地铁盾构施工变更设计的策略与实践

摘要：本文基于地铁盾构工程项目变更设计工作的体会，探讨了地铁盾构施工中变更设计的策略和实践。通过对地铁工程项目变更设计的必要性、总体思路、实施方法、资料管理以及应注意的问题的分析，提出了适用于地铁盾构掘进施工变更设计的一系列策略。

关键词：地铁盾构；掘进施工；变更设计

一、引言

地铁盾构施工，作为城市轨道交通建设的核心环节，以其技术的高度复杂性、庞大的投资规模及众多的风险点著称。尤其在地质复杂、环境敏感的城市地带，施工变更设计更是屡见不鲜。这些变更不仅影响工程进度，还直接关系到项目的成本控制和经济效益。因此，研究盾构掘进施工中的变更设计策略与实践，对于提高施工管理水平、优化资源配置、降低工程风险、提高项目效益具有重要意义。本文将从施工单位角度阐述利用变更设计提高项目效益的策略和实践。

二、地铁盾构掘进施工变更设计的必要性和重要性

受国内宏观经济环境影响，近年来城市轨道交通市场开始步入收缩通道，年度完成建设投资额逐步降低，由2020年的6286亿元降低至2022年的5444亿元，新增运营里程由2020的1240公里降低至2022年的653公里。其中，在地铁隧道建设中占比70%的盾构掘进工程市场规模也随之减小。在市场规模缩减，但施工企业尚未明显减少的现状条件下，投标价格竞争异常激烈，项目利润在投标期就被大幅压缩，加之城市轨道交通项目存在高标准建设、高频次检查及常常伴随着拆迁、管线导改、交通疏解等相对可控性较低的施工内容等情况，导致项目最终施工利润普遍不高乃至亏损。面对成本支出端的巨大压力，除了项目成本管理工作的持续加强外，变更设计工作的重要性尤为突显。

三、地铁盾构掘进施工变更设计的总体思路

1.依据合同特性制定变更设计策略

城市地铁工程的建设地点通常位于经济较为发达的城市，并且作为城市的重点项目，招标过程中多采用施工图招标，设计质量较高。合同模式多采用固定单价的清单计价合同，但随着各城市预算控制要求的提升，施工图预算及初步设计概算固定总价合同的应用也日益增多。

（1）固定单价合同模式下的变更设计

在固定单价合同模式下，发承包双方以投标单价为基准，工程单价风险主要由承包商承担，工程数量风险主要由发包方承担。变更设计的核心在于通过工程量和单价的调整，增加盈利分项工程，减少亏损分项工程。

在工程量调整方面，应在分析合同单价盈亏的基础上，着重于增加高利润分项工程数量，减少亏损分项工程数量。例如，在盾构始发端常规地基加固中，将常规加固方式替换成MJS加固、旋喷桩加固等造价水平较高的加固方式。

在单价调整方面，固定单价合同中的单价是固定的，但如果工作内容或施工条件发生重大变化，承包商可以要求调整单价。例如，施工方案调整、外界环境变化或与招标时提供资料不符等情况，可能导致原单价不再适用。变更设计应详细阐述变更对施工条件和成本的影响，并提供成本分析报告等，证明单价调整的必要性。通过与发包方协商，达成合理的单价调整或重新编制新的单价。

（2）固定总价合同模式下的变更设计

在固定总价合同模式下，发承包双方约定一个固定的总价作为工程的全部费用，一般情况不突破合同总价，工程量、价风险主要由承包商承担。

地铁工程中常见的固定总价合同一般分为两类，一类合同特点为工程数量变化不影响最终合同结算，即工程数量增加造成额外成本支出与工程数量减少导致的利润增加均由承包商承担与收益，最终竣工结算金额即为中标合同价。此类合同较为少见，多为概算招标项目所采用。由于收入固定，其设计思路变更往往较为单一，旨在确保工程质量达标且施工过程安全风险可控的前提下，采取成本更为低廉的施工方案，从而降低项目总成本，提升整体效益。另一类合同特点为在实际合同履行中，中标合同价是施工过程及结算过程中的最高限价，不得突破。工程量减少时，合同价款会相应降低，合同收入亦需随之减少；而新增工程则可能因合同约定限制，并不一定能带来合同收入的相应增加。这种对合同价款尤其敏感的特点，导致承包商在变更设计前，除工程的安全、质量、进度之外还需特别关注合同价款的变化，为提高项目效益，应调整施工方案，重点减少亏损分项工程数量，并在合同额基本不变的前提下提高盈利分项工程数量。

2.风险评估与控制

地铁盾构工程具有施工环境复杂、技术难度高、地质条件多变等特点，因此施工风险尤为突出，但是风险同时意味变更设计机会的出现。以下是地铁盾构工程变更设计需关注的的主要风险：

2.1地质条件变化风险

地铁盾构施工区域的地质条件复杂多变，实际地质情况可能与设计阶段的地勘资料不符，导致设计变更。具体风险包括：

地层不均匀性：在掘进过程中，盾构机需面对软土、硬岩、砂层等多种地质的挑战，这些复杂地质条件往往要求灵活调整掘进参数。

地下水变化：地下水位的不稳定变化可能引发盾构始发、接收及施工期间的涌水、涌砂现象，为此需通过变更设计加强防水措施显得尤为重要。

未预见的地质构造：如断层、溶洞等未预见的地质构造，可能导致盾构机掘进困难，甚至引发施工事故。

2.2 施工环境变化风险

地铁盾构工程通常位于城市中心区域，周边环境复杂，施工过程中可能遇到未预料到的障碍物或环境变化，导致设计变更。具体风险包括：

地下管线冲突：施工区域可能存在未探明的地下管线，盾构掘进过程中可能损坏管线，导致设计变更以调整施工路线或采取保护措施。

周边建筑物保护问题不容忽视：盾构施工活动可能对邻近建筑产生沉降或振动影响，因此，加强设计变更中的建筑物保护措施至关重要。

交通和居民影响：施工过程中可能需要对交通路线进行调整造成居民出行不便，施工作业方式可能对周边居民区造成安全风险或噪声污染，可能需对居民区进行临时搬迁。

2.3 技术方案调整风险

盾构施工技术复杂，施工过程中可能遇到技术难题，导致设计变更。具体风险包括：

盾构机选型不当：盾构机选型若与实际地质条件不符，将可能引发掘进效率低下乃至设备损坏的问题，进而需进行设计变更，以更换或调整设备及相应配件。

施工工艺调整：如注浆工艺、管片拼装工艺等可能需要根据实际情况进行调整，导致设计变更。

施工参数优化：盾构掘进参数可能需要根据实际施工情况进行优化，导致设计变更。

2.4 设计错误或遗漏风险

设计阶段可能存在错误或遗漏，导致施工过程中需要进行设计变更。具体风险包括：

设计图纸错误：如尺寸标注错误、结构设计不合理等，可能导致施工无法按原设计进行，需要进行设计变更。

设计遗漏：如未考虑某些特殊地质条件或施工环境，导致施工过程中发现问题，需要进行设计变更。

四、变更设计的实践

变更设计是一项综合性工作，既要求施工单位在项目初期明确变更策划方向并切实落实，又需根据现场实际变化灵活调整，确保从进场至竣工结算阶段的全过程跟踪管控得以有效实施。

1.项目进场初期变更设计准备

1.1地质条件调查

地质条件是地铁盾构施工中的关键因素。因此在项目前期，对施工区域的地质条件进行详细调查至关重要，以确保设计方案的科学性和施工的顺利推进。具体调查内容包括：

地层分布：通过地质钻探、物探等手段，详细了解施工区域的地层分布情况，包括土层、岩层、砂层等。

地下水情况：调查地下水位、水流方向及水量，评估地下水对盾构施工的影响。

地质构造：识别施工区域内的断层、溶洞、裂隙等地质构造，评估其对盾构掘进的影响。

1.2施工环境调查

地铁盾构施工往往坐落于繁华的城市中心地带，周遭环境错综复杂，施工过程中难免遭遇各式障碍。故而，在项目启动之初，对施工环境进行深入细致的勘查显得尤为重要，其涵盖的内容有：

地下管线分布：通过管线探测技术，详细了解施工区域内的地下管线分布情况，包括给排水、电力、通信、燃气等管线。

周边建筑物情况：需调研施工周边建筑物的类型、结构特征以及基础构造等要素，全面评估盾构作业可能对建筑物造成的潜在影响。

交通状况：调查施工区域内的交通流量、道路状况等，细致评估施工活动对交通流畅度的影响，并据此规划出切实可行的交通疏导方案。

2.项目变更设计实施

地铁工程中盾构工程变更设计事项较为集中，以下以常见变更设计方向、变更理由、重点变更设计内容为基础并结合相关案例对变更设计实践进行阐述。

2.1端头井土体加固

2.1.1变更索赔关注方向

土体加固类费用（如端头井加固、风险源加固）变更根据计价规则不同采用不同的变更策略。若为按项计价则做好施工图下达前优化，在保证安全质量的前提下尽量减少施工成本；若按分项量计价，则对比各项工法盈利水平，做好高替低、多替少的施工图优化。

2.1.2常见变更理由

（1）在满足安全质量要求的前提下，调整施工数量可缩短施工工期。

（2）加固土体作业时，若周边存在妨碍施工的障碍物、危险物品或可能对邻近构筑物造成影响的因素，则需对施工方法进行相应调整。

（3）若发现加固土体的地层条件与原始招标文件不符，则需调整施工方法或根据实际情况增加或减少施工量。

2.1.3重点变更设计内容

（1）在收入不变的情况下，采用减少施工数量或替换为低成本工法的变更方式。

（2）按量计价的情况下，高利润工法替换低利润工法，相对利润较高的工法有旋

喷桩、MJS桩、地墙等。

2.1.4相关案例

（1）济南某地铁工程端头井变更。经过详细的地质复勘，施工方发现端头井土体水位线较低，含水量少，且土体具有较强的自稳性。同时端头井加固收入按项计取，与端头井加固桩施工数量无关，故施工方在出施工图前与设计院积极沟通，减少了端头井加固桩数量，保收入减成本。

（2）台州某地铁项目端头井变更。本项目端头井地基加固原采用竹节桩，为亏损项目。加固区位于居民小区附近，施工方以竹节桩施工会对小区建筑有不良影响且小区居民已发函业主反对为由，将竹节桩变更为钻孔灌注桩。

2.2不良地质掘进

2.2.1变更索赔关注方向

当盾构掘进路线遭遇不良地质且无法通过调整线路和坡度进行合理规避时，需重点识别盾构施工过程中的不良地质段，及时制定针对性的处理措施，并收集整理相关证据资料，以证明不良地质段施工相较于常规施工增加了成本和工期。

2.2.2常见变更理由

根据合同条款及规则提出不良地质段盾构掘进施工存在较大安全风险，需要增加处理措施以降低施工风险，保障工程安全质量。或因实际施工与原投标阶段业主提供资料数据差异较大，导致成本支出较大，需业主确认额外成本支出分担方式。

2.2.3重点变更设计内容

（1）在确定存在有利条款或计价规则后，与业主进行沟通，确认计量计价确认方式及流程。

（2）确保掘进过程中多方现场签认的处理措施影像资料完整，以及掘进段岩石取样硬度检测报告等关键过程资料的妥善留存。

（3）做好与造价咨询单位的沟通工作，确定新增单价。根据业主要求做好汇总上报审批工作。

2.2.4相关案例

济南某地铁工程盾构掘进变更。本工程地质初勘显示盾构掘进地层为粉质粘土及强风化石灰岩，岩石平均强度不高于60Mpa。施工方进行的地质复勘及实际施工工况均表明实际地层岩石平均强度高于120Mpa，与投标阶段地质初勘数据差异较大，极大影响施工进度，也将导致项目效益大幅降低。施工方积极与业主及造价咨询单位沟通协调，最终三方共同确认了新增不良地质段盾构掘进单价调整方案，并依据现场签认资料顺利完成了最终计价工作。

2.3新增盾构机

2.3.1变更索赔关注方向

针对盾构机数量较招标时增加的，可向业主反复提出相关补充费用诉求。通常情况下，业主在清单修正后，将不再考虑额外的费用补充。但可通过与有相同问题的同标段单位同时反映，变为共性问题后，争取业主将此议题进行上会讨论。

2.4.2常见变更理由

为满足业主进度要求，盾构机数量较招标时要求有所增加，提高施工方成本，应予以适当补偿。

2.3.3重点变更设计内容

（1）需确认合同条款及清单中是否存在没有覆盖此项变更费用的条款或清单项。

（2）与业主沟通，请业主下发增加盾构机数量的正式函件作为后续变更依据。

（3）收集整理好盾构机增加导致新增的出入场费、水电引入费用、二三项额外增加费等各项费用的合同、结算单据等原始资料。

（4）与业主沟通补充计价标准及流程。

2.3.4相关案例

济南某地铁工程新增盾构机变更。在项目开工后，业主提出为提高施工效率、压缩施工工期，需施工方较原招标要求新增一台盾构机。施工方以此向业主反馈新增将导致项目成本提高且与原招标要求不符，请予适当补偿。经双方多次反复沟通，在提交新增盾构机出入场地、水电接入增加费用相关原始资料后，由造价咨询公司审定了补偿费用。

2.4盾构刀具改造

2.4.1变更索赔关注方向

在施工过程中，若发现地下风险源情况与招标时存在变化，根据工程变更索赔程序，承包方应及时向业主提出索赔意向，并提供相应的证据和计算索赔值，以要求增加必要的措施费用。

2.4.2变更理由

鉴于地下风险源情况较招标时发生变化，根据盾构刀具更换安全操作规程，必须进行刀具更换以确保施工安全，避免可能出现的安全风险。

2.4.3重点变更设计内容

（1）预判重大风险源或不良地质段，并准备相关复勘资料。

（2）与业主沟通，风险源实际情况已较招标时发生重大变化，会影响后续盾构掘进的安全性，并提出增加相关措施以降低安全隐患。

（3）将自提方案上报业主，参与方案讨论会或组织专家评审确定最终实施方案（应较实际施工适当扩大措施费用）。

（4）收集整理费用相关资料，如刀具采购资料、刀具合格资料、刀具供应商资料、盾构机检测报告、盾构机进出厂验收资料等。

（5）与业主沟通确定最终计价方式、流程。

2.4.4相关案例

台州某地铁工程盾构机刀盘改造变更。本项目盾构线路下穿桥梁，且部分桥梁桩基入侵盾构区间。施工方在即将穿越桩基侵入段之际，通过再次勘探，察觉到局部桩位分布异常，存在潜在遗留桩的风险。经过与业主在专题会议中的深入讨论，决定对盾构刀具实施更换，以有效避免磨桩现象的发生。在确定费用的过程中，施工方向审价单位提供了详尽的盾构刀具改造新增费用原始支撑资料，最终新增费用获批。

2.5溶洞处理

2.5.1变更索赔关注方向

在合同条款、地勘报告支持下，可开展溶洞注浆变更，并在具体实施前做好业主沟通、设计沟通出图、清单新增价格组价等基础工作，以便于溶洞处理措施方案的经济比选。

2.5.2变更理由

鉴于溶洞勘查的复杂性，初步地质勘探通常仅能提供溶洞的大致位置和数量，施工队伍进场后需进一步详细复核，以精确确定溶洞的数量、位置及特性。在确定溶洞精确情况后，与原招标业主提供资料进行对比，根据招标时初勘未揭示溶洞存在、揭示溶洞存在但与地质复勘差异较大、地质初勘与复勘一致等情况结合合同清单中是否存在溶洞处理项、溶洞处理项费用是否单项包干的不同状况，与业主汇报沟通溶洞处理对安全、质量、进度的重大影响，并采用新增溶洞处理措施、加强溶洞处理措施、选择成本较低的溶洞处理措施等不同后续变更策略。

2.5.3重点变更设计内容

（1）选择业主认可的地勘单位进行地质复勘。

（2）与业主沟通确定出具地勘复勘要求，并留存往来函件。

（3）在合同条款无限制，地勘有部分溶洞或该地层存在溶洞是正常地质现象的情况下与业主、造价咨询等单位提前沟通，初步确定变更增加分项及相关费用的可能性。

（4）与设计院沟通，确保出具的溶洞注浆方法和标准符合实际工程需求，并作为后续编制变更资料的依据。

（5）经过分析，确定合理的注浆数量，并与业主共同确认施工费用。

（6）上述原则及措施同样适用于类似溶洞等以现有技术手段较难准确测定的地下风险源的处理工作。

2.5.4相关案例

济南某地铁工程溶洞处理变更。本工程地质初勘和详勘图均揭示掘进区间中存在溶洞。施工方与业主初步沟通后，对区间溶洞情况进行了专项复勘。同时与设计与造价咨询单位沟通后出具溶洞处理专项图纸并完成相应新增价格确认工作。后续施工方依据业主颁布的溶洞注浆专项办法的具体要求编制相关变更资料，顺利完成了溶洞处理变更的批复及计价工作。

2.6 土石方外运调差

2.6.1 变更索赔的关注焦点

针对地方及业主的政策变动，以及其它线路的调差先例，土石方外运调差通常分为运距调差和整体费用补充两类。在进行相应的调差工作之前，项目需对本项目的土石方外运定额组价进行深入分析，特别关注投标组价运距与现行调差政策之间的联系。

2.6.2 变更的依据

依据地方及业主现行的政策执行

2.6.3 关键变更设计内容

（1）确保土石方外运过程中各项资料的完整性，包括但不限于弃土场的审批手续、清运证的办理、运距的测定、GPS线路轨迹图的记录、渣土运输票据的保存、车辆容积的签证以及运输台账的登记等。这些资料后期补充难度较大。

（2）施工方在选择分包队伍时，必须密切关注相关政策动态，并深入进行市场调研。通常，具备较强实力的土石方外运施工队伍能够较好地提供上述资料，而实力较弱的分包队伍尽管其分包价格较低，但可能无法严格遵守规定路线行驶或不在正规弃土场倾倒，对后续土石方运距调差带来风险。

2.6.4 相关案例分析

宁波某地铁工程土石方外运调差。该工程合同条款明确指出盾构土方在5公里以内的运输费用标准，超出5公里部分的费用将依据相关条款进行调整。施工方根据业主后续出台的相关条款规定，与市城管单位、土石方外运施工队伍、弃土场管理单位等多方沟通，陆续获取了土石方运输、弃置等相关手续与运距匹配外运土石方对应签证资料，最终成功获批土石方调差费用。

五、结论与建议

地铁盾构施工变更设计是平衡成本压力、提升效益的关键。施工方应根据不同的合同模式，灵活制定针对性的策略，通过优化工程量、转化风险等方式来挖掘盈利空间，并加强全过程管理，确保合规性。为做好项目变更设计工作，在项目施工实践中，建议施工方做好（1）深化地质与环境调查，预判合同风险；（2）建立动态风险评估机制，并制定相应风险处置措施；（3）推动多方协作与资料标准化管理；（4）优化成本管控，做好变更前技术及经济比选。

施工方未来需量化变更效益、建立规范的变更指导体系，以实现风险可控、效益提升的工程管理目标。

参考文献：

[1]孙永志.工程项目成本管理.城市建设理论研究，2013-1-05.

[2]邵长青.地铁隧道盾构法施工风险分析与控制对策.工程机械与维修，2012-06-28.