北江引水隧洞TBM法施工经济分析

丁 辉

(广东省水利电力勘测设计研究院 ,广东 广州 510635)



北江引水隧洞TBM法施工经济分析

丁 辉

(广东省水利电力勘测设计研究院 ,广东 广州 510635)

对全断面隧道掘进机(简称TBM)在广州北江引水隧洞中造价进行经济分析,说明造价中占主要因素的部分为TBM设备与皮带机设备费,降低设备费或增加摊销次数成为降低投资的关键,为以后更好的运用TBM设备和编制施工造价,提供重要参考依据。

TBM设备；指标；技术；经济分析

1 概述

在隧洞开挖施工过程中,最常用的开挖方法就是钻孔爆破法,遵循隧道新奥法施工原则,“锚杆支护、喷射混凝土支护和现场量测”被誉为新奥法的三大支柱。钻爆法的施工程序一般为钻孔→装药→爆破→通风排烟→出渣→锚喷支护(必要时支设钢拱架)→钻孔(必要时打设超前支护孔),再次循环施工。钻爆法施工的缺点主要有以下几个方面[1]：钻爆法开挖进尺需要进行多个工序,工序多、繁杂；无支洞情况下长隧洞难于施工；钻爆法由于工序多、随着洞子的掘进排烟出渣时间长,开挖进尺将变慢,平均月开挖速度一般是90～150 m；存在一定安全风险。如果遇到工作面哑爆,排爆存在一定安全隐患。现在国家对炸药管理要求严,需专供申请,对加快开挖速度有一定的影响。

国外的实践表明,当隧道长度与直径之比大于600时,采用TBM施工是比较经济的。对于一般的单线铁路隧道,开挖直径通常在9～10 m左右,按此计算,大于6 km的隧道就可以考虑采用TBM施工[2]。发达国家的隧道施工,一般优先考虑TBM法,TBM施工速度快,缩短了工期,较大地提高了经济效益和社会效益；同时由于超挖量小,节省了大量衬砌费用,用人少,降低了劳动强度、降低了材料消耗。改善了作业人员的洞内劳动条件,减轻了体力劳动量,避免了爆破施工可能造成的人员伤亡,事故大大减少,对施工现场环境污染小；减少了长大隧道的辅助导坑数量,保护了生态环境,有利于环境保护。施工数据实时远传功能,实现信息化施工。

广州北江引水工程是以北江水作为取水水源,从北江引原水经泵站加压输送至花都新建水厂,经水厂制水后供给花都区全区用水户,供水范围覆盖花都区的居民生活用水和工业用水。工程总体布置为：在武广高铁北江桥上游约600 m处设取水口,后接1条长约2.8 kmD3.6 m的引水隧洞(含取水口及渐变段)引水至泵站,后接8.7 kmD3.0 m输水管道和11.5 km隧洞,至拟建花都水厂交水点及芙蓉嶂水库。主线路长约26 km,其中隧洞长11.5 km,输水管道长9.2 km。本工程隧洞属于特长隧道,隧洞穿越的岩层主要为花岗岩,岩质坚硬,施工难度大,工程投资、工期和施工安全等方面风险也较大,成为广州北江引水工程建设的难点和控制性的项目,也是本工程工期控制的关键节点。

本文对广州北江引水工程隧洞TBM法施工造价组成进行分析,为以后更好的运用TBM设备和编制施工造价,提供重要参考依据。

2 经济性分析

2.1 造价编制依据

目前，国内水利工程关于掘进机的造价编制只有水利部水总〔2007〕118号文关于发布《水利工程概预算补充定额(掘进机施工隧洞工程)》,根据预算定额章节的组成，关于掘进机隧洞工程定额子目构成主要划分为TBM安装调试及拆除、TBM掘进、出渣、混凝土衬砌、钢拱架安装、钢筋网制作及安装、锚固剂锚杆、喷混凝土等。

2.2 TBM施工造价组成

根据水利工程预算定额规定,人工材料单价选择工程所在地的价格水平,人工工资参照广东省水利厅粤水建管〔2013〕88 号文《关于公布我省水利水电工程概预算部分定额调整的通知》，工程所在地二类工资地区为73元/工日,工程主要材料价格采用广州市花都区2013年四季度信息价作为预算价格。

为详细剖析造价,根据施工组织设计和定额构成,将TBM掘进分解4个部分进行造价分析。

1) TBM安装调试及拆除费用。 敞开式TBM设备组装需要有充分的组装场地满足组装时起吊和运输的需要,所以整个场地要求平整硬化。当组装完成后,进入现场调试阶段,主要调试液压系统、电气系统、PLC控制系统。本工程考虑在洞外安装调试洞内拆除,定额子目不乘任何系数,因此费用主要有安装调试费、拆除费、场地硬化费,费用合计为305万,综合造价为17.59元/m3。其费用组成如表1所示。

表1 TBM安装调试及拆除费用组成

2) TBM及皮带机设备购置摊销费用。 国外公司的TBM及皮带机设备可租可售,国内公司主要是以售为主。国外公司的报价约是国内公司的1.5倍左右。但在水利预算定额中对敞开式TBM设备及皮带机考虑折旧使用,直径5 m敞开式TBM设备及皮带机折旧费为289元/ m3。而据生产厂家介绍设备使用1次后基本报废,但定额考虑与使用次数基本无关联,故定额的折旧不太符合实际情况。本项目美国某公司对设备及皮带机出售报价为18 281万元,国内公司报价为12 750万元,结合国内实际使用情况及业主的接受需求,设备及皮带机费用按国内报价并扣除25%残值后按1次性折旧在工程计算,12 750万元×0.75=9 562.5万元,开挖总量为173 375 m3。综合造价为551.55元/m3。

3) TBM掘进费用。 隧洞开挖直径为4.5 m,天然单轴抗压强度为40～150 MPa,石英含量为25%～35%,工作面长11.4 km,则选用定额〔GT 035〕计算,定额刀具消耗量0.29套乘1.15系数等于0.33套,价格为33 000元/套,定额通风机消耗量5.85台时乘3.32系数等于19.42台时,减去TBM设备的折旧摊销,结果为325.6元/m3。其费用组成如表2所示。

表2 TBM设备掘进费用组成 元/m3

4) 皮带机出渣费用。 皮带机出渣是以洞长划分子目的,其长度包含洞口至洞外缷渣点间的距离。计算TBM开挖石渣皮带机运输的概算工程单价,胶带输送机带宽×带长800 mm×10 km出渣,选用定额〔GT116〕计算,减去胶带输送机设备折旧摊销,结果为72.46元/m3。其费用组成如表3所示。

表3 TBM设备掘进费用组成 元/m3

根据以上广州北江引水工程隧洞工程4个部分的造价分析,可知各个部分所占的比例如图3所示。其中对总投资影响最大的是TBM及皮带机设备购置摊销费用、TBM掘进费、皮带机出渣费用。

5) 隧洞除了TBM掘进、出渣,还有混凝土衬砌、钢拱架安装、钢筋网制作及安装、锚固剂锚杆、喷混凝土,因该隧洞整体岩石抗压强高,只有局部需衬砌及喷锚,此部分费用在隧洞占比例较小等。费用组成如图1所示。

图1 广州北江引水工程隧洞投资构成

广州北江引水工程隧洞工程总投资33 057.6万元,总长为11 393 m,开挖洞径为D=4.5 m,掘进费为967.21元/m3,隧洞综合单价为2.8万元/m。传统钻爆法开挖费为200～300元/m3,如改为传统钻爆法隧洞工程总投资36 152万元,隧洞综合单价3.17万元/m。开挖费TBM较钻爆法高,但钻爆法需衬砌支护费用较多,从隧洞每米综合单价比较相差不大,但在相同的条件下,TBM掘进时间11.2个月为常规钻爆法40.8个月的27%。

3 结语

设计人员在方案选择上,考虑到TBM掘进后岩壁较钻爆法光滑,并且岩体的稳定满足无压隧洞要求,故选择TBM掘进方式成洞后仅进行喷锚处理,不再设计二次衬砌。本工程设计方案已通过行业主管部门及发改委审查批复。此种机械化隧道施工模式将在广东水利工程首次应用,能改变目前水利隧道施工单纯依靠爆破的方式,在对施工工期有要求的情况下,是相对合理的选择。

[1] 张学易.钻孔爆破[M]. 北京：中国水利水电出版社,1990．

[2] 王梦恕.岩石隧道掘进机(TBM)施工及工程实例[M]. 北京：中国铁道出版社,2004．

[3] 王治明.水利工程概预算补充定额(掘进机施工隧洞工程)[M]. 郑州：黄河水利出版社,2007．

[4] 吴俊校.广东省水利水电建筑工程概算定额[M]. 北京：中国水利水电出版社,2006．

[5] 孙继昌.水利工程造价工程师继续教育培训教材[M].北京：中国水利水电出版社,2010．

(本文责任编辑 王瑞兰)

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

丁辉(1982),男,本科,工程师,从事工程造价工作。

U455.3+1

B

1008-0112(2016)01-0059-03