¿Discusión sobre la reducción de los costos de construcción del túnel de protección?
1 Introducción
En la construcción urbana moderna, el desarrollo y utilización del espacio subterráneo se ha convertido en una parte importante. Debido a su avanzada tecnología de construcción y su tecnología de construcción continuamente mejorada, los túneles escudo han logrado un gran éxito en el desarrollo de espacios subterráneos urbanos y se utilizan cada vez más en la construcción de metros, alcantarillas y túneles subterráneos urbanos. En las principales ciudades de China, como Shanghai, Beijing, Shenzhen, Guangzhou y Nanjing, la mayoría de los túneles de metro que se han construido y están en construcción utilizan el método del escudo. Sin embargo, por un lado, las grandes ciudades tienen una enorme demanda de desarrollo del transporte ferroviario subterráneo para resolver el problema de los cuellos de botella en el transporte que restringen el desarrollo económico urbano. Por otro lado, los túneles construidos con el método de escudo son muy caros en términos de coste de proyecto, lo que limita en cierta medida el desarrollo y la utilización del espacio subterráneo urbano.
Por lo tanto, cómo controlar razonablemente el costo de construcción de los túneles de protección y reducir el costo del proyecto se ha convertido en un tema que debe estudiarse cuidadosamente en el desarrollo del espacio subterráneo. En la actualidad, este trabajo de investigación ha logrado resultados iniciales. Por ejemplo, el Ministerio de Construcción de Japón ha formulado los "Principios Rectores para Reducir los Costos de Ingeniería Civil" [1], que requieren que se tomen cinco medidas desde la etapa de diseño: reducción de la sección transversal estructural, simplificación de las formas estructurales, prefabricación de componentes, estandarización y estandarización de materiales, y estandarización de procesos constructivos. Guan [1] resumió los principales factores que afectan el costo de la construcción del metro y señaló que la reducción de los costos de construcción debería centrarse principalmente en los siguientes tres aspectos: reducir el costo de compra de vehículos y otros equipos, reducir las tarifas de operación y gestión, y reducir el costo. de la ingeniería civil como infraestructura. Con base en el estado actual y las características del desarrollo de la tecnología de escudos de mi país, Zhang Fengxiang [2] y otros propusieron la dirección de desarrollo futuro de la tecnología de escudos de mi país: reducir costos, mejorar la calidad, acelerar la construcción y extender la vida útil, es decir, a través de mecanización, inteligencia e informatización, estandarización del diseño, uso de nuevos materiales y nuevas tecnologías. Y tayagaki [3] y otros propusieron medidas para aumentar el ancho de los segmentos del túnel protector, mejorar los beneficios económicos y reducir los costos. Recientemente, tanto Japón como China [4] y [5] están realizando investigaciones sobre la aplicación de segmentos pretensados de alta resistencia. Dado que en esta sección se omiten los pernos de unión y el revestimiento secundario, se reduce el diámetro exterior del túnel de protección, reduciendo así el coste total. Sobre la base del análisis de la composición de costos de los túneles de protección, resumimos muchos resultados de construcción en el país y en el extranjero y, combinados con el nivel técnico existente, discutimos cómo reducir los costos desde la perspectiva del diseño y la tecnología de construcción, para lograr el propósito. de reducir los costos del proyecto.
2 Composición de costos de los túneles escudo
La Tabla 1 es un análisis de la composición de costos de los proyectos de túneles escudo en China y Japón [7]. El proyecto más importante en todo el proyecto del túnel es la proporción. Y se puede encontrar que los principales componentes del costo incluyen principalmente los siguientes elementos: revestimiento de segmentos, equipo mecánico, transporte y procesamiento de desechos y costos de protección de la construcción del eje. Por lo tanto, el foco de este artículo en la reducción de costos también está aquí.
Investigación para reducir el coste de los túneles de escudo
3.1 Reducción de costes de dovelas y revestimientos
3.1.1 Método de diseño racional
Escudo El diseño de túneles estructurales se centra principalmente en el diseño de dovelas y revestimientos, pero actualmente se utilizan habitualmente los métodos de diseño habituales. El método de diseño convencional trata la unión del segmento como un anillo circular con rigidez uniforme y no considera la reducción de la rigidez. Durante el cálculo, se supone que la masa del suelo generará una fuerza de reacción en la base junto con la deformación del anillo del segmento. Este método de diseño no considera la reducción de la rigidez de las uniones de los segmentos, por lo que los resultados del cálculo son relativamente altos. El método del modelo viga-resorte [6] simula el anillo segmentado como un marco de viga (viga recta o viga curva), utiliza resortes de rotación y resortes de corte para simular las uniones del segmento y las uniones indirectas del anillo, y utiliza el método de los elementos finitos. analizar las propiedades elásticas del segmento del anillo y calcular la fuerza de la sección transversal. Este método de cálculo se considera un método eficaz para explicar el mecanismo de carga de los anillos segmentados.
En el diseño de un determinado túnel de carretera, el espesor del segmento calculado mediante el método del modelo de viga-resorte es de 40 ~ 45 cm, mientras que el espesor del segmento calculado mediante el método de diseño convencional es de 50 ~ 65 cm. Se puede observar que el uso del primero puede mejorar la precisión del cálculo y reducir el espesor del segmento, lo que por un lado reduce la sección del túnel y por otro lado reduce los costos de fabricación.
3.1.2 Omitir el revestimiento secundario
Las funciones del revestimiento secundario del método escudo incluyen: anticorrosión, drenaje, prevención de incendios, superficie interior lisa del túnel, serpentina Corrección de ensamblaje de dovelas, refuerzo de revestimiento de túnel. Al tiempo que se garantiza la resistencia del revestimiento y la seguridad estructural, las principales ventajas de omitir el revestimiento secundario son las siguientes:
(1) Debido a la omisión del revestimiento secundario, el costo se reduce directamente;
(2) Debido a la omisión del revestimiento secundario, el período de construcción se acorta;
(3) Debido a la reducción de la sección de excavación, se reducirán los escombros descargados, reduciendo así el costo de equipos mecánicos, ejes de origen y de llegada, etc. escala.
3.1.3 Aumentar el ancho del segmento
Al aumentar el ancho del segmento, se puede reducir el número de juntas de segmento a lo largo de la dirección longitudinal del túnel, reduciendo así el costo de producción. del segmento cuando la longitud del túnel no es Bajo circunstancias de condiciones cambiantes, aumentar el ancho del segmento reducirá el número de tiempos de ensamblaje, aumentará el volumen de avance diario y acortará el período de construcción al aumentar el ancho del segmento se reducirá el número; de juntas de anillos de túnel, lo que no solo mejora las condiciones de impermeabilidad del túnel, sino que también reduce la necesidad de materiales impermeables para juntas y entrada de conectores. Sin embargo, el aumento en el ancho del segmento puede causar el problema de una mayor tensión de flexión del segmento debido a la fuerza cortante generada en los pernos de conexión del anillo del segmento, y se concentra principalmente en los bordes de la superficie del segmento. En este sentido, Y.TAYAGAKI[3] propuso utilizar juntas escalonadas para ensamblar y ensanchar los segmentos para que tengan mayor resistencia y garantizar la seguridad estructural del túnel, además, mediante la adopción de juntas de alta resistencia y barras de acero de refuerzo; Los bordes de los segmentos, los segmentos se pueden reforzar uniformemente. Medidas como la disposición de los segmentos pueden eliminar eficazmente la concentración de tensiones en las juntas.
3.1.4 Uso de dovela pretensada de alta resistencia
Se trata de un nuevo tipo de dovela de escudo. El método consiste en ensamblar los segmentos de hormigón fabricados en fábrica en un anillo detrás de la máquina de protección, insertar los cordones de acero pretensados en los manguitos incrustados de los segmentos para tensión y anclaje, y formar un anillo de segmento pretensado sin grietas y con buena redondez. estanco y duradero.
Las ventajas de utilizar esta estructura son:
(1) Al omitir el revestimiento secundario, se reduce el espesor de los componentes y se reduce el diámetro exterior del túnel de protección. , lo que puede reducir el costo total.
(2) Dado que se omiten los pernos de conexión entre los anillos, se mejora la constructibilidad y se acorta el período de construcción. Además, los objetos metálicos como pernos se omiten de la parte de unión, lo que simplifica la configuración de las barras de acero segmentadas.
(3) Los objetos metálicos no quedan expuestos en la superficie, lo que no solo mejora el rendimiento de sellado contra el agua sino que también suaviza la superficie interior y también es adecuado para eliminar la necesidad de un revestimiento secundario.
3.2 Reducir el costo del equipo mecánico
3.2.1 Selección razonable de máquina de escudo
La selección de máquina de escudo incluye principalmente: la selección del tipo de escudo, como el tipo de agua de lodo o el tipo de presión de tierra, selección de la estructura específica de la máquina de protección, como la forma del cabezal de corte, la configuración del cabezal de corte, la posición de apertura y la relación de apertura, la carrera de avance del gato de propulsión, etc. La selección de la máquina de protección no solo está directamente relacionada con el costo de compra del equipo, sino también con la racionalidad del costo. Una selección irrazonable conducirá, por un lado, a reservas excesivas de equipos y una baja tasa de utilización, lo que hará que los costos de compra de equipos representen una alta proporción del costo total del proyecto y, por otro lado, provocará desperdicios innecesarios si el escudo seleccionado no lo hace; tener una buena adaptabilidad estratigráfica deficiente no solo provocará un alto consumo de energía y una baja producción, sino que también retrasará el período de construcción, lo que en última instancia provocará un fuerte aumento en los costos del proyecto. Por lo tanto, se debe determinar una selección de escudo razonable y científica después de un análisis exhaustivo de las funciones, longitud total, profundidad de enterramiento, condiciones geológicas, condiciones ambientales como edificios en el suelo, estructuras subterráneas, tuberías a lo largo de la ruta y requisitos de control de deformación de la superficie, de modo que el escudo seleccionado puede producir la máxima relación costo-eficiencia.
3.2.2 Uso de tuneladoras de escudo especiales [7]
(1) Tuneladoras de escudo adecuadas para excavaciones de larga distancia
Túneles de escudo de larga distancia Por un lado, ayuda a reducir el número de máquinas de escudo funcionando al mismo tiempo. Por otro lado, también ayuda a reducir el número de ejes de contacto intermedios y el número de mejoras estratigráficas al entrar y salir del túnel, consiguiendo así. logrando el propósito de reducir el costo del proyecto.
(2) La máquina de escudo se adapta a los cambios en la forma de la sección transversal
Los túneles del metro son en su mayoría circulares Durante el proceso de construcción del metro, los túneles a menudo se colocan bajo tierra (como las estaciones de metro). , etc.) Dos túneles con diferentes formas de sección transversal se fusionan en uno. Por lo general, los ejes se construyen en lugares donde cambia la sección transversal y para la construcción se utilizan máquinas de protección con diferentes formas de sección transversal. Ya sea mediante el uso de máquinas de protección con diferentes formas de sección transversal o la construcción de ejes de conexión intermedios, el costo total de construcción inevitablemente aumentará. Por lo tanto, la contramedida es utilizar una máquina de protección especial con una sección transversal telescópica. Por ejemplo, cuando un túnel de metro conecta una estación, se utiliza una máquina de protección circular para el túnel entre estaciones adyacentes. Al llegar a la estación, las dos alas se extienden en tres círculos de máquinas de protección para la excavación de la estación; El diámetro de la sección cambia repentinamente de grande a pequeño, se debe utilizar una máquina de protección madre-hijo, realizando la separación de las máquinas de protección madre-hijo en el punto de cambio de diámetro. En todos estos casos, solo se utilizó un escudo para la construcción, omitiendo el eje de conexión intermedio para reducir costos.
3.2.3 Uso de herramientas de corte de alta eficiencia y alta eficiencia
Para adaptarse a la excavación de larga distancia, los requisitos para la máquina de escudo seleccionada y su equipo de soporte son de la siguiente manera:
( 1) Minimizar el número de reemplazos de materiales desgastados.
Esto se refiere principalmente a la sustitución de herramientas de corte y materiales de sellado. Reducir el número de sustituciones evitará más retrasos en los tiempos de inactividad. Al mismo tiempo, para resolver el problema del reemplazo de herramientas durante la propulsión a larga distancia, algunos fabricantes comenzaron a desarrollar máquinas protectoras que pueden cambiar herramientas de manera segura y rápida en cualquier momento bajo presión normal. Recientemente, Mitsubishi Heavy Industries de Japón e Ishikawashima Harima Heavy Industries cooperaron para desarrollar un nuevo tipo de máquina de escudo. Su cabezal de corte adopta tecnología de "esfera" y puede girar 180 grados y luego reemplazar el cortador bajo presión atmosférica.
(2) Mejorar la durabilidad de la herramienta
La mejora de la durabilidad depende principalmente de la mejora del cabezal de corte y los materiales de la herramienta (como la incrustación de un cabezal de corte de aleación súper dura en el cortador, el desgaste del cabezal de corte se reduce significativamente); selección razonable del cabezal de corte y forma de la herramienta y disposición razonable de varias puntas de herramientas de corte; Además, ampliar el cabezal de corte también es uno de los medios necesarios para mejorar la resistencia al desgaste.
(3) Transporte eficiente de materiales de construcción y tierra y arena excavadas.
Para excavaciones de larga distancia, debido a que se reduce el número de pozos intermedios, la distancia de transporte es relativamente más larga.
Por lo tanto, se han propuesto nuevos requisitos para los equipos de transporte de materiales, como una gran capacidad de equipo y una alta eficiencia de transporte.
3.3 Reducción de los costes de construcción de pozos
En términos generales, cuanto mayor sea la longitud total de un túnel de metro, más pozos combinados subterráneos se necesitarán. Por lo tanto, el costo de construcción del pozo y la mejora del terreno en la entrada y salida de la máquina de escudo será mayor. Por tanto, la elección razonable del número de ejes y su forma estructural afectará directamente al coste total. Para reducir al máximo el coste de construcción de los pozos, se pueden tomar medidas efectivas, entre ellas: excavación de escudos a larga distancia para reducir el número de pozos intermedios utilizando escudos especiales; se pueden omitir los pozos en las bifurcaciones y los cambios de diámetro; el suelo; garantizar el espacio operativo Bajo la premisa, el área de construcción del pozo debe reducirse tanto como sea posible. Además, también es importante la selección de métodos de construcción razonables (muros pantalla subterráneos, método SMW, método de cajón) y la selección de estructuras de pozo (rectangulares y circulares), y se requieren comparaciones técnicas y económicas detalladas.
3.4 Construcción de alta velocidad
La construcción de alta velocidad puede acortar significativamente el período de construcción, ayudar a reducir los costos de mantenimiento del equipo y los costos de mano de obra, ayudando así a reducir el costo total de construcción. Para lograr el propósito de la construcción de alta velocidad, las medidas que se pueden tomar son:
(1) Aumentar la velocidad de conducción: utilizar equipos de alta potencia y gran capacidad;
(2) Ensamblaje de segmentos eficiente: aumente el ancho de los segmentos y reduzca el número de juntas; simplifique la forma de las juntas, como cambiar las juntas de perno por juntas enchufables;
(3) Ensamblaje de segmentos y la excavación del escudo se lleva a cabo simultáneamente;
(4) Transporte de alta velocidad: incluye equipos de transporte de gran capacidad y mejoras en la velocidad de transporte.
4 Conclusión
Hay muchos factores que afectan el costo de construcción de los túneles de protección, como la longitud del túnel, la profundidad de enterramiento del túnel, la forma de la sección transversal del túnel, las condiciones lineales del túnel y las condiciones geológicas. de los estratos por donde pasa el escudo, Condiciones ambientales, obstáculos, etc. a lo largo del túnel. Por lo tanto, la investigación para reducir el costo de los túneles de escudo debería comenzar desde muchos aspectos. Sobre la base del análisis de muchos ejemplos de ingeniería nacionales y extranjeros, se estudió la estructura de costos de los túneles de protección y se discutió cómo reducir costos desde cuatro aspectos principales: segmentos y revestimientos, maquinaria y equipo de protección, construcción de pozos y alta velocidad. construcción, con el fin de lograr la reducción de costos del proyecto. Además, el desarrollo de nuevas tecnologías, la aplicación de nuevos materiales y nuevos procesos se están convirtiendo cada vez más en las principales estrategias para reducir los costes de construcción.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd