地铁施工方案优化技术经济分析

摘 要： 本文通过对地铁施工过程中，在保证质量和安全施工情况下，通过如何优化施工方案降低成本提高经济效益，提出一些问题供大家参考。

关键词： 地铁施工 优化 经济分析

1 引言

随着经济的不断发展，缓解日益增长的交通压力成为研究的课题。地下轨道交通具有运输量大、占地少、速度快、污染小及安全舒适等特点，较好地解决了交通堵塞现象。 随之而来的地铁施工难度也越来越大，紧邻既有构筑物、穿越密布的既有管线和既有地铁、新旧结构物错综复杂、新建结构对既有结构的不利影响，新建结构和既有结构之间的变力变异等，直接影响施工安全和效益。

2 施工方案优化

所谓施工方案优化是指根据单项工程或分部工程特点、总体部署、场地规划、施工进度等，在以往施工方法基础上，提出的施工方案，为保证工程质量和安全，降低工程成本，节约资源，保护生态环境，对多种施工方案进行技术经济分析，从而选出最有的施工方案。

某地铁线位于城市中心，地上构筑物林立，地下既有管线交错，垂直下穿运营中的地铁一号线。十号线顶板与一号线底板距离仅为1.09m，隧道开挖易引起地下水位下降和围岩扰动。考虑上述风险因素，进行施工方案优化。

2.1 CRD施工方案

间隔土体在动载的冲击下，具有一定的力学缓冲效应，采用保留既有线和新线结构间隔土体CRD断面施工方案（见图1）。主要工序：小导管超前支护—土方开挖—打设锁脚锚管—格栅架立—喷射混凝土施工。隧道拱部采用管棚加小导管超前支护，超前大管棚采用Ф159热轧无缝钢管，长度33m，管径159mm，厚度8mm，管内关注水泥浆；小导管管径42mm，长2.5m，压注水泥水玻璃双液浆。

2.2 洞桩施工方案

针对导洞内施工场地狭小，地质情况复杂，成孔难度大，采用的洞桩施工方案能够有效限制地层变形，洞桩法施工导洞内钻孔灌注桩数量共计约900根，桩长范围16.2～20m，桩径800mm的90根、其余桩径均为600mm（见图2）。

2.3方案优化

确定单项工程或分部工程采用哪种施工方案，首先要考虑技术上的可能性，然后要考虑经济上的合理性，从若干方案中选出相对经济的方案为优化施工方案。

CRD法通过调整开挖步序、调整预加固和预支护、施工监控测量和分次注浆，保证结构安全。问题是管棚施工受到场地限制，操作困难，且需要动态实时监控调整跟踪，费工费时，影响施工进度，成本相对高。

洞桩法在穿越既有线时，具有初期支护结构受力好、支护强度大、减小偏压、控制地层变形、隔离新建地铁和既有线结构、工作面多、施工步序周期短等特点，较CRD法，拆除工程量小，投资小，工效高。

经过对上述2个方案的优化论证，认为采用洞桩施工方案，能够保证周边构建物安全，控制沉降，减少地层扰动，且产生一定的技术经济效益。

3技术经济分析

施工方案技术经济分析，要计算施工中发生的所有费用。属于固定资产投资，要分别计算资金的时间价值；属于施工中临时性搭建物投资，不考虑资金的时间价值。

洞桩法之所以施工效率高，主要因素在于缩短工期、机械选型和技术改进等方面。

3.1缩短工期

施工方案优化首先考虑的是工期，选择工期短施工方案，获取缩短工期总效益（G）。按以下公式计算：

G= + + （1）

式中： —工程提前交付使用所得效益；

—加速资金周转收益；

—节约间接费用收益。

、 、和 按以下公式计算：

=B（ - ） （2）

= （ - ） （3）

= （1- / ） （4）

式中：B—工程项目使用时期内的平均收益；

—计划规定的施工工期；

—实际的施工工期；

—计划的基建投资；

—改进工艺后的基建投资；

—投资定额效果系数；

—间接费固定部分（与工期有关的），C为工程预算造价；H为工程间接费率；

R为与工期有关的间接费的固定部分比率；Y为计划利润（%）

=C×H×R/﹙1+Y﹚﹙1+H﹚

施工方案优化缩短了工期，减少了施工中占有的固定生产资金，节省了流动资金和未完成工程费用，同时降低了间接费，产生一定经济效益。

3.2机械选型

洞桩法采用改型GDS-50型循环钻机，正循环方法施工，配备泥浆循环系统；采用水下混凝土灌筑工艺，避免了砂层塌孔，提高了施工效率，这是其他工法不具备的。改型GDS-50型循环钻机性能见表1

表1 改型GDS—50型循环钻机性能

机体尺寸（宽×高） 行走高度/m 工作高度/m 钻孔深度及直径 主机/kw 泵/kw 工作量大功率

2.7m×4.0m 4.0m 4.0m 50m/Ф1.5m （37+15）kw （37+7.5）kw 90kw

改型GDS-50型循环钻机为洞桩法主要施工机械，应从机械的多用性，耐久性、技术性及效益性等方面进行技术经济分析，包括原价、保养费、维修费、能耗费、使用年限、折旧费及期满的残余价值等要素。按以下公式计算：

R=P[﹙i（1+i）N﹚/﹙﹙1+i﹚N-1﹚]+Q-r[﹙i﹚/﹙﹙1+i﹚N-1﹚] （6）

式中：R—折算成机械的年度费用，元/年；

P—机械原价，元；

Q—机械的年度保养和维修费，元；

N—机械的使用年限，年

r—机械期满后残余的价值；i（1+i）/[（1+i﹚N-1]资金再生系数，即投入资金P，复利率为i，按使用年限N年摊销的系数；i/[（1+i﹚N-1]偿还债务系数，即未来N年的资金（债务），复利率i，在N年内每年应偿还金额的系数。

通过折算成机械的年度费用R，选择机械设备。

3.3技术改进

3.3.1扣拱施工

借鉴以往地铁施工经验，针对地铁十号线情况，研究了扣拱施工方法。扣拱施工前施作刚性壳体结构进行力学转换，扣拱轮廓线外打设大管棚并注浆，小导洞内向拱脚打设锁脚锚管并注浆架设扣拱格棚，喷射混凝土闭合拱部结构。边桩和扣拱共同作用，使支护结构的刚度大、整体性强，对结构外侧和深层土体明显约束，有效地控制地表沉降和地层侧向变形，在保护地下管线及邻近建（构）筑物方面起到了重要作用。

3.3.2二次衬砌

二次衬砌施工使洞桩法与CRD法有机结合，可使用大型机械施工，缩短了施工周期，减少地层降水时间，降低了降水费用，控制了地层沉降。桩顶纵梁采用3015组合定型钢模板，局部采用木模配套。脚手架采用钢管或碗扣式脚手架支撑系统；预做格栅段模板采用3015型组合定型模板，支架使用40钢管通过卡扣支顶。

由于采用系列新工艺、新设备、新材料，加强现场管理，优化施工方案，在安全质量同时，缩短工期，降低成本，经核算，综合收益3500万元，其中，节省材料600万元，优化施工方案收益1400万元，改进机械收益400万元，其他收益1100万元，取得显著经济效益。

4 结束语

通过施工方案优化，地铁工程不仅攻克了技术难题，保证施工安全和工程质量，而且产生了一定的经济效益，说明施工方案的选优化和技术经济分析的重要性。为提高施工经济效益，须结合具体工程特点，制定多种施工方案，进行方案优化，合理安排技术、人力、材料、机械等资源，加强细化管理，最大限度的发觉成本节约潜能。