鐵路隧道工程TBM施工定額編制研究

顧偉紅，王恩茂，張文達

(1.蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070；

2.中鐵十八局集團蘭渝鐵路工程指揮部，甘肅 武都 746000)

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鐵路隧道工程TBM施工定額編制研究

顧偉紅1，王恩茂1，張文達2

(1.蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070；

2.中鐵十八局集團蘭渝鐵路工程指揮部，甘肅 武都 746000)

摘要:針對目前鐵路工程TBM施工尚無相關定額進行技術經濟指導的現狀，探討鐵路隧道TBM施工定額編制的方法，按照合理確定施工組織設計參數，科學采集資源消耗數據，科學分攤不同類型圍巖的掘進資源消耗，準確測定TBM機械臺班費用消耗的思路，形成TBM施工各類項目定額。結合蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM施工組織，進行基礎數據采集整理，分析項目TBM臺時費用；據TBM掘進人工、材料、機械資源消耗，形成掘進各類圍巖的施工定額；據TBM安裝、拆除施工組織資源消耗，形成TBM安裝、拆除定額；對TBM 施工支護、同步襯砌等項目按現有鐵路隧道預算定額調整工、料、機消耗分析其相關施工定額。研究結果可為指導項目開展成本管理，為企業同類項目技術經濟分析提供參考，也為鐵路行業TBM預算定額編制、TBM項目投資控制提供借鑒。

關鍵詞：鐵路隧道；TBM施工組織；TBM設備臺時費用；TBM掘進定額編制；相關施工定額分析

我國于20世紀50-60年代開始應用TBM進行隧道施工，八九十年代，在引水隧洞施工中應用逐漸成熟[1]。20世紀90年代初，鐵道部在西安-安康鐵路18.4 km長的秦嶺隧道中引進了2臺德國生產直徑為8.8 m開敞式TBM，首次成功建成鐵路隧道。后又采用這2臺TBM在西安-合肥鐵路成功完成6 km長的磨溝嶺隧道和7 km長的桃花鋪一號隧道施工。進入21世紀，TBM在鐵路工程、水利工程中應用更加普遍。如遼寧大伙房輸水工程隧洞、錦屏二級電站隧洞、吐庫二線鐵路中天山隧道、蘭渝鐵路西秦嶺隧道、引紅濟石工程、引洮工程以及重慶地鐵工程等。TBM施工技術在鐵路隧道建設中的不斷推廣應用，對合理編制其經濟分析定額產生迫切要求；如何科學編制反映TBM施工經濟消耗的定額資料，以指導企業開展成本管理及投資控制對促進TBM在鐵路行業推廣運用十分重要。

1TBM在鐵路施工中的應用

1.1　TBM在鐵路施工的應用特點

TBM在鐵路施工中主要用于長隧洞的開挖掘進，常和鉆爆法施工相結合。自西安安康鐵路秦嶺I 線隧道開始使用TBM施工，西安南京鐵路桃花鋪1號隧道、磨溝嶺隧道、南疆鐵路吐庫二線中天山隧道左、右線隧道、蘭渝鐵路西秦嶺隧道左右線均使用開敞式TBM進行施工。TBM掘進機施工作為工廠化的施工系統來運行,具有協調性、連續性和密集性的特點[2]，施工組織形式與傳統鉆爆法有所不同。在掘進機適應性較好的地層,能夠實現快速掘進，施工不存在欠挖問題，具有掘進施工對圍巖的擾動小，支護及時、施工快速的優點。尤其在改善施工環境、降低隧道工人施工勞動強度方面具有絕對優勢。雖從投資方面、施工應對不良地質環境的靈活性方面及設備維修故障處理復雜性方面也有其劣勢，但TBM技術因其高效的施工速度，安全環保優良的施工質量，有效地節省工時和建造成本等，在鐵路長隧道施工中更顯其突出的經濟和社會效益優勢[3]。

1.2　鐵路工程TBM定額編制現狀

鐵路行業目前頒布的隧道工程預算定額有鐵建【2010】223號文發布的《鐵道部隧道工程預算定額》、《高速鐵路路基、橋梁、隧道、軌道工程補充定額》，主要適用于鐵路隧道鉆爆法施工；鐵建【2012】129號文發布的《鐵路隧道工程機械化施工補充預算定額》中僅有個別子目涉及TBM施工，難以全面反映企業TBM施工的實際經濟消耗。國內外公開發表的關于TBM隧道施工的經濟資料也很少，企業只有根據各自承擔TBM施工項目的特點和施工組織管理水平去單獨分析具體項目的成本消耗。因此結合鐵路TBM項目施工組織實際，制定科學的企業內部硬巖掘進機施工定額對指導企業TBM施工管理，提高TBM成本控制水平十分必要。

2鐵路隧道TBM施工定額編制方法

以中鐵十八局集團在建蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM施工項目為例，闡述鐵路隧道開敞式硬巖掘進機施工定額分析過程。開敞式TBM適用于圍巖整體性較好的隧道，開挖支護作業循環進行，依靠撐靴撐緊洞壁為刀盤推進和旋轉破巖提供反力，開挖后利用TBM后配套設備立即施作初期支護。

2.1　基礎數據的采集

施工組織決定了勞、材、機的實際消耗水平，搜集準確的基礎資料數據是合理測定定額消耗的前提[4]，編制TBM施工定額需進行施工組織設計參數的確定、大量基礎施工數據的采集，為科學測定施工定額奠定現場數據支持。

2.1.1施工組織參數的確定

西秦嶺隧道右線TBM施工按2個階段分別組織勞動力、機械配置，第2階段隨著運輸距離增加勞動力數量、機械設備數量相應增加，因此結合項目施工組織分階段分析勞動力消耗、材料消耗、機械臺班消耗、洞內管線路布置的合理數量來測定定額工、料、機消耗。

2.1.2基礎數據采集設計

在確定各類不同圍巖的施工工期和進度指標基礎上，進行各階段TBM掘進通過不同類型圍巖所消耗的時間的統計，進而分階段統計計算掘進各類圍巖的勞、材、機資源消耗，為形成TBM掘進各類不同圍巖的定額做準備。其中，人工、機械臺班數量的統計計算按實際勞動力配備、機械配備量和工期進行計算并按各類圍巖掘進耗用工期來分攤；洞內管線路數量消耗據實際布設量按掘進通過各類圍巖的長度分攤；軌道材料數量消耗據實際消耗按掘進各類圍巖長度分攤；施工照明用電費用據實際耗費統計分攤；各類圍巖掘進使用刀具的消耗數量據實際統計消耗分析。

2.1.3TBM機械臺班費用定額基礎數據的確定

依據企業TBM332—336組資文件分析其預算價格，根據總掘進里程和主要部件設計壽命，分析TBM332—336耐用臺班，實際統計大修理費用消耗，統計施工用電、用水消耗，進行經常修理費用(具體包括自購配件及潤滑油脂消耗量統計、日常維修保養所消耗勞、機的計算)計算分析，將以上消耗組合分析TBM掘進臺班單價。對TBM后配套設備各類機械臺班費用逐項單另分析。

2.2　TBM臺班費用單價分析

掘進臺班預算價格確定時將絕大部分主機、后配套及公用部分(如液壓系統、排水系統、通風系統)放入主機內，分析掘進臺班定額[5]。臺班費用單價由折舊、大修、經常修理費，人工、水、電消耗構成。本例中考慮機械有較長步進路段，對步進臺班單價也進行了分析，步進期間經常修理費低于掘進期間，不發生水費。TBM其他功能設備如超前支護、錨桿鉆機、混凝土噴射機械手、拱架安裝器以獨立設備形式分別編制臺班費用定額。

2.3　TBM掘進定額編制

按采集的基礎數據科學測算，按分攤原則分析計算形成各類不同類型圍巖的掘進定額。先進行進度指標及各類圍巖工期確定，接著進行人工和機械臺班數量計算和分攤，管線路消耗數量計算與分攤，施工用電量計算與分攤，刀具消耗統計計算。

2.4　施工相關預算定額分析

依據項目TBM安裝組織、拆除組織的實際資源消耗，分析TBM安裝、拆除及步進定額。 TBM后配套施工相關定額可參照已頒發的支護預算定額進行調整分析確定。該項目采用同步襯砌臺車施工二次襯砌，依據臺車實際構造分析定額消耗；仰拱預制塊的預制、運輸、安裝也需依據施工組織實際和仰拱預制塊設計圖紙分析消耗定額。

3實例分析

3.1　項目概況

西秦嶺特長隧道全長28.236 km，為蘭渝鐵路全線重點控制性工程，右線出口段由中鐵十八局采用開敞式TBM332-336Φ10.23 m 施工，TBM掘進長度14 865.95 m[6]。采用2座斜井輔助施工，右線TBM施工分2個階段，TBM組裝調試完成后，自隧道出口步進2 002 m，到達DIyK421+351開始一階段掘進7 963 m，之后步進2 637.05 m通過羅家理斜井鉆爆法施工段，接著開始2階段TBM掘進施工6 902.95 m，至與進口鉆爆施工段貫通，如圖1所示。TBM開挖出碴采用連續皮帶機運輸，在TBM步進通過羅家理斜井工區時完成皮帶機的轉場，即1階段由正洞出碴，2階段通過羅家理斜井皮帶機出碴。隧道內材料運輸采用有軌運輸方案，在預制仰拱塊上布置四軌雙線，內燃機車推平板車、仰拱塊車和混凝土罐車將混凝土、錨桿、鋼拱架等材料運輸到TBM。支護施工采用TBM自帶的超前支護及系統支護設備施工，襯砌施工采用特殊設計的同步襯砌臺車施工。TBM施工貫通后到達拆卸洞室將主機拆卸分解，分塊運輸到洞外。

3.2　項目施工定額編制

3.2.1施工組織參數確定

勞動力組織1階段施工出口工區分別設2個掘進工班，1個整備工班，1個運輸工班,1個皮帶工班[7]，總計280人；2階段施工出口工區分別設3個掘進工班，1個整備工班，1個運輸工班,1個皮帶工班，總計402人。機械配備也根據1和2階段施組特點，1階段主要機械52臺，2階段增加至77臺。

3.2.2基礎數據準備

基礎數據包括1和2階段掘進各類圍巖的工期計算；人工、機械臺班數量的計算按勞機配置和工作時間系數計算，按各類圍巖工期分攤；管線路數量按穿過圍巖長度分攤消耗。施工照明用電及照明材料費也按實統計并按各類圍巖工作時間分攤計算；統計掘進各類圍巖的刀具消耗量，根據圍巖長度進行分攤。

圖1　TBM施工階段示意圖Fig.1 TBM construction phase diagram

3.2.3TBM臺班費用單價分析

按照企業TBM組資資料，分析原值，其中配套軌行式運輸車輛、通風設施等的臺班費用單獨分析，TBM組裝場地設施費在大臨中已經計取，TBM組裝調試工機具、材料、人工費單獨編制TBM安裝調試單價分析表，以上費用在TBM固定資產原值中不予考慮。按照TBM總掘進里程30 km，殘值率5%[8]，分析耐用總臺班，計算折舊費。經常修理費由2部分組成：一是自購配件及潤滑油脂消耗，據實際統計分析；二是每天固定的維修保養及臨時故障排除所需的人工費和常規機械使用費，按實際組織形式計算。大修理費按實際發生主軸承更換費用計算。TBM用水、用電按實際統計資料分析。

考慮步進期間經常修理費應低于掘進期間的經常修理費，取折減系數，且不計折舊費、水費，統計步進用電分析出步進臺班單價。TBM后配套機械參照現有相關機械臺班基礎數據單獨編制臺班單價。臺班費用組成見表1。

表1　TBM機械臺班費用組成及后配套機械臺班費用組成

3.2.4TBM掘進定額

對TBM掘進過程中所消耗進行人工、材料及機械臺班的分析與計算，通過套用鐵建129號文材料預算價格[9]、臺班基期價格，分析得出1階段Ⅲ和Ⅳ級圍巖TBM掘進定額，2階段Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ級圍巖TBM掘進定額。以1和2階段Ⅲ類圍巖為例(TBM臺班費中不含折舊及大修)見表2~3。

表2　1階段TBM掘進定額

表3　2階段TBM掘進定額表

分析西秦嶺隧道TBM施工2階段圍巖定額基價高于1階段的主要原因有：2階段工期指標較1階段有所降低，從而導致人工費、材料費、機械使用費不同程度增加；2階段出碴運輸為連續皮帶機系統和斜井皮帶機系統疊加，相對于1階段出碴費用較高；2階段施工隨著掘進長度增加，材料運輸費用、機械、人工消耗明顯增大。

3.2.5TBM安裝、拆除定額

根據TBM安裝拆卸勞材機配置統計資料分析制定項目TBM安裝拆卸定額,以拆卸為例，見表4。

表4　TBM拆卸定額

3.2.6仰拱塊預制、運輸及安裝定額

根據仰拱塊預制、運輸安裝資源消耗分析其定額單價，以仰拱塊預制為例，定額見表5。

3.2.7施工相關預算定額

TBM 施工中超前支護、初期支護、同步襯砌等工序，屬于常規作業，依現有預算定額對其部分材料、人工消耗數量及機械設備臺班消耗進行調整分析。

以同步襯砌臺車為例，二次襯砌與TBM掘進同步施工，要求襯砌作業全過程中所有TBM施工的通風、供水、排水、供電、連續皮帶機出碴作業不能中斷；并解決好TBM掘進與二次襯砌施工中材料運輸的矛盾。臺車設計時考慮皮帶動態穿行及臺車穩固，連續皮帶機支撐支架采用固定在隧道洞壁上和矮邊墻支腿支撐2種體系，在二次襯砌前后，實現洞壁三角支架與矮邊墻支腿支撐轉換[10]。

表5　仰拱塊預制(有槽)定額

同步襯砌臺車定額參照鐵建[2010]223號發布的《鐵路隧道工程預算定額》(定額編號：SY—149[11]，按照實際同步襯砌皮帶機支架2次拆裝費用，考慮每延米人工增加1.71工日，定型鋼模板增加15.5 kg，臺模鋼架及走行部分增加14 kg，用電增加0.96 kW·h，并增加皮帶架安拆(鐵件)1.03 kg。分析基價為594.98元/延長米。定額消耗見表6。

表6　TBM施工同步襯砌臺車定額

4結論

1)在合理確定施工組織設計參數，科學采集資源消耗數據基礎上，結合蘭渝鐵路西秦嶺隧道項目進行鐵路隧道工程TBM施工定額編制。

2)通過科學分攤不同類型圍巖的掘進資源消耗，準確測定TBM機械臺班費用消耗構成，形成了TBM掘進施工定額。同時編制了TBM安裝、拆除定額；并對TBM 施工支護、同步襯砌定額進行分析。

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(編輯陽麗霞)

Research on quota compilation for TBM construction in railway tunnel project

GU Weigong1, WANG Enmao1, ZHANG Wenda2

(1.Lanzhou Jiaotong University, Institute of Civil Engineering, Lanzhou, 730070, China;

2.China Railway 18th Bureau Lanyu Railway Headquarters, Wudu 746000, China)

Abstract：There is no relevant norm on the current TBM construction in railway project.This paper aims to find a technical and economic guidance for it.Based on the reasonable construction organization design parameters, scientific resource consumption data, scientific contribution of drivage resource consumption in different types of surrounding rock and accurate determination of TBM machinery cost consumption， TBM construction quotaes are formed.Combining the construction organization of West Qinling Tunnel in LanYu Railway, data are collected and sorted and TBM mechanical quota are analyzes.According to the TBM labor, materials, mechanical resource consumption, tunneling construction quota of all kinds of surrounding rock are formed.According to the TBM installation, demolition of construction organization and resource consumption, TBM installation and dismantle norm are got.Other related construction norm like Supporting, synchronization of TBM construction are compilated bying adjusting the existing railway tunnel lining budget quota.This discussion can instvuct the project cost management and provide a reference for cost analysis of similar TBM construction project.Then it is helpful to TBM budget quota compilation in railway industry, also could be a reference of TBM project investment control.This conclusion is useful in TBM budget quota compilation in railway industry and TBM project investment control.

Key words：railway tunnel； TBM construction organization; TBM mechanical quota; TBM tunneling quota compilation； related construction norm analysis

通訊作者：顧偉紅(1975-)，女，江蘇蘇州人，副教授，從事鐵路工程管理研究；E-mail:lzgwh@163.com

基金項目：教育部長江學者和創新團隊發展計劃資助項目(IRT1139)

收稿日期：2015-06-02

中圖分類號：U25

文獻標志碼：A

文章編號：1672-7029(2015)06-1500-07