掘進機（TBM）在水利工程短隧洞中的費用分析

袁應飛，姜彥作，孔宇田

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081）

1 引言及工程概況

1.1 引言

隨著科學技術和社會的發展,國內TBM的技術越發得到提高,同時國內外TBM技術出現了并駕齊驅的局面,TBM作為大國重器,具有掘進速度快、環境污染少、洞內作業環境好、作業人員安全系數高等方面的優勢,因此其應用越來越廣泛,尤其在長引水隧洞中應用尤為突出。然而在短引水中應用卻相對很少,究其原因主要是短引水隧洞中TBM設備（由于目前的技術受限采用一洞一機原則）需要分攤的費用非常昂貴,不經濟,讓很多項目業主望而卻步。

麗江市黑白水河引水麗江壩水生態修復工程是麗江黑龍潭保全和修復地下水生態系統的重要工程。該項目的九子海引水隧洞卻不得不采用掘進機（TBM）掘進作為施工方法,理由主要有兩點：其一,該隧洞的工期為4年,若采用傳統鉆爆法（不設施工支洞）則不能滿足工期要求,其二,若采用傳統設支洞鉆爆法（增開施工支洞）,九子海隧洞沿線位于麗江玉龍雪山冰川國家地質公園內,支洞出口只能布置于玉龍雪山冰川國家地質公園內,棄渣場也必須布置于洞軸線兩側,因此采用設支洞鉆爆法施工將對玉龍雪山國家地質公園帶來一定的破壞,同時會對原始地質景觀、環境保護產生嚴重的不良影響。

1.2 工程概況

九子海引水隧洞位于云南省麗江市玉龍雪山冰川國家地質公園內,隧洞洞徑4.70 m,全長9.63 km,本隧洞采用TBM+鉆爆法相結合的方案（其中：進口鉆爆段2300 m,TBM掘進段7000 m,出口鉆爆段334 m）,進口高程2858.90 m,出口高程2837.00 m,埋深2.4～649.0 m,整體洞向SE25°。主要涉及地層巖性為弱溶蝕風化、微溶蝕風化T2b3 粒屑灰巖,T2b2 白云質灰巖,T2b1 泥灰巖、灰巖,P2h 巖屑砂巖和冰磧層；隧洞進口位于冰磧層中,開挖時,需注意冰磧物局部產生的變形現象,及時支護,隧洞出口位于坡積層中,需注意坡積物局部產生的變形現象,及時支護。

2 TBM相關問題分析

2.1 TBM設備選型及出渣運輸方案

（1）TBM設備選型

根據TBM設備選型原則和流程,通過對各種掘進機優缺點、技術適應性、施工布置、工期及造價等的對比分析。本工程選用1臺敞開式TBM[1-2]。

（2）TBM施工出渣運輸方式選擇

目前國內外TBM 施工中普遍采用的出渣方式有三種：有軌運輸、無軌運輸及皮帶機運輸,皮帶機運輸包括固定式皮帶機和連續式皮帶機。從上述出渣方式種類看,適用于九子海長隧洞施工的只有兩種：一種是窄軌低污染的內燃機車牽引礦車的運輸方式,另一種是連續皮帶機運輸方式。通過分析比較,有軌運輸雖然前期采購成本低,但施工成本較高,車輛調度難度大,缺乏靈活性。連續皮帶機運輸方案一次投入成本高,運行成本相對低,可實現高效連續作業,出渣運輸能力強,故障率低,洞內轉運簡單,更加穩妥和經濟。本工程斷面小,空間有限,采用皮帶機運輸更能滿足系統運輸要求和工期要求,綜合經濟效益比較高,因此本項目采用連續皮帶機運輸方式,連續皮帶機運至洞口出渣后,由2 m3挖掘機配15 t自卸汽車[3]運送1.5 km至渣場。

2.2 TBM設備采購方案及攤銷

目前國內TBM設備采購方案主要有三種即：TBM設備租賃、TBM設備新購、TBM舊設備改造（二手設備購買）。TBM設備租賃為新機租賃,由于TBM設備的市場競爭和特殊性導致設備廠家的新設備租賃報價比新購設備（考慮廠家設備殘值回收）時的設備分攤費用還稍大；采用TBM設備新購方案,由于本工程隧洞長度只有7 km,而TBM掘進機一般要掘進20 km左右才會趨于報廢,故會存在本項目實際只攤銷了設備的7/20=35%,考慮設備廠家10%～25%的殘值回收（根據設備的新舊程度）,所以TBM設備新購方案需要支付75%～90%TBM設備費用；若采用TBM舊設備改造（二手設備購買）首先不容易找到和本工程洞涇差不多的廠家自有二手設備或者工期正好銜接上的在建工程TBM設備,同時改造后的設備可能出現卡機、維修次數增多以及相關問題也會給項目工期造成無法預估的影響。經過經濟比選和結合項目實際以及與設備廠家座談了解,本項目使用TBM設備新購方案（考慮15%設備殘值）。

2.3 TBM設備費用及相關配套費用

為提高TBM設備費用及相關配套價格的編制準確性,通過類似工程現場調研以及與設備廠家座談,然后讓設備廠家根據本項目的具體實際情況和相關技術要求進行報價,最終整理設備廠家的報價得對比見表1。

表1 TBM設備費用及相關配套報價對比表

本項目采用廠家3 的設備報價,考慮15%的設備殘值回購,掘進機（TBM）設備費用單獨列項,并扣除掘進機（TBM）及相關施工機械臺時費的相關費用[1],本項目TBM設備攤銷費為7758×0.85=6594.30 萬元。

3 地質參數和單價編制基礎及結果分析

3.1 地質參數

工程地質參數見表2。

表2 工程地質參數

3.2 單價編制基礎

1）主要編制依據

（1）水利部水總[2014]429 號文頒發的《水利工程設計概（估）算編制規定》（以下簡稱“編制規定”）。

（2）水利部水總[2002]116 號文頒發的《水利建筑工程概算定額》。

（3）水利部水建管[1999]523 號文頒發的《水利水電設備安裝工程概算定額》。

（4）水利部水總[2002]116 號文頒發的《水利工程施工機械臺時費定額》。

（5）水利部水總[2005]389 號文頒發的《水利工程概預算補充定額》。

（6）水利部水總[2007]118 號文頒發的《水利工程概預算補充定額》(掘進機施工隧洞工程)的通知。

（7）水利部辦水總[2016]132 號文頒發的《水利工程營業稅改征增值稅計價依據調整辦法》。

（8）云水規計[2016]171 號頒發的《云南省水利工程營業稅改增值稅計價依據調整辦法》的通知。

（9）水利部辦公廳[2019]448 號文頒發的《關于調整水利工程計價依據增值稅計算標準》的通知。

（10）編制期間國家及云南省相關文件規定。

（11）本工程設計各專業提供的工程量和設計參數。

（12） 按2021 年2 月價格水平編制。

2）基礎價格

（1）人工預算單價

根據“編制規定”[5],本工程跨越云南省麗江市古城區和玉龍縣兩個地區,故按二類艱苦邊遠地區和三類艱苦邊遠地區各占50%計算。經計算,人工預算單價見表3。

表3 人工預算單價表

（2）材料預算單價

材料預算單價見表4。

表4 主要材料預算價格表

根據“編制規定”,主要材料預算價格高于公布的基價時,按基價進入工程單價,預算價格與基價差額以補差形式計算列入單價表“材料補差”項中,并按規定計取稅金；次要材料預算價格：參照《云南省水利工程設計概（估）算材料運雜費計算標準（僅供參考）》和近期其他工程資料分析確定。

（3）電、水、風預算單價

電價 0.626 元/kW·h、水價0.889 元/m3、風價0.127 元/m3。

（4）砂石料預算單價

砂石料來自人工石料場預算價為：碎石70.4 元/m3,砂87.49 元/m3。

（5）混凝土材料預算單價

根據設計提供的混凝土標號、級配,按水利部水總[2002]116 號文頒發的《水利建筑工程概算定額》附錄7“混凝土、砂漿配合比及材料用量表”計算。

（6）施工機械臺班費單價

水利部水總[2002]116 號文頒發的《水利工程施工機械臺時費定額》及水利部辦公廳[2019]448 號文頒發的《關于調整水利工程計價依據增值稅計算標準》的規定：折舊費除以1.13,安拆費除以1.09,維修費及其他不變。

（7）取費標準

工程單價由直接費、間接費、利潤及稅金四項組成。本工程壩頂高程在2500 m～3000 m范圍內,人工、機械（燃油動力機械和電動空氣壓縮機）定額分別乘以高海拔地區調整系數1.15、1.35。具體取費見表5。

表5 工程單價費率表

續表5

3.3 計算結果及分析

經計算整個掘進機（TBM）短隧洞段費用為22532.41萬元（不包含電力線路費用和物資運輸軌道安拆費用）,單位長度投資為32189.16元/m；其中隧洞開挖費用(不含出渣費用)折算下來為699.14元/m3,而隧洞鉆爆開挖費用(不含出渣費用)為166.62元/m3,由于該工程短隧洞理論需要分攤的TBM設備費35%,而實際需要分攤的TBM設備費為85%,因此造成TBM開挖單價是鉆爆法開挖單價的4.20倍；該短引水隧洞中TBM設備費用及相關配套費用占到整個掘進段費用的33%左右,占比較高。

4 結論

文章以具體的水利工程短隧洞為例,分析了現有技術條件下TBM（掘進機）應用于水利工程短隧洞的邊界和條件,并就如何提高TBM設備費用及相關配套價格的編制準確性和如何合理確定TBM設備的攤銷率以及采購模式做了調研和分析,這對現實水利工程尤其短引水隧洞工程中需用掘進機（TBM）進行施工具有一定的參考和借鑒意義。