铁路隧道工程TBM施工定额编制研究

顾伟红，王恩茂，张文达

(1.兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070；

2.中铁十八局集团兰渝铁路工程指挥部，甘肃 武都 746000)



铁路隧道工程TBM施工定额编制研究

顾伟红1，王恩茂1，张文达2

(1.兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070；

2.中铁十八局集团兰渝铁路工程指挥部，甘肃 武都 746000)

摘要:针对目前铁路工程TBM施工尚无相关定额进行技术经济指导的现状，探讨铁路隧道TBM施工定额编制的方法，按照合理确定施工组织设计参数，科学采集资源消耗数据，科学分摊不同类型围岩的掘进资源消耗，准确测定TBM机械台班费用消耗的思路，形成TBM施工各类项目定额。结合兰渝铁路西秦岭隧道TBM施工组织，进行基础数据采集整理，分析项目TBM台时费用；据TBM掘进人工、材料、机械资源消耗，形成掘进各类围岩的施工定额；据TBM安装、拆除施工组织资源消耗，形成TBM安装、拆除定额；对TBM 施工支护、同步衬砌等项目按现有铁路隧道预算定额调整工、料、机消耗分析其相关施工定额。研究结果可为指导项目开展成本管理，为企业同类项目技术经济分析提供参考，也为铁路行业TBM预算定额编制、TBM项目投资控制提供借鉴。

关键词：铁路隧道；TBM施工组织；TBM设备台时费用；TBM掘进定额编制；相关施工定额分析

我国于20世纪50-60年代开始应用TBM进行隧道施工，八九十年代，在引水隧洞施工中应用逐渐成熟[1]。20世纪90年代初，铁道部在西安-安康铁路18.4 km长的秦岭隧道中引进了2台德国生产直径为8.8 m开敞式TBM，首次成功建成铁路隧道。后又采用这2台TBM在西安-合肥铁路成功完成6 km长的磨沟岭隧道和7 km长的桃花铺一号隧道施工。进入21世纪，TBM在铁路工程、水利工程中应用更加普遍。如辽宁大伙房输水工程隧洞、锦屏二级电站隧洞、吐库二线铁路中天山隧道、兰渝铁路西秦岭隧道、引红济石工程、引洮工程以及重庆地铁工程等。TBM施工技术在铁路隧道建设中的不断推广应用，对合理编制其经济分析定额产生迫切要求；如何科学编制反映TBM施工经济消耗的定额资料，以指导企业开展成本管理及投资控制对促进TBM在铁路行业推广运用十分重要。

1TBM在铁路施工中的应用

1.1　TBM在铁路施工的应用特点

TBM在铁路施工中主要用于长隧洞的开挖掘进，常和钻爆法施工相结合。自西安安康铁路秦岭I 线隧道开始使用TBM施工，西安南京铁路桃花铺1号隧道、磨沟岭隧道、南疆铁路吐库二线中天山隧道左、右线隧道、兰渝铁路西秦岭隧道左右线均使用开敞式TBM进行施工。TBM掘进机施工作为工厂化的施工系统来运行,具有协调性、连续性和密集性的特点[2]，施工组织形式与传统钻爆法有所不同。在掘进机适应性较好的地层,能够实现快速掘进，施工不存在欠挖问题，具有掘进施工对围岩的扰动小，支护及时、施工快速的优点。尤其在改善施工环境、降低隧道工人施工劳动强度方面具有绝对优势。虽从投资方面、施工应对不良地质环境的灵活性方面及设备维修故障处理复杂性方面也有其劣势，但TBM技术因其高效的施工速度，安全环保优良的施工质量，有效地节省工时和建造成本等，在铁路长隧道施工中更显其突出的经济和社会效益优势[3]。

1.2　铁路工程TBM定额编制现状

铁路行业目前颁布的隧道工程预算定额有铁建【2010】223号文发布的《铁道部隧道工程预算定额》、《高速铁路路基、桥梁、隧道、轨道工程补充定额》，主要适用于铁路隧道钻爆法施工；铁建【2012】129号文发布的《铁路隧道工程机械化施工补充预算定额》中仅有个别子目涉及TBM施工，难以全面反映企业TBM施工的实际经济消耗。国内外公开发表的关于TBM隧道施工的经济资料也很少，企业只有根据各自承担TBM施工项目的特点和施工组织管理水平去单独分析具体项目的成本消耗。因此结合铁路TBM项目施工组织实际，制定科学的企业内部硬岩掘进机施工定额对指导企业TBM施工管理，提高TBM成本控制水平十分必要。

2铁路隧道TBM施工定额编制方法

以中铁十八局集团在建兰渝铁路西秦岭隧道TBM施工项目为例，阐述铁路隧道开敞式硬岩掘进机施工定额分析过程。开敞式TBM适用于围岩整体性较好的隧道，开挖支护作业循环进行，依靠撑靴撑紧洞壁为刀盘推进和旋转破岩提供反力，开挖后利用TBM后配套设备立即施作初期支护。

2.1　基础数据的采集

施工组织决定了劳、材、机的实际消耗水平，搜集准确的基础资料数据是合理测定定额消耗的前提[4]，编制TBM施工定额需进行施工组织设计参数的确定、大量基础施工数据的采集，为科学测定施工定额奠定现场数据支持。

2.1.1施工组织参数的确定

西秦岭隧道右线TBM施工按2个阶段分别组织劳动力、机械配置，第2阶段随着运输距离增加劳动力数量、机械设备数量相应增加，因此结合项目施工组织分阶段分析劳动力消耗、材料消耗、机械台班消耗、洞内管线路布置的合理数量来测定定额工、料、机消耗。

2.1.2基础数据采集设计

在确定各类不同围岩的施工工期和进度指标基础上，进行各阶段TBM掘进通过不同类型围岩所消耗的时间的统计，进而分阶段统计计算掘进各类围岩的劳、材、机资源消耗，为形成TBM掘进各类不同围岩的定额做准备。其中，人工、机械台班数量的统计计算按实际劳动力配备、机械配备量和工期进行计算并按各类围岩掘进耗用工期来分摊；洞内管线路数量消耗据实际布设量按掘进通过各类围岩的长度分摊；轨道材料数量消耗据实际消耗按掘进各类围岩长度分摊；施工照明用电费用据实际耗费统计分摊；各类围岩掘进使用刀具的消耗数量据实际统计消耗分析。

2.1.3TBM机械台班费用定额基础数据的确定

依据企业TBM332—336组资文件分析其预算价格，根据总掘进里程和主要部件设计寿命，分析TBM332—336耐用台班，实际统计大修理费用消耗，统计施工用电、用水消耗，进行经常修理费用(具体包括自购配件及润滑油脂消耗量统计、日常维修保养所消耗劳、机的计算)计算分析，将以上消耗组合分析TBM掘进台班单价。对TBM后配套设备各类机械台班费用逐项单另分析。

2.2　TBM台班费用单价分析

掘进台班预算价格确定时将绝大部分主机、后配套及公用部分(如液压系统、排水系统、通风系统)放入主机内，分析掘进台班定额[5]。台班费用单价由折旧、大修、经常修理费，人工、水、电消耗构成。本例中考虑机械有较长步进路段，对步进台班单价也进行了分析，步进期间经常修理费低于掘进期间，不发生水费。TBM其他功能设备如超前支护、锚杆钻机、混凝土喷射机械手、拱架安装器以独立设备形式分别编制台班费用定额。

2.3　TBM掘进定额编制

按采集的基础数据科学测算，按分摊原则分析计算形成各类不同类型围岩的掘进定额。先进行进度指标及各类围岩工期确定，接着进行人工和机械台班数量计算和分摊，管线路消耗数量计算与分摊，施工用电量计算与分摊，刀具消耗统计计算。

2.4　施工相关预算定额分析

依据项目TBM安装组织、拆除组织的实际资源消耗，分析TBM安装、拆除及步进定额。 TBM后配套施工相关定额可参照已颁发的支护预算定额进行调整分析确定。该项目采用同步衬砌台车施工二次衬砌，依据台车实际构造分析定额消耗；仰拱预制块的预制、运输、安装也需依据施工组织实际和仰拱预制块设计图纸分析消耗定额。

3实例分析

3.1　项目概况

西秦岭特长隧道全长28.236 km，为兰渝铁路全线重点控制性工程，右线出口段由中铁十八局采用开敞式TBM332-336Φ10.23 m 施工，TBM掘进长度14 865.95 m[6]。采用2座斜井辅助施工，右线TBM施工分2个阶段，TBM组装调试完成后，自隧道出口步进2 002 m，到达DIyK421+351开始一阶段掘进7 963 m，之后步进2 637.05 m通过罗家理斜井钻爆法施工段，接着开始2阶段TBM掘进施工6 902.95 m，至与进口钻爆施工段贯通，如图1所示。TBM开挖出碴采用连续皮带机运输，在TBM步进通过罗家理斜井工区时完成皮带机的转场，即1阶段由正洞出碴，2阶段通过罗家理斜井皮带机出碴。隧道内材料运输采用有轨运输方案，在预制仰拱块上布置四轨双线，内燃机车推平板车、仰拱块车和混凝土罐车将混凝土、锚杆、钢拱架等材料运输到TBM。支护施工采用TBM自带的超前支护及系统支护设备施工，衬砌施工采用特殊设计的同步衬砌台车施工。TBM施工贯通后到达拆卸洞室将主机拆卸分解，分块运输到洞外。

3.2　项目施工定额编制

3.2.1施工组织参数确定

劳动力组织1阶段施工出口工区分别设2个掘进工班，1个整备工班，1个运输工班,1个皮带工班[7]，总计280人；2阶段施工出口工区分别设3个掘进工班，1个整备工班，1个运输工班,1个皮带工班，总计402人。机械配备也根据1和2阶段施组特点，1阶段主要机械52台，2阶段增加至77台。

3.2.2基础数据准备

基础数据包括1和2阶段掘进各类围岩的工期计算；人工、机械台班数量的计算按劳机配置和工作时间系数计算，按各类围岩工期分摊；管线路数量按穿过围岩长度分摊消耗。施工照明用电及照明材料费也按实统计并按各类围岩工作时间分摊计算；统计掘进各类围岩的刀具消耗量，根据围岩长度进行分摊。

图1　TBM施工阶段示意图Fig.1 TBM construction phase diagram

3.2.3TBM台班费用单价分析

按照企业TBM组资资料，分析原值，其中配套轨行式运输车辆、通风设施等的台班费用单独分析，TBM组装场地设施费在大临中已经计取，TBM组装调试工机具、材料、人工费单独编制TBM安装调试单价分析表，以上费用在TBM固定资产原值中不予考虑。按照TBM总掘进里程30 km，残值率5%[8]，分析耐用总台班，计算折旧费。经常修理费由2部分组成：一是自购配件及润滑油脂消耗，据实际统计分析；二是每天固定的维修保养及临时故障排除所需的人工费和常规机械使用费，按实际组织形式计算。大修理费按实际发生主轴承更换费用计算。TBM用水、用电按实际统计资料分析。

考虑步进期间经常修理费应低于掘进期间的经常修理费，取折减系数，且不计折旧费、水费，统计步进用电分析出步进台班单价。TBM后配套机械参照现有相关机械台班基础数据单独编制台班单价。台班费用组成见表1。

表1　TBM机械台班费用组成及后配套机械台班费用组成

3.2.4TBM掘进定额

对TBM掘进过程中所消耗进行人工、材料及机械台班的分析与计算，通过套用铁建129号文材料预算价格[9]、台班基期价格，分析得出1阶段Ⅲ和Ⅳ级围岩TBM掘进定额，2阶段Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ级围岩TBM掘进定额。以1和2阶段Ⅲ类围岩为例(TBM台班费中不含折旧及大修)见表2~3。

表2　1阶段TBM掘进定额

表3　2阶段TBM掘进定额表

分析西秦岭隧道TBM施工2阶段围岩定额基价高于1阶段的主要原因有：2阶段工期指标较1阶段有所降低，从而导致人工费、材料费、机械使用费不同程度增加；2阶段出碴运输为连续皮带机系统和斜井皮带机系统叠加，相对于1阶段出碴费用较高；2阶段施工随着掘进长度增加，材料运输费用、机械、人工消耗明显增大。

3.2.5TBM安装、拆除定额

根据TBM安装拆卸劳材机配置统计资料分析制定项目TBM安装拆卸定额,以拆卸为例，见表4。

表4　TBM拆卸定额

3.2.6仰拱块预制、运输及安装定额

根据仰拱块预制、运输安装资源消耗分析其定额单价，以仰拱块预制为例，定额见表5。

3.2.7施工相关预算定额

TBM 施工中超前支护、初期支护、同步衬砌等工序，属于常规作业，依现有预算定额对其部分材料、人工消耗数量及机械设备台班消耗进行调整分析。

以同步衬砌台车为例，二次衬砌与TBM掘进同步施工，要求衬砌作业全过程中所有TBM施工的通风、供水、排水、供电、连续皮带机出碴作业不能中断；并解决好TBM掘进与二次衬砌施工中材料运输的矛盾。台车设计时考虑皮带动态穿行及台车稳固，连续皮带机支撑支架采用固定在隧道洞壁上和矮边墙支腿支撑2种体系，在二次衬砌前后，实现洞壁三角支架与矮边墙支腿支撑转换[10]。

表5　仰拱块预制(有槽)定额

同步衬砌台车定额参照铁建[2010]223号发布的《铁路隧道工程预算定额》(定额编号：SY—149[11]，按照实际同步衬砌皮带机支架2次拆装费用，考虑每延米人工增加1.71工日，定型钢模板增加15.5 kg，台模钢架及走行部分增加14 kg，用电增加0.96 kW·h，并增加皮带架安拆(铁件)1.03 kg。分析基价为594.98元/延长米。定额消耗见表6。

表6　TBM施工同步衬砌台车定额

4结论

1)在合理确定施工组织设计参数，科学采集资源消耗数据基础上，结合兰渝铁路西秦岭隧道项目进行铁路隧道工程TBM施工定额编制。

2)通过科学分摊不同类型围岩的掘进资源消耗，准确测定TBM机械台班费用消耗构成，形成了TBM掘进施工定额。同时编制了TBM安装、拆除定额；并对TBM 施工支护、同步衬砌定额进行分析。

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(编辑阳丽霞)

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

通讯作者：顾伟红(1975-)，女，江苏苏州人，副教授，从事铁路工程管理研究；E-mail:lzgwh@163.com

基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT1139)

收稿日期：2015-06-02

中图分类号：U25

文献标志码：A

文章编号：1672-7029(2015)06-1500-07