隧洞工程鉆爆法和TBM法的造價編制和比選

井錦旭

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，合肥 230088）

0 引言

鉆爆法和TBM法是隧洞開挖的兩種基本方法。鉆爆法施工組織復雜，工期較長，但地質適應能力較強；TBM法工序簡單、施工速度快、安全性好，但對地質條件的適應性差，且設備費用昂貴[1]。因此，對長距離隧洞工程，需進行兩種開挖方式的經濟技術比較。

本文結合引大濟石引水隧洞的造價編制過程和方案比選，分析鉆爆法和TBM 法的費用構成、造價編制及不同圍巖造價的變化情況，對兩種開挖方式的主要費用項目進行比較，探討兩種開挖方式的單位造價指標，為隧洞開挖方式的選擇提供一定的造價依據。

1 工程實例

引大濟石引水隧洞位于海南省東方市和昌江縣，從大廣壩引水補充石碌水庫，實現昌江縣水系連通，提高城鎮供水量和供水保證率。隧洞全長30.13 km，引水流量10.8 m3/s，工程等級Ⅱ等，全線基本位于猴獼嶺山脈西側，山體陡峻。根據地質測繪和勘測試驗結果分析，隧洞Ⅱ類圍巖約占54%，Ⅲ類圍巖約占27%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖約占19%。

根據主隧洞開挖方式不同，擬進行兩個方案比選，分別為鉆爆法和TBM法。鉆爆法隧洞斷面采用城門洞結構形式，TBM法采用圓形，其隧洞尺寸見表1。

表1 鉆爆法和TBM法隧洞尺寸

2 工程費用劃分

為了清晰地對鉆爆法和TBM 法進行比較，分別從建筑工程、臨時工程和征地移民3 個方面進行造價比較，其中建筑工程又分為洞身開挖和超前支護，工程費用項目劃分見表2。

表2 工程費用項目劃分

3 隧洞工程造價編制及分析

本工程投資估算采用水利部頒發的《水利工程設計概（估）算編制規定》（水總〔2014〕429 號）中引水工程標準進行編制，定額采用2002年水利部頒發的《水利建筑工程概算定額》、《水利工程概預算補充定額（掘進機施工隧洞工程）》（水總〔2007〕118號）進行計算。價格水平年為海南省東方市和昌江縣2017年第四季度綜合價格水平。

3.1 隧洞洞身開挖

3.1.1 鉆爆法開挖

鉆爆法隧洞開挖主要由鉆爆開挖、石渣運輸、鋼筋混凝土襯砌、固結灌漿及回填灌漿等組成。

工程圍巖為Ⅱ～Ⅴ類圍巖，對于Ⅱ類圍巖，采用手風鉆全斷面造孔，光面爆破，素混凝土防護襯砌減糙；對于Ⅲ類圍巖，采用手風鉆全斷面造孔，光面爆破，全斷面鋼筋混凝土襯砌；對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，手風鉆開挖，短進尺、小藥量、弱爆破，周邊光爆破，并根據情況進行一次支護，必要時進行超前支護。隧洞出渣，采用立爪式扒渣機裝石渣，3.5 t 自卸汽車洞內運0.5～2 km，洞外運0.5～2 km。此外，根據地質報告確定的巖石分類，Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用Ⅺ～Ⅻ級石方爆破定額；Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用Ⅸ～Ⅹ級石方爆破定額。

3.1.2 TBM法開挖

TBM 法掘進主要由TBM 機安裝、調試和拆除，掘進開挖，石渣洞內、洞外運輸，鋼筋混凝土襯砌等組成。

本工程主洞采用2臺開敞式TBM 施工，按隧洞設計開挖洞徑套用掘進機定額計算確定TBM 掘進開挖洞徑為5 m。根據50～100 MPa、100～150 MPa圍巖單軸抗壓強度套用掘進定額，依據地質報告，新鮮黃崗巖飽和單軸抗壓強度為137.9 MPa，占比82.5%；淺變質砂巖飽和單軸抗壓強度61.3 MPa，占比17.5%，且基本分布于Ⅳ～Ⅴ類圍巖。掘進刀具消耗量受隧洞巖石石英含量影響較大，本隧洞圍巖石英含量位于10%～20%之間，為簡化計算取平均值，按15%，刀具消耗量不做調整。隧洞總長度為30.13 km，但考慮到施工支洞及其連通的主洞采用的是鉆爆法施工，TBM 實際掘進開挖長度小于30 km[2]，故TBM臺時費不做調整。

3.1.3 鉆爆法與TBM法洞身開挖部分對比

鉆爆法與TBM 法隧洞洞身開挖部分投資和造價指標對比見表3。從表3 中可以看出，鉆爆法開挖，Ⅱ類圍巖單位指標為1166萬元/km，隨著圍巖類別降低，鉆爆造價指標增高。這是由于隨著圍巖類別降低，在隧洞成洞尺寸一致的情況下，隧洞開挖尺寸和襯砌厚度都相應增加（見表1）；TBM開挖時，Ⅱ類圍巖與Ⅲ類圍巖單位指標變化不大，Ⅳ、Ⅴ類圍巖增加較多，這是由于Ⅳ、Ⅴ類圍巖需進行地下錨桿和固結灌漿處理。

表3 洞身開挖部分投資和造價指標對比

3.2 隧洞超前支護

超前支護主要包含：雙排超前注漿小導管、初噴砼、鋼拱架、鋼筋網以及復噴砼。對于Ⅱ類圍巖，不進行超前支護處理；對于Ⅲ類圍巖，采用噴混凝土，設系統錨桿并加鋼筋網；對于Ⅳ、Ⅴ圍巖，采用小導管注漿超前支護，開挖結束后，立即噴5 cm 厚C30砼作為臨時支護，并進行系統錨桿施工，設置鋼拱架，以及二次噴砼。鉆爆法與TBM法均采用此種支護方式，僅在隧洞尺寸、形狀不同進行調整。不同圍巖類別的隧洞單位造價指標見表4。

表4 超前支護部分投資和造價指標對比

從表4 可以看出，超前支護造價指標與圍巖類別關系較大，Ⅱ類圍巖幾乎不產生超前支護費用；隨著圍巖類別降低，超前支護造價指標增高；相同圍巖類別，鉆爆法比TBM法造價指標要高。

3.3 臨時工程

隧洞臨時工程主要由施工支洞、臨時道路、施工臨時供電線路、房屋建筑及其他臨時工程等組成，其主要內容的工程量和投資見表5。其中，TBM法臨時道路包含了33 km的臨時軌道；鉆爆法10 kV臨時供電工程包含26 臺630 kVA 的箱式變壓器和12臺200 kW的移動式柴油發電機組，TBM法10 kV臨時供電工程5 臺200 kW 的移動式柴油發電機組和53.4 km 的挖掘機專用線路；房屋建筑工程中的辦公、生活及文化福利建筑按1～4 部分投資的1.5%計算；其他施工臨時工程按1～4 部分投資的3%計算。

表5 鉆爆法和TBM法臨時工程對比

考慮到不同圍巖中施工支洞、道路、供電線路等臨時工程均屬于公攤項目，臨時工程單價造價指標均一致，經計算鉆爆法和TBM法的臨時工程造價指標分別為442、381萬元/km。

與TBM法相比，鉆爆法的單位造價指標比TBM法高16%，這是由于鉆爆法設置了12條共7.5 km的施工支洞，長洞短打，來滿足施工進度要求。

3.4 移民征地

鉆爆法永久占地43 畝，臨時占地970 畝；TBM法永久占地34畝，臨時占地869畝。其中永久和臨時征地主要集中在隧洞進出水口、施工支洞、臨時道路。同時，該地區主要種植芒果等熱帶經濟作物，補償標準較高。其移民征地補償投資及造價指標見表6。

表6 移民征地投資和造價指標對比

3.5 鉆爆法與TBM法綜合造價指標

從上述分析可以得出鉆爆法和TBM法在不同圍巖類別工況下的投資對比見表7。

表7 鉆爆法和TBM法綜合造價指標對比

從表7可以看出，不同圍巖類別，兩種開挖方式綜合造價指標：

Ⅱ類圍巖，鉆爆法綜合造價指標為1850 萬元/km，而TBM 綜合造價指標為2639 萬元/km，鉆爆法綜合造價指標比TBM低約30%。

Ⅲ類圍巖，鉆爆法綜合造價指標為3007 萬元/km，TBM 法綜合造價指標為2758 萬元/km，鉆爆法綜合造價指標比TBM法高約9%。

Ⅳ、Ⅴ類圍巖，鉆爆法綜合造價指標為4188 萬元/km，TBM 綜合造價指標為4109 萬元/km，鉆爆法綜合造價指標比TBM 法高約2%，兩種開挖方式基本持平。

綜上分析，鉆爆法在Ⅱ類圍巖中的造價指標較低，在Ⅳ、Ⅴ圍巖中兩種方法基本持平，在Ⅲ類圍巖中造價指標相對較高。本工程Ⅱ類圍巖長度16.44 km，約占隧洞總長度54%，而Ⅲ類圍巖占比27%，因此鉆爆投資要遠遠低于TBM投資。

4 結論

本文中，鉆爆法和TBM法造價指標高低與圍巖類型關系較大，當圍巖類型為Ⅱ類時，鉆爆法造價指標最優；當圍巖類型為Ⅲ類時，TBM 法造價指標最優；當圍巖類型為Ⅳ～Ⅴ類時，鉆爆法和TBM 法造價指標基本一致。在實際工程中，長距離隧洞工程往往是多種圍巖類型的組合，因此，要結合不同圍巖類型對應的隧洞長度來計算隧洞造價總投資，以此來確定方案的經濟性。在鉆爆法和TBM 法計算過程中，需要注意以下幾點：

（1）在采用TBM 法時，掘進機施工人工預算單價按樞紐工程標準進行計算，而不用考慮該工程是否為樞紐標準。

（2）錯車洞工程量含在主體工程量中，因此錯車洞工程量不必單獨計列。

（3）隧洞開挖方式的最終選擇要結合工程的施工工期、環境要求、運行維護等方面進行綜合比較。