；
第5次开仓，边刮刀在切削完成4排预应力钢 绞线管桩后，累计切削长度达到145 km，且过切削 过程中钢法兰接头、C80的混凝土块、钢绞线对边刮 刀存在冲击损坏。切刀需要更换量为半盘刀具的数 量，计16把；
6次开仓，共计需要更换耐磨耐冲击进口重型
边刮刀64把，刀具总费用为：12 000 x64 =768 000
7L i〇
更换刀具材料费用小计：
5 952 000 + 1 365 000 + 1 77
6 500 + 768 000 = 9 861 500 元
每台盾构机更换刀具所需材料费用为9 816 500 元，双线共 19 723 000 元。
3.3更换刀具劳务费用分析
根据工程建设市场实际情况，通过调研与厂家
询价方式确定刀具费用。以武汉某钻具公司询价结
果为例与厂家询价了解，，单刃镶楔形合金齿整体刀 滚刀更换的劳务费用约500元/把，中心双联镶楔
形 合金齿整体刀更换的劳务费用约800元/把，切刀及 刮刀的更换的劳务费用约400元/把，则更换刀具所 需劳务费用为：
500 x 186 + 800 x 21 + 400 x (209 + 64)= 219 000元
3.4盾构切桩作业额外耗材费用分析
根据对近年来该区域盾构隧道工程施工进度日
志统计分析，本项目按照正常地层盾构掘进施工速 度30 r n m/min，切削高强度管桩时，根据管桩性能强 度与施工作业安全角度因素，刀盘的切削转速控制 在1.5 r/min，即掘进速度控制在2 m m/min|I Q]。
每一排桩的切削距离按1.5 m计算，则切削每
排桩的掘进时间：
1 500 m m+
2 mm/min=750 m in
正常掘进作业1.5 m耗时为：
1 500 mm+30 mm/min=50 min〇
相比正常段掘进作业，盾构机需要消耗额外的
材料与电力。下面对主要耗材增加费用进行分析。
3.4.1黑油费用
按常规作业消耗量统计显示，刀盘运转8小时
共需使用1桶盾构黑油，黑油采购合同价为15 000元/桶_〇
即一台盾构机切削5排管桩比正常掘进额外消 耗的黑油材料费用为：
(750 -50) +60 +8 x15 000 x5 = 109 375 元 3.4.2盾尾油脂、黄油费用
按常规作业消耗量统计显示，刀盘运转8小时介电常数测量
消耗盾尾油脂1.5桶，盾尾油脂采购合同价为4 〇〇〇/桶；刀盘运转8小时消耗润滑油脂1桶，润滑油 脂采购合同价为6 000元/桶[|2]。即：
第35卷第6期尚旻：地下隧道施工盾构机切削穿越管桩费用分析2020年11月
一台盾构机切削5排桩比正常掘进额外消耗的
盾尾油脂材料费用为：
(750 -50) +60 +8 x4 000 x5 =29 167 元
一台盾构机切削5排管粧比正常掘进额外消耗
的润滑油脂材料费用为：
(750 -50) +60 +8 x6 000 x5 =43 750 元
3.4.3电费
盾构机的配套用电功率为4 000 KW[13]，即一
台盾构机切削5管排粧比正常掘进额外消耗的电费
为：
(750-50) +60 x4 000 x5 x0. 8 = 186 667 元
3.5盾构切削管桩费用合计
综上所述，采用两台9. 1m双模盾构机完成机
场区间左右两线地下通道预应力管桩切削工程费用
匡算如表4所示：
表4盾构切削管桩费用统计表
名称计量工程金额（元）单位数量综合单价合价
1.开仓费用次12150 0001800000
2.刀具更换费用台次220 161 000
单刃镶楔形合金齿整体刀滚刀把3723200011 904000
中心双联镶楔形合金齿整体刀把4265000 2 730000
耐磨耐冲击进口重型切刀把4188 500 3 553000
耐磨耐冲击进口重型边刮刀把12812 0001536000
换刀劳务费用台次2219000438 000
3.盾构材料损耗费737 918
黑油台次2109 375218 750
盾尾油脂台次22916758 334
润滑油脂台次24375087 500
电费台次2186 667373 334
心电电极合计24 498918
4结语
在当前城市轨道交通建设中，盾构机穿越构筑 物桩基对构筑物稳定性以及地表沉降都有较大影 响。
目前主要采取桩基托换及移桩技术，因技术难 度高、风险大，极少采用盾构机直接切削桩基穿过。本文通过在建城际铁路盾构切削穿越管桩工程实 例，以盾构区间采用一台9. 1m双模盾构机，共计进行6次常压开仓，每次开仓为期5天，完成切削5排
预应力管粧工程的施组模型。在此基础上，按照开
仓费用、刀具更换费用、盾构损耗材料费用三部分主
要费用[14]，构成了该项工程模型的费用模型，结合
市场价格对工程所需费用进行了组价分析。经过实
践检验，施组模型设计合理，盾构切削越管桩费用分
析系统、科学，可为今后类似相关工程设计研究提供
借鉴参考。
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