核电厂盾构输水隧洞成本控制的技术优化措施

摘要：文章以某滨海核电厂盾构法输水隧洞的概算分析为基础，得出盾构法输水隧洞的工程造价构成情况，再结合盾构法设计和施工的特点，分析影响盾构法输水隧洞成本的主要技术因素，以此为基础来提出控制隧洞成本的技术优化措施。

关键词：核电厂；盾构输水隧洞；技术优化；成本控制；工程造价 文献标识码：A

中图分类号：TV672 文章编号：1009-2374（2016）01-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.015

近年来，滨海核电厂采用隧洞方式来实现取排水日益增多，盾构法由于其速度快、效率高、工作人员作业环境较好、施工安全保证程度高，是修建输水隧洞的一种重要施工方法。同时也因为其所需设备复杂特殊、价格昂贵，隧洞口附近需要有较大的施工整备场地，代价较高，在核电厂取排水工程中的应用受到一定的限制，因此有必要结合工程实例分析盾构法输水隧洞的成本组成，总结影响盾构法输水隧洞造价的主要技术因素，提出成本控制的技术优化措施。

1 核电厂输水盾构隧洞成本构成及主要影响因素分析

1.1 某核电厂输水盾构隧洞工程概况

某沿海核电站取水工程采用双线盾构隧洞输水，隧洞轴线平面为直线，水平中心间距29m，盾构输水隧洞内径为7.3m，外径为8.9m，共两条，采用管片和二次衬砌作为复合支护结构。其中一次衬砌厚度0.5m，作为隧洞的主体结构，二次衬砌0.3m。隧洞轴线为直线。进水口布置在海侧的闸门井内，出水口位于陆侧的闸门井内。输水隧洞及进、出口构筑物全长为4420m。隧洞管片为C60高性能防水钢筋混凝土，二次衬砌采用C40钢筋混凝土，两者均掺加聚丙烯合成纤维。

本工程盾构进出洞工作井均采用矩形结构，明挖法施工，维护结构采用喷锚支护体系，C25喷混凝土厚度20cm，锚杆采用直径25的CD反循环注浆锚杆，二衬采用C40钢筋混凝土，厚度50cm，底板厚1.5m。

工作井1由两个盾构井和一个闸门井组成，2个盾构井平面尺寸15m×17m，结构净距为8.9m，深度为30m，闸门井平面尺寸为12m×49.5m，深度21.5m。工作井2由盾构井、闸门井及连接它们的取水构筑物组成，其中盾构井深度49.5m，平面尺寸16.4m×43.5m，闸门井深度17.5m，平面尺寸20m×67.2m，连接它们的取水构筑物沿线路方向长度为27.8m。

本工程采用一台泥水加压平衡式盾构机，其掘进路线为：自出水构筑物（工作井1）出发→取水隧洞一号→进入进水构筑物（工作井2，移位，转身180°）→取水隧洞二号→最后出水构筑物吊出盾构机。

1.2 某核电厂输水盾构隧洞成本分析

表1 输水隧洞概算造价费用构成表

费用项目 占总造价比例

盾构管片 40.6%

盾构掘进 31.2%

盾构工作井 13.2%

二次衬砌 8.7%

小计 93.8%

从表1可以看出，盾构掘进、盾构管片、二次衬砌、盾构工作井是盾构取水隧洞的主要组成部分，尤其是盾构掘进和盾构管片，两者相加占到总费用比例的71.8%。

1.3 核电厂输水盾构隧洞成本技术影响因素

影响盾构输水隧洞成本的因素主要有技术措施和管理措施两方面。技术措施包括设计方法合理与否，施工材料的选用，施工机械的选择、工期、成本管理及其他方面等。施工管理措施包括成本管理、进度管理、质量管理和施工管理等。就技术措施而言，从上节的概算造价构成分析来看，影响盾构输水隧洞造价的因素主要有以下三个方面：（1）盾构隧洞管片及二次衬砌的设计；（2）盾构机的选型设计；（3）盾构隧洞进出口工作竖井的设计。

2 盾构法输水隧洞的成本控制的技术优化措施

2.1 管片（一次衬砌）的合理设计

2.1.1 管片环的外径：管片环的外径尺寸，取决于隧洞净空和衬砌厚度（管片厚度、二次衬砌厚度等）。管片环的外径尺寸是隧道设计时的最基本因素。一般隧洞内净空由以下五个因素确定：（1）建筑限界；（2）内净空与限界之间的富裕量；（3）施工误差；（4）隧道衬砌变形；（5）后期变形（沉降或隆起）。

对核电厂输水隧洞，内净空主要由过水断面的面积要求确定，应在满足输水断面的情况下尽可能选择较小的合理的管片环断面。

2.1.2 管片的厚度：管片厚度与隧道断面大小的比，主要取决于土质条件。覆盖层厚度等荷载条件，但有时隧道的使用目的和管片的施工条件也起支配作用。根据施工经验，管片厚度一般为管片外径的4%～6%D（外径），地铁区间隧道一般为4.5%～5.6%D（外径）；大直径隧道相对厚度较小，一般为4%～5%D（外径），也有个别隧道达到7%D（外径）。衬砌厚度的选择与地质条件、荷载条件密切相关，但更多情况下是经验取值。

目前盾构管片计算模型主要有以下四种方法：（1）惯用法；（2）修正惯用法；（3）多铰环法；（4）梁-弹簧模型法。应在满足上述管片经验设计要求的情况下选择合理的计算模型来提高计算的精度，降低的管片厚度，一方面使得隧道断面缩小，另一方面降低了管片制造成本。

2.1.3 管片宽度：从便于搬运、组装以及在隧道曲线段上的施工，考虑盾尾的长度条件，管片宽度小一些为好。但是，从降低隧道总长的管片制造成本，减少易出现漏水等缺陷的接头数量，提高施工速度等方面考虑，则此宽度大一些为好。管片宽度应根据隧道的断面和最小曲线半径，结合实际施工经验，选择在经济性、施工性方面较合理的尺寸。

2.1.4 管片环分块：分块数越少、结构刚度越大，结构受力相对较大，结构变形较小，但总体上看内力差别不大。从结构防水看，分块越多，则接缝长度越长，防水难度越大。从缩短拼装时间，加快施工进度看，管片分块数越少越好；从减小拼装难度看，以采用小封顶块形式为佳；从减小管片制作与运输难度看，管片长度不宜过大。总体来说，分块数越多，工作量越大，管片的拼装工期也相应增加，应根据工程实际选择合理的管片环分块数。

2.2 二次衬砌的合理设计

二次衬砌的作用在于防腐、防水、防火、隧道内表面光滑、管片拼装蛇行修正以及隧道衬砌的补强作用。在确保衬砌强度和结构安全性的条件下，二次衬砌的合理设计（采用最优厚度或者省略），有以下优点：（1）直接导致成本的降低；（2）工期得以缩短；（3）因掘削面的缩小，排出的弃土减少，从而使机器设备、始发及到达竖井等的规模缩小。

图1 二次衬砌的省略示意图

2.3 盾构机的合理选型

盾构选型主要依据工程地质条件、隧道设计参数、盾构施工工艺、进度要求等因素综合进行分析，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参数，辅助设备的配置等进行研究。目前常用的盾构机主要有泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机，其中土压平衡盾构机占用施工场地较小，设备购置费用及运转费用较低；泥水平衡盾构机要有较大的泥水处理场地，设备购置费用及运转费用较高。但是总体来看，两种盾构机的造价均很高，其选型的正确与否，无论是对盾构施工的技术水平，还是对盾构隧洞的成本控制均起着至关重要的作用。

2.4 盾构工作井的合理设计

从输水隧洞的概算费用组成可以看出，竖井的建造费用也是取水隧洞的一个重要组成部分。在满足盾构施工要求的前提下应尽量减少竖井个数和竖井建造规模，随着竖井个数的减少，盾构机进出竖井的费用以及进出洞口的地层改良费用也要相应减少。此外，选择合理的施工工法和竖井结构形式的选择（矩形、圆形）等也很重要，对此须做详细的技术经济比较。

3 结语

通过上述分析可以看出，取水盾构隧洞费用主要由盾构掘进、盾构管片、二次衬砌、进出口竖井等构成。为了减少取水盾构隧洞的建造成本，应从管片和衬砌设计、盾构机器设备选型、竖井设计等方面来考虑，这几个方面是控制输水隧洞成本的主要技术优化措施。

参考文献

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作者简介：高伟（1986-），男，安徽合肥人，深圳中广核工程设计有限公司土建所工程师，硕士，研究方向：隧道及岩土工程。

（责任编辑：周 琼）