北江引水隧洞TBM法施工經濟分析

丁 輝

(廣東省水利電力勘測設計研究院 ,廣東 廣州 510635)

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北江引水隧洞TBM法施工經濟分析

丁 輝

(廣東省水利電力勘測設計研究院 ,廣東 廣州 510635)

對全斷面隧道掘進機(簡稱TBM)在廣州北江引水隧洞中造價進行經濟分析,說明造價中占主要因素的部分為TBM設備與皮帶機設備費,降低設備費或增加攤銷次數成為降低投資的關鍵,為以后更好的運用TBM設備和編制施工造價,提供重要參考依據。

TBM設備；指標；技術；經濟分析

1 概述

在隧洞開挖施工過程中,最常用的開挖方法就是鉆孔爆破法,遵循隧道新奧法施工原則,“錨桿支護、噴射混凝土支護和現場量測”被譽為新奧法的三大支柱。鉆爆法的施工程序一般為鉆孔→裝藥→爆破→通風排煙→出渣→錨噴支護(必要時支設鋼拱架)→鉆孔(必要時打設超前支護孔),再次循環施工。鉆爆法施工的缺點主要有以下幾個方面[1]：鉆爆法開挖進尺需要進行多個工序,工序多、繁雜；無支洞情況下長隧洞難于施工；鉆爆法由于工序多、隨著洞子的掘進排煙出渣時間長,開挖進尺將變慢,平均月開挖速度一般是90～150 m；存在一定安全風險。如果遇到工作面啞爆,排爆存在一定安全隱患?，F在國家對炸藥管理要求嚴,需專供申請,對加快開挖速度有一定的影響。

國外的實踐表明,當隧道長度與直徑之比大于600時,采用TBM施工是比較經濟的。對于一般的單線鐵路隧道,開挖直徑通常在9～10 m左右,按此計算,大于6 km的隧道就可以考慮采用TBM施工[2]。發達國家的隧道施工,一般優先考慮TBM法,TBM施工速度快,縮短了工期,較大地提高了經濟效益和社會效益；同時由于超挖量小,節省了大量襯砌費用,用人少,降低了勞動強度、降低了材料消耗。改善了作業人員的洞內勞動條件,減輕了體力勞動量,避免了爆破施工可能造成的人員傷亡,事故大大減少,對施工現場環境污染小；減少了長大隧道的輔助導坑數量,保護了生態環境,有利于環境保護。施工數據實時遠傳功能,實現信息化施工。

廣州北江引水工程是以北江水作為取水水源,從北江引原水經泵站加壓輸送至花都新建水廠,經水廠制水后供給花都區全區用水戶,供水范圍覆蓋花都區的居民生活用水和工業用水。工程總體布置為：在武廣高鐵北江橋上游約600 m處設取水口,后接1條長約2.8 kmD3.6 m的引水隧洞(含取水口及漸變段)引水至泵站,后接8.7 kmD3.0 m輸水管道和11.5 km隧洞,至擬建花都水廠交水點及芙蓉嶂水庫。主線路長約26 km,其中隧洞長11.5 km,輸水管道長9.2 km。本工程隧洞屬于特長隧道,隧洞穿越的巖層主要為花崗巖,巖質堅硬,施工難度大,工程投資、工期和施工安全等方面風險也較大,成為廣州北江引水工程建設的難點和控制性的項目,也是本工程工期控制的關鍵節點。

本文對廣州北江引水工程隧洞TBM法施工造價組成進行分析,為以后更好的運用TBM設備和編制施工造價,提供重要參考依據。

2 經濟性分析

2.1 造價編制依據

目前，國內水利工程關于掘進機的造價編制只有水利部水總〔2007〕118號文關于發布《水利工程概預算補充定額(掘進機施工隧洞工程)》,根據預算定額章節的組成，關于掘進機隧洞工程定額子目構成主要劃分為TBM安裝調試及拆除、TBM掘進、出渣、混凝土襯砌、鋼拱架安裝、鋼筋網制作及安裝、錨固劑錨桿、噴混凝土等。

2.2 TBM施工造價組成

根據水利工程預算定額規定,人工材料單價選擇工程所在地的價格水平,人工工資參照廣東省水利廳粵水建管〔2013〕88 號文《關于公布我省水利水電工程概預算部分定額調整的通知》，工程所在地二類工資地區為73元/工日,工程主要材料價格采用廣州市花都區2013年四季度信息價作為預算價格。

為詳細剖析造價,根據施工組織設計和定額構成,將TBM掘進分解4個部分進行造價分析。

1) TBM安裝調試及拆除費用。 敞開式TBM設備組裝需要有充分的組裝場地滿足組裝時起吊和運輸的需要,所以整個場地要求平整硬化。當組裝完成后,進入現場調試階段,主要調試液壓系統、電氣系統、PLC控制系統。本工程考慮在洞外安裝調試洞內拆除,定額子目不乘任何系數,因此費用主要有安裝調試費、拆除費、場地硬化費,費用合計為305萬,綜合造價為17.59元/m3。其費用組成如表1所示。

表1 TBM安裝調試及拆除費用組成

2) TBM及皮帶機設備購置攤銷費用。 國外公司的TBM及皮帶機設備可租可售,國內公司主要是以售為主。國外公司的報價約是國內公司的1.5倍左右。但在水利預算定額中對敞開式TBM設備及皮帶機考慮折舊使用,直徑5 m敞開式TBM設備及皮帶機折舊費為289元/ m3。而據生產廠家介紹設備使用1次后基本報廢,但定額考慮與使用次數基本無關聯,故定額的折舊不太符合實際情況。本項目美國某公司對設備及皮帶機出售報價為18 281萬元,國內公司報價為12 750萬元,結合國內實際使用情況及業主的接受需求,設備及皮帶機費用按國內報價并扣除25%殘值后按1次性折舊在工程計算,12 750萬元×0.75=9 562.5萬元,開挖總量為173 375 m3。綜合造價為551.55元/m3。

3) TBM掘進費用。 隧洞開挖直徑為4.5 m,天然單軸抗壓強度為40～150 MPa,石英含量為25%～35%,工作面長11.4 km,則選用定額〔GT 035〕計算,定額刀具消耗量0.29套乘1.15系數等于0.33套,價格為33 000元/套,定額通風機消耗量5.85臺時乘3.32系數等于19.42臺時,減去TBM設備的折舊攤銷,結果為325.6元/m3。其費用組成如表2所示。

表2 TBM設備掘進費用組成 元/m3

4) 皮帶機出渣費用。 皮帶機出渣是以洞長劃分子目的,其長度包含洞口至洞外缷渣點間的距離。計算TBM開挖石渣皮帶機運輸的概算工程單價,膠帶輸送機帶寬×帶長800 mm×10 km出渣,選用定額〔GT116〕計算,減去膠帶輸送機設備折舊攤銷,結果為72.46元/m3。其費用組成如表3所示。

表3 TBM設備掘進費用組成 元/m3

根據以上廣州北江引水工程隧洞工程4個部分的造價分析,可知各個部分所占的比例如圖3所示。其中對總投資影響最大的是TBM及皮帶機設備購置攤銷費用、TBM掘進費、皮帶機出渣費用。

5) 隧洞除了TBM掘進、出渣,還有混凝土襯砌、鋼拱架安裝、鋼筋網制作及安裝、錨固劑錨桿、噴混凝土,因該隧洞整體巖石抗壓強高,只有局部需襯砌及噴錨,此部分費用在隧洞占比例較小等。費用組成如圖1所示。

圖1 廣州北江引水工程隧洞投資構成

廣州北江引水工程隧洞工程總投資33 057.6萬元,總長為11 393 m,開挖洞徑為D=4.5 m,掘進費為967.21元/m3,隧洞綜合單價為2.8萬元/m。傳統鉆爆法開挖費為200～300元/m3,如改為傳統鉆爆法隧洞工程總投資36 152萬元,隧洞綜合單價3.17萬元/m。開挖費TBM較鉆爆法高,但鉆爆法需襯砌支護費用較多,從隧洞每米綜合單價比較相差不大,但在相同的條件下,TBM掘進時間11.2個月為常規鉆爆法40.8個月的27%。

3 結語

設計人員在方案選擇上,考慮到TBM掘進后巖壁較鉆爆法光滑,并且巖體的穩定滿足無壓隧洞要求,故選擇TBM掘進方式成洞后僅進行噴錨處理,不再設計二次襯砌。本工程設計方案已通過行業主管部門及發改委審查批復。此種機械化隧道施工模式將在廣東水利工程首次應用,能改變目前水利隧道施工單純依靠爆破的方式,在對施工工期有要求的情況下,是相對合理的選擇。

[1] 張學易.鉆孔爆破[M]. 北京：中國水利水電出版社,1990．

[2] 王夢恕.巖石隧道掘進機(TBM)施工及工程實例[M]. 北京：中國鐵道出版社,2004．

[3] 王治明.水利工程概預算補充定額(掘進機施工隧洞工程)[M]. 鄭州：黃河水利出版社,2007．

[4] 吳俊校.廣東省水利水電建筑工程概算定額[M]. 北京：中國水利水電出版社,2006．

[5] 孫繼昌.水利工程造價工程師繼續教育培訓教材[M].北京：中國水利水電出版社,2010．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Economic analysis of TBM method in Beijiang diversion tunnel project

DING Hui

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute, Guangzhou 510635,China)

Economic analysis has been carried out for full face tunnel boring machine (referred to as TBM) in Guangzhou Beijiang diversion tunnel project，the main factors of the costs are the TBM equipment and belt conveyor equipment，reducing equipment costs or increasing the number of amortization is the key factor of reducing investment.Important reference is provided for using TBM equipment and making construction cost in this paper.

TBM equipment; index; technique; economic analysis

2016-01-04;

2016-02-02

丁輝(1982),男,本科,工程師,從事工程造價工作。

U455.3+1

B

1008-0112(2016)01-0059-03