【关键词】外挂槽道工程；支架体系；技术适用性及造价差异
一、项目概况
本项目穿越老城区，建设规模大、施工站点多，施工期间对城区的道路交通影响较大。该城市轨道交通路线全长44.2公里，全部采用地下敷设方式，共设32座地下车站，其中20座为换乘站，平均站间距1.43km，盾构区间双线长度33.35公里，车辆采用最高时速80km/h的A型车8辆编组。
二、预埋不锈钢套筒+外挂槽道+紧固螺栓T型螺栓布置情况
预埋不锈钢套筒+外挂槽道盾构隧道设备快速安装系统方案具有可行性和全方面综合的性能，其能够快速安装系统。每环管片30个不锈钢套筒按照12度模数等距分布预埋入全环管片中，在后期管片拼装完成隧道设施施工后，加装外挂槽道，用高强度锚栓连接固定外挂槽道和不锈钢套筒，形成平均每环8.3米圆周内的槽道系统。支架由高强度T型螺栓固定于槽道内需要的位置,构成完整的支架设备安装系统。槽道主要集中分布于隧道两侧、设备安装区域及顶部接触网部位。预埋不锈钢套筒+外挂槽道+紧固螺栓T型螺栓布置情况见：图2-1预埋套筒及槽道系统整体布局示意图。
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图2-1：预埋套筒及槽道系统整体布局
三、工艺简介及技术性比较
（一） 预埋不锈钢套筒工艺简介
每环预埋30个316L高强度高耐腐蚀不锈钢单内螺纹套筒：标准块、相邻块各预埋5个，封顶块1个。全环套筒标准间距56.55CM，，均匀分布定位于管片的中心轴位置。
预埋不锈钢套筒优点：
（1）316L低碳合金不锈钢是国际公认具有的耐腐蚀及耐高温性能最好的不锈钢等级，广泛应用于航空航天军工，海洋工程，石油化工核电，压力容器等行业，含有钼镍钛等贵金属成分也称为钛钢，具有耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀的优点，其适合地铁隧道特殊的环境。在本科研项目中把不锈钢材料用于最关键的预埋件上，从而确保使用寿命达到与管片同步，哈芬在国外早期采用的不锈钢槽道已经过近百年的验证可达防腐要求。
（2）不锈钢套筒有强度高，耐高温性能好，重量轻体积小,包装运输容易的优点，与预埋槽道相比，其在管片厂施工简单易行，省时高效；在施工期间不容易损伤和破坏防腐层，与混凝土结合力强，是非常理想的槽道锚固点。并且安装完成后力学性能及使用寿命远超化学锚栓及膨胀螺栓或者全预埋槽道。
（3）套筒整体埋入混凝土内，露出管片外部仅有平面的圆孔，通过紧固螺栓和槽道的密封作用后，内部不接触外界水分和空气，防腐性能可靠。未使用的套筒也有密封盖封闭保存备用。
（4）管片厂预埋施工到盾构机拼装装整个流程，和全预埋槽道相比，预埋筒套的外部面积小即具有强化端盖的保护，整个流程不一造成划伤损害，因此不会造成变形或者破坏腐蚀表面，对后期整体的使用寿命有不错的效果。
（5）相比全预埋槽道，预埋作业时不易触碰到钢筋笼，或者因人员操作等问题触碰钢筋笼导致后期隧道杂散电流传导。
（6）预埋不锈钢套筒精度高，不会出现全预埋槽道遇到的施工质量不达标，造成该管片报废的现象。
（7）不锈钢套筒优化设计定型后，大规模生产可确保批次品质，保障地铁建设的质量。
（8）采用模数12度设计预埋套筒数量可实现间距等距分布，同时在圆周轴线及顺线横向套筒位置可保持一致，为后面外挂槽道安装创造了良好和便利的基础。
（9）套筒间距缩短为56.55CM增大了15%以上的力学预留余量。图3-1不锈钢套筒及塑料保护端盖示意图。
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图3-1：不锈钢套筒及塑料保护端盖
（二）外挂槽道工艺简介
外挂槽道材料采用Q345高强度低碳合金钢，热轧成型钢4022/5026加厚尺寸高强度规格并带内齿。按照地铁隧道内弧度弯弧成型。
地铁隧道各槽道规格合计用量8.3米，其中两侧采用4022规格，左上侧布置1根157CM槽道，左下侧1根213.5CM槽道，右上侧布置一根270CM和右下侧1根157CM槽道，顶部接触网部分布置一根143CM槽道采用5026规格。其中所有规格槽道采用6公分U孔设计，为微调管片拼装误差带来的水平对齐度问题。
Q345--综合力学性能良好，抗拉抗剪抗压性能高于Q235一倍，塑性和焊接性良好，用于压力容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、热轧或正火状态使用，屈服强度高达350KN以上。图3-2 外挂槽道示意图。
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（三） T型螺栓，套筒紧固螺栓及防滑垫片工艺简介
采用8.8级高强度螺栓及垫片，力学和防腐性能远超普通螺栓，抗拉>70KN,抗剪>30KN.（其中内六角圆头螺栓采用304不锈钢材料）图3-3 内防震齿槽及带弹簧片的T型螺栓示意图。
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注：设计院需标准如钢筋辅网与套筒位置冲突，管片厂可适当需修改钢筋网设计图已避开冲突。
（四）工艺技术性比较
结合本项目实际，选取“工艺准确性、安装施工操作性、管片厂施工复杂度、设备支架安装时间、限界占用（厘米）、不含支架综合安装工时（公里）、盾构管片影响、防腐，耐火、力学性能”等二十个技术参数做为比对样本对两种工艺进行了详细比较，比较结果显示，预埋锚栓+外挂槽道工艺具有明显的技术优势。2种主要解决方案综合对比见：表1-1 2种主要解决方案综合对比表。
现场测试验收表1-1（2种主要解决方案综合对比）
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根据以上技术性论证，预埋锚栓+外挂槽道综合性能较为优越，设计合理，工艺简单，管理透明，成本合理，解决了行业面临的风险和隐患，可标准化，规范化，操作性强，创新度高，在后续应用中如果持续改进工艺并且完善，是非常具有市场的前景和推广价值的，这一新型实用专利方案和技术可以完全替代传统解决的方案。
四、工艺造价差异分析
（一）两种方案数量差异
结合两种工节对比情况，差异原因及结果如下：
（1）钻孔化学+膨胀锚栓方案，按以往地铁支架间距800mm计算，每公里需在盾构管片上钻孔20732个，全线合计1382824个孔，以往年经验还会有10%作废孔，需要重新打孔，钻孔需投入大量人工，还会对管片质量造成不可逆的破坏。但预埋套筒+外挂槽道方案，由于套筒是预埋在混凝土中，无需破坏混凝土结构，没有因打孔造成隧道漏水的风险。
（2）由于预埋套筒+外挂槽道方案将支架安装间距从原来的0.8m改为1.5m需要加强支架受力，并增加线缆桥架，同时也减少支架数量，由此增加造价1.7万元/公里。
（二）建设期两种方案造价指标对比
建设期两种方案造价指标对比表1-2
序号 专业名称 钻孔化学＋膨胀锚栓方案（万元） 预埋套筒+外挂槽道方案（万元） 变化差额（万元）
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从以上分析表格可以看出预埋套筒+外挂槽道方案在建设期中比钻孔化学＋膨胀锚栓方案造价要高。但总工期进度可提前约3个月，从成本角度考虑，承包单位节约了间接费用和人工费等，预埋套筒+外挂槽道方案仍是可行。
（三）全寿命周期造价对比动态分析
全寿命周期造价对比动态分析表1-3
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采用预埋套筒+外挂槽道，工程造价一次性投入相对打孔+锚栓方案增加5223万元（66.7公里盾构），单价增加78.16万元/单延线公里。
100年维保成本预埋套筒+外挂槽道相对打孔+锚栓方案工程造价减少8300.8万元（66.7公里盾构），单价减少-124.45万元/单延线公里。。
100年内全寿命使用成本采用预埋套筒方案比起打孔节省3087.5万元成本。
预埋套筒+外挂槽道虽然在建设期建造成本大，但大大减少人力成本投入。另预埋套筒方案对于管片绿色施工并且完全无损伤，施工周期每次可节省3个月以上，避免打孔对于管片的破坏有利于节省运营期间管片修补防漏的成本。减少运营期维护成本和时间，也有效的保证了地铁正常运营的安全。百年全寿命经济效益更具优势。
（四）后续成本变动趋势
目前常规打孔方案已处于硬件设备成本与人工成本上涨后持平的临界点，如果隧道设备每环未来每增加一个支架挂点（标准两孔），或施工人工成本增加20%，公里概算都会增加10万元以上。采用新型预埋技术方案无需增加设备和人工，可避免未来因挂点增加或人力成本上涨造成的整体成本造价上升的风险。采用新型技术方案需要在内外部成本预算及摊销方式上做出调整变更。新型技术目前实际成本相当于地铁打孔方式，规模量产后未来成本还有下降空间，能够满足用户降低地铁建设运营成本的需求。
新型预埋不锈钢套筒+外挂槽道方案设计合理，系统结构灵活，经济性能好，能很好满足未来地铁用户不断降低建设和运营成本的需求。
五、综合论述
预埋套筒+外挂槽道具有技术先进、创新度高、性能完善、工艺成熟、安全实用、节省成本等诸多优点，对未来地铁建设施工的要求可以基本满足，新型方案结合传统钻孔、全预埋、全外挂等解决方案的特点取长补短、集之大成，在综合性能等各方面都做到了均衡完善，是目前最具有可行性的新型隧道管线设备支架安装解决方案。
如果能将科研成果快速转为应用，结合地铁工程广阔的应用市场和雄厚的技术实力和丰富的隧道现场施工经验，将起到示范带动作用，在国内地铁和管廊盾构隧道建设等行业产生极大的市场和技术影响力，未来在地铁车站、城市公共地下空间、大型公共建筑、超高层建筑、高速公路隧道、轻轨城际高架线路及车站等领域也具有广阔的应用空间。
【结语】总而言之，我国当前阶段的建设工程与以往相比有些很大的差异。伴随建设工程更加规模化、系统化，方案的系统化在建设工程中地位日趋重要，已逐渐成为实现工程安全、优质、经济、高效建设的重要抓手。做为合格的工程经济从业人员，要强化方案系统化经济比选意识，为项目的良性建设积极献言献策。
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论文作者:吴思辉
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：套筒论文; 管片论文; 外挂论文; 隧道论文; 方案论文; 螺栓论文; 万元论文; 《城镇建设》2020年1月第2期论文;