据中国城市轨道交通协会统计,截止到2019年年末,我国内地已开通城市轨道交通的城市达40个,运营里程约6730.27km,其中,地铁5187.02km,占比77.07%;其他制式城轨交通1543.25km,占比22.93%。仅2019年一年,我国内地城市轨道交通新增运营线路长度968.77km,其中,地铁832.72km,市域快轨59.11km,有轨电车76.94km。由此可见,城市轨道线路中,地铁是多数城市轨道交通的主流选择。

一条地铁线路的建设费用动辄上百亿,如果不能对地铁项目投资进行合理控制,就会造成国家基础设施建设资源的巨大浪费,也不利于地铁项目的可持续发展。按照费用要素构成,地铁项目投资主要包括全线车站、区间、轨道、车辆基地等土建工程的工程费用,通信、信号、供电等机电系统的设备及安装工程费用,以及工程建设其他费用、预备费、专项费用等,在上述费用要素中,车站土建工程的投资占整个地铁项目的投资比重最高,约为20%。由此可见,降低地铁工程造价,最有效的方法是对车站土建工程投资进行有效控制。

城市轨道交通车站是供列车停靠、乘客购票、候车和乘降并设有相应设施的场所,一般由站厅、站台、出入口及通道、车站附属设施等组成。轨道铺设在地面下的车站为地下车站,地下车站由于其不占用地面空间的优势,被广泛应用于城市中心的地铁建设。地下车站根据使用要求和建筑结构特点,可分为地下二层站、地下三层站等;根据站台形式要求分为岛式车站、侧式车站或岛侧混合式车站;根据使用功能分为普通站和换乘站;根据地质条件和交通条件,可选用的施工方法有明挖法(含盖挖法)、暗挖法。

由于明挖法施工具有施工作业面开阔,工效高、质量容易保证、施工相对安全、工程综合造价优势显著的特点。目前,大部分城市的轨道交通地下车站均采用明挖法施工。本文在此探讨地下明挖车站的土建工程造价,其费用构成一般为围护结构费用、土方支撑降水费用、主体结构费用、地基加固费用、施工监测费用、出入口费用、风道费用、换乘通道费用等,车站装修及机电设备安装费用不计入其中。

表1列出了杭州地铁若干线路20个明挖地下车站土建工程预算指标,表中的车站总建筑面积包括主体和附属建筑面积。

由表1可见,上述地下车站土建工程的预算指标平均为1.14万元/m²,指标从最低K站的0.72万元/m²到最大的O站的1.73万元/m²不等,极差达1万元/m²。

为厘清不同车站总指标差异的来源,以下将车站主体土建工程分部分项工程分解为土方工程、围护结构(含地基加固与临时支撑)、主体结构及防水三块内容进行对比研究。

由表2可见,上述O站比K站指标高的原因主要在于围护结构和主体结构及防水指标的差异较大,而土方工程指标差异仅为93元/m²。

仍以O站为例,预算编制期钢筋的信息价为4000元/t,若仅将钢筋材料价调整为K站预算编制期的信息价2300元/t,其他不变,则围护结构预算变为4659万元,指标为0.5345万元/m²,主体结构及防水预算变为2418万元,指标为0.2777万元/m²。

若仅将O站预算的编制期混凝土价格调整为K站预算编制期的信息价,其他不变,即泵送商品混凝土C35的信息价由512元/m³调整为389元/m³,抗渗混凝土C35(P8)由555元/m³调整为399元/m³,其他强度等级混凝土依此类推,则围护结构预算变为4824万元,指标为0.5541万元/m²,主体结构及防水预算变为2671万元,指标为0.3068万元/m²。

若同时将O站预算的编制期混凝土价格和钢筋价格调整为K站预算编制期的信息价,其他不变,则围护结构预算变为4395万元,指标为0.5048万元/m²,主体结构及防水预算变为2149万元,指标为0.2468万元/m²,可以看出主体结构及防水预算指标与K站的指标已经基本一致了,而二者的围护结构指标仍存在较大的差异。

表3中K站、L站围护结构预算指标明显低于其他车站,主要原因正是在于这两个车站分别采用了钻孔灌注桩+内支撑的体系,钻孔灌注咬合桩+内支撑的围护体系,而其他地下车站均选用了地下连续墙+内支撑的体系。将K站、L站中的钢筋、混凝土、水泥信息价替换成P、Q、R、S站同期的信息价,围护结构指标分别变化为0.2363万元/m²、0.3173万元/m²,仍低于其他车站。

可见,地下车站的围护形式对车站的造价影响较大,围护结构形式的造价以SMW工法、钻孔灌注桩+止水帷幕、钻孔桩+旋喷桩、钻孔咬合桩和地下连续墙的顺序逐步递增。

地下车站底板下地质为软土类或者淤泥质土时,需要在基坑开挖前采用高压旋喷桩或搅拌桩加固对底板下的土体进行加固。不同于其他车站,P站和Q站采用三轴搅拌桩进行基坑底部加固,但利用搅拌桩在进行底板下地基加固时,由于设备自重大、工艺特点等原因,需要同时对底板以上的土体加固,也就是弱加固,而利用旋喷桩进行基底加固处理时则没有这个要求。

下面以P站、Q站为例,具体进行两种加固方式的费用对比分析。表4中工况一为按设计图示方法,即基坑底以下3-4m采用桩径850mm,桩间距600mm三轴搅拌桩强加固(水泥掺量不少于20%),而地面以下5-8m左右至坑底采用弱加固(水泥掺量不小于8%);工况二基坑底以下加固方法同工况一,但坑底以上取消弱加固的相关要求内容,即采用空搅的形式;工况三同工况二,但将三轴搅拌桩改为二重管旋喷桩。

从表4中可以发现,如果单从指标来看,旋喷桩高于搅拌桩,但是在对于基坑以上采用了弱加固的地下车站,旋喷桩的指标又低于搅拌桩。

地基加固范围有抽条加固、满堂加固等多种形式,以E站、F站为例,E站为高压旋喷桩满堂加固,而F站为高压旋喷桩抽条加固,虽然二站的围护结构形式完全相同,F站编制期的信息价略高于E站,但是E站的围护结构预算指标仍高于F站。

由以上分析可知,地下车站土建投资控制要素最主要的是围护结构、主体结构与防水,因此为合理控制造价,需主要考虑以下因素。

包括合理确定车站的层数、地下深度、车站建筑面积及车站长度等。车站规模除了直接影响到地下车站土石方、钢筋混凝土数量及围护形式外,还间接影响到车站的钢筋与混凝土的含量,在确定车站规模时应兼顾钢筋、混凝土含量增减引起的造价变化。

在工程实践中,地质情况往往千差万别,围护结构形式受地质情况、周边环境、线路敷设埋深的影响,必须进行多方案技术经济比较,以选取最为合理的围护结构形式,降低工程造价。

根据《地铁设计规范》(GB50157-2013),地下车站常用的施工方法有明挖法(含盖挖法)和暗挖法。具体采用哪种方法需结合场地的工程地质、水文地质、环境条件、埋深、安全、交通条件、投资和工期等因素,进行技术经济比较后确定。

由表5可知,从技术难度、工期、施工质量及经济性等方面出发,明挖法最优,盖挖法次之,暗挖法再次之,地下车站一般采用明挖法施工。

本文的研究是基于杭州地铁若干线路20个明挖地下车站土建工程,从区域、数量及时间上都有所限制,但基本反映了地铁车站土建工程费用构成及所占比例,以及控制工程造价应考虑的主要因素。地铁车站投资控制应从关键因素入手,对设计方案和施工方法进行充分的论证、比较和优化,从而达到控制工程造价的目的。