顧偉紅，王恩茂，張文達(dá)

(1.蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；

2.中鐵十八局集團蘭渝鐵路工程指揮部，甘肅 武都 746000)

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鐵路隧道工程TBM施工定額編制研究

顧偉紅1，王恩茂1，張文達(dá)2

(1.蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；

2.中鐵十八局集團蘭渝鐵路工程指揮部，甘肅 武都 746000)

摘要:針對目前鐵路工程TBM施工尚無相關(guān)定額進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟指導(dǎo)的現(xiàn)狀，探討鐵路隧道TBM施工定額編制的方法，按照合理確定施工組織設(shè)計參數(shù)，科學(xué)采集資源消耗數(shù)據(jù)，科學(xué)分?jǐn)偛煌愋蛧鷰r的掘進(jìn)資源消耗，準(zhǔn)確測定TBM機械臺班費用消耗的思路，形成TBM施工各類項目定額。結(jié)合蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM施工組織，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集整理，分析項目TBM臺時費用；據(jù)TBM掘進(jìn)人工、材料、機械資源消耗，形成掘進(jìn)各類圍巖的施工定額；據(jù)TBM安裝、拆除施工組織資源消耗，形成TBM安裝、拆除定額；對TBM 施工支護、同步襯砌等項目按現(xiàn)有鐵路隧道預(yù)算定額調(diào)整工、料、機消耗分析其相關(guān)施工定額。研究結(jié)果可為指導(dǎo)項目開展成本管理，為企業(yè)同類項目技術(shù)經(jīng)濟分析提供參考，也為鐵路行業(yè)TBM預(yù)算定額編制、TBM項目投資控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；TBM施工組織；TBM設(shè)備臺時費用；TBM掘進(jìn)定額編制；相關(guān)施工定額分析

我國于20世紀(jì)50-60年代開始應(yīng)用TBM進(jìn)行隧道施工，八九十年代，在引水隧洞施工中應(yīng)用逐漸成熟[1]。20世紀(jì)90年代初，鐵道部在西安-安康鐵路18.4 km長的秦嶺隧道中引進(jìn)了2臺德國生產(chǎn)直徑為8.8 m開敞式TBM，首次成功建成鐵路隧道。后又采用這2臺TBM在西安-合肥鐵路成功完成6 km長的磨溝嶺隧道和7 km長的桃花鋪一號隧道施工。進(jìn)入21世紀(jì)，TBM在鐵路工程、水利工程中應(yīng)用更加普遍。如遼寧大伙房輸水工程隧洞、錦屏二級電站隧洞、吐庫二線鐵路中天山隧道、蘭渝鐵路西秦嶺隧道、引紅濟石工程、引洮工程以及重慶地鐵工程等。TBM施工技術(shù)在鐵路隧道建設(shè)中的不斷推廣應(yīng)用，對合理編制其經(jīng)濟分析定額產(chǎn)生迫切要求；如何科學(xué)編制反映TBM施工經(jīng)濟消耗的定額資料，以指導(dǎo)企業(yè)開展成本管理及投資控制對促進(jìn)TBM在鐵路行業(yè)推廣運用十分重要。

1TBM在鐵路施工中的應(yīng)用

1.1　TBM在鐵路施工的應(yīng)用特點

TBM在鐵路施工中主要用于長隧洞的開挖掘進(jìn)，常和鉆爆法施工相結(jié)合。自西安安康鐵路秦嶺I 線隧道開始使用TBM施工，西安南京鐵路桃花鋪1號隧道、磨溝嶺隧道、南疆鐵路吐庫二線中天山隧道左、右線隧道、蘭渝鐵路西秦嶺隧道左右線均使用開敞式TBM進(jìn)行施工。TBM掘進(jìn)機施工作為工廠化的施工系統(tǒng)來運行,具有協(xié)調(diào)性、連續(xù)性和密集性的特點[2]，施工組織形式與傳統(tǒng)鉆爆法有所不同。在掘進(jìn)機適應(yīng)性較好的地層,能夠?qū)崿F(xiàn)快速掘進(jìn)，施工不存在欠挖問題，具有掘進(jìn)施工對圍巖的擾動小，支護及時、施工快速的優(yōu)點。尤其在改善施工環(huán)境、降低隧道工人施工勞動強度方面具有絕對優(yōu)勢。雖從投資方面、施工應(yīng)對不良地質(zhì)環(huán)境的靈活性方面及設(shè)備維修故障處理復(fù)雜性方面也有其劣勢，但TBM技術(shù)因其高效的施工速度，安全環(huán)保優(yōu)良的施工質(zhì)量，有效地節(jié)省工時和建造成本等，在鐵路長隧道施工中更顯其突出的經(jīng)濟和社會效益優(yōu)勢[3]。

1.2　鐵路工程TBM定額編制現(xiàn)狀

鐵路行業(yè)目前頒布的隧道工程預(yù)算定額有鐵建【2010】223號文發(fā)布的《鐵道部隧道工程預(yù)算定額》、《高速鐵路路基、橋梁、隧道、軌道工程補充定額》，主要適用于鐵路隧道鉆爆法施工；鐵建【2012】129號文發(fā)布的《鐵路隧道工程機械化施工補充預(yù)算定額》中僅有個別子目涉及TBM施工，難以全面反映企業(yè)TBM施工的實際經(jīng)濟消耗。國內(nèi)外公開發(fā)表的關(guān)于TBM隧道施工的經(jīng)濟資料也很少，企業(yè)只有根據(jù)各自承擔(dān)TBM施工項目的特點和施工組織管理水平去單獨分析具體項目的成本消耗。因此結(jié)合鐵路TBM項目施工組織實際，制定科學(xué)的企業(yè)內(nèi)部硬巖掘進(jìn)機施工定額對指導(dǎo)企業(yè)TBM施工管理，提高TBM成本控制水平十分必要。

2鐵路隧道TBM施工定額編制方法

以中鐵十八局集團在建蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM施工項目為例，闡述鐵路隧道開敞式硬巖掘進(jìn)機施工定額分析過程。開敞式TBM適用于圍巖整體性較好的隧道，開挖支護作業(yè)循環(huán)進(jìn)行，依靠撐靴撐緊洞壁為刀盤推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)破巖提供反力，開挖后利用TBM后配套設(shè)備立即施作初期支護。

2.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集

施工組織決定了勞、材、機的實際消耗水平，搜集準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)是合理測定定額消耗的前提[4]，編制TBM施工定額需進(jìn)行施工組織設(shè)計參數(shù)的確定、大量基礎(chǔ)施工數(shù)據(jù)的采集，為科學(xué)測定施工定額奠定現(xiàn)場數(shù)據(jù)支持。

2.1.1施工組織參數(shù)的確定

西秦嶺隧道右線TBM施工按2個階段分別組織勞動力、機械配置，第2階段隨著運輸距離增加勞動力數(shù)量、機械設(shè)備數(shù)量相應(yīng)增加，因此結(jié)合項目施工組織分階段分析勞動力消耗、材料消耗、機械臺班消耗、洞內(nèi)管線路布置的合理數(shù)量來測定定額工、料、機消耗。

2.1.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集設(shè)計

在確定各類不同圍巖的施工工期和進(jìn)度指標(biāo)基礎(chǔ)上，進(jìn)行各階段TBM掘進(jìn)通過不同類型圍巖所消耗的時間的統(tǒng)計，進(jìn)而分階段統(tǒng)計計算掘進(jìn)各類圍巖的勞、材、機資源消耗，為形成TBM掘進(jìn)各類不同圍巖的定額做準(zhǔn)備。其中，人工、機械臺班數(shù)量的統(tǒng)計計算按實際勞動力配備、機械配備量和工期進(jìn)行計算并按各類圍巖掘進(jìn)耗用工期來分?jǐn)?；洞?nèi)管線路數(shù)量消耗據(jù)實際布設(shè)量按掘進(jìn)通過各類圍巖的長度分?jǐn)?；軌道材料?shù)量消耗據(jù)實際消耗按掘進(jìn)各類圍巖長度分?jǐn)偅皇┕ふ彰饔秒娰M用據(jù)實際耗費統(tǒng)計分?jǐn)偅桓黝悋鷰r掘進(jìn)使用刀具的消耗數(shù)量據(jù)實際統(tǒng)計消耗分析。

2.1.3TBM機械臺班費用定額基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的確定

依據(jù)企業(yè)TBM332—336組資文件分析其預(yù)算價格，根據(jù)總掘進(jìn)里程和主要部件設(shè)計壽命，分析TBM332—336耐用臺班，實際統(tǒng)計大修理費用消耗，統(tǒng)計施工用電、用水消耗，進(jìn)行經(jīng)常修理費用(具體包括自購配件及潤滑油脂消耗量統(tǒng)計、日常維修保養(yǎng)所消耗勞、機的計算)計算分析，將以上消耗組合分析TBM掘進(jìn)臺班單價。對TBM后配套設(shè)備各類機械臺班費用逐項單另分析。

2.2　TBM臺班費用單價分析

掘進(jìn)臺班預(yù)算價格確定時將絕大部分主機、后配套及公用部分(如液壓系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng))放入主機內(nèi)，分析掘進(jìn)臺班定額[5]。臺班費用單價由折舊、大修、經(jīng)常修理費，人工、水、電消耗構(gòu)成。本例中考慮機械有較長步進(jìn)路段，對步進(jìn)臺班單價也進(jìn)行了分析，步進(jìn)期間經(jīng)常修理費低于掘進(jìn)期間，不發(fā)生水費。TBM其他功能設(shè)備如超前支護、錨桿鉆機、混凝土噴射機械手、拱架安裝器以獨立設(shè)備形式分別編制臺班費用定額。

2.3　TBM掘進(jìn)定額編制

按采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)科學(xué)測算，按分?jǐn)傇瓌t分析計算形成各類不同類型圍巖的掘進(jìn)定額。先進(jìn)行進(jìn)度指標(biāo)及各類圍巖工期確定，接著進(jìn)行人工和機械臺班數(shù)量計算和分?jǐn)?，管線路消耗數(shù)量計算與分?jǐn)偅┕び秒娏坑嬎闩c分?jǐn)?，刀具消耗統(tǒng)計計算。

2.4　施工相關(guān)預(yù)算定額分析

依據(jù)項目TBM安裝組織、拆除組織的實際資源消耗，分析TBM安裝、拆除及步進(jìn)定額。 TBM后配套施工相關(guān)定額可參照已頒發(fā)的支護預(yù)算定額進(jìn)行調(diào)整分析確定。該項目采用同步襯砌臺車施工二次襯砌，依據(jù)臺車實際構(gòu)造分析定額消耗；仰拱預(yù)制塊的預(yù)制、運輸、安裝也需依據(jù)施工組織實際和仰拱預(yù)制塊設(shè)計圖紙分析消耗定額。

3實例分析

3.1　項目概況

西秦嶺特長隧道全長28.236 km，為蘭渝鐵路全線重點控制性工程，右線出口段由中鐵十八局采用開敞式TBM332-336Φ10.23 m 施工，TBM掘進(jìn)長度14 865.95 m[6]。采用2座斜井輔助施工，右線TBM施工分2個階段，TBM組裝調(diào)試完成后，自隧道出口步進(jìn)2 002 m，到達(dá)DIyK421+351開始一階段掘進(jìn)7 963 m，之后步進(jìn)2 637.05 m通過羅家理斜井鉆爆法施工段，接著開始2階段TBM掘進(jìn)施工6 902.95 m，至與進(jìn)口鉆爆施工段貫通，如圖1所示。TBM開挖出碴采用連續(xù)皮帶機運輸，在TBM步進(jìn)通過羅家理斜井工區(qū)時完成皮帶機的轉(zhuǎn)場，即1階段由正洞出碴，2階段通過羅家理斜井皮帶機出碴。隧道內(nèi)材料運輸采用有軌運輸方案，在預(yù)制仰拱塊上布置四軌雙線，內(nèi)燃機車推平板車、仰拱塊車和混凝土罐車將混凝土、錨桿、鋼拱架等材料運輸?shù)絋BM。支護施工采用TBM自帶的超前支護及系統(tǒng)支護設(shè)備施工，襯砌施工采用特殊設(shè)計的同步襯砌臺車施工。TBM施工貫通后到達(dá)拆卸洞室將主機拆卸分解，分塊運輸?shù)蕉赐狻?/p>

3.2　項目施工定額編制

3.2.1施工組織參數(shù)確定

勞動力組織1階段施工出口工區(qū)分別設(shè)2個掘進(jìn)工班，1個整備工班，1個運輸工班,1個皮帶工班[7]，總計280人；2階段施工出口工區(qū)分別設(shè)3個掘進(jìn)工班，1個整備工班，1個運輸工班,1個皮帶工班，總計402人。機械配備也根據(jù)1和2階段施組特點，1階段主要機械52臺，2階段增加至77臺。

3.2.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括1和2階段掘進(jìn)各類圍巖的工期計算；人工、機械臺班數(shù)量的計算按勞機配置和工作時間系數(shù)計算，按各類圍巖工期分?jǐn)?；管線路數(shù)量按穿過圍巖長度分?jǐn)傁?。施工照明用電及照明材料費也按實統(tǒng)計并按各類圍巖工作時間分?jǐn)傆嬎?；統(tǒng)計掘進(jìn)各類圍巖的刀具消耗量，根據(jù)圍巖長度進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

圖1　TBM施工階段示意圖Fig.1 TBM construction phase diagram

3.2.3TBM臺班費用單價分析

按照企業(yè)TBM組資資料，分析原值，其中配套軌行式運輸車輛、通風(fēng)設(shè)施等的臺班費用單獨分析，TBM組裝場地設(shè)施費在大臨中已經(jīng)計取，TBM組裝調(diào)試工機具、材料、人工費單獨編制TBM安裝調(diào)試單價分析表，以上費用在TBM固定資產(chǎn)原值中不予考慮。按照TBM總掘進(jìn)里程30 km，殘值率5%[8]，分析耐用總臺班，計算折舊費。經(jīng)常修理費由2部分組成：一是自購配件及潤滑油脂消耗，據(jù)實際統(tǒng)計分析；二是每天固定的維修保養(yǎng)及臨時故障排除所需的人工費和常規(guī)機械使用費，按實際組織形式計算。大修理費按實際發(fā)生主軸承更換費用計算。TBM用水、用電按實際統(tǒng)計資料分析。

考慮步進(jìn)期間經(jīng)常修理費應(yīng)低于掘進(jìn)期間的經(jīng)常修理費，取折減系數(shù)，且不計折舊費、水費，統(tǒng)計步進(jìn)用電分析出步進(jìn)臺班單價。TBM后配套機械參照現(xiàn)有相關(guān)機械臺班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單獨編制臺班單價。臺班費用組成見表1。

表1　TBM機械臺班費用組成及后配套機械臺班費用組成

3.2.4TBM掘進(jìn)定額

對TBM掘進(jìn)過程中所消耗進(jìn)行人工、材料及機械臺班的分析與計算，通過套用鐵建129號文材料預(yù)算價格[9]、臺班基期價格，分析得出1階段Ⅲ和Ⅳ級圍巖TBM掘進(jìn)定額，2階段Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ級圍巖TBM掘進(jìn)定額。以1和2階段Ⅲ類圍巖為例(TBM臺班費中不含折舊及大修)見表2~3。

表2　1階段TBM掘進(jìn)定額

表3　2階段TBM掘進(jìn)定額表

分析西秦嶺隧道TBM施工2階段圍巖定額基價高于1階段的主要原因有：2階段工期指標(biāo)較1階段有所降低，從而導(dǎo)致人工費、材料費、機械使用費不同程度增加；2階段出碴運輸為連續(xù)皮帶機系統(tǒng)和斜井皮帶機系統(tǒng)疊加，相對于1階段出碴費用較高；2階段施工隨著掘進(jìn)長度增加，材料運輸費用、機械、人工消耗明顯增大。

3.2.5TBM安裝、拆除定額

根據(jù)TBM安裝拆卸勞材機配置統(tǒng)計資料分析制定項目TBM安裝拆卸定額,以拆卸為例，見表4。

表4　TBM拆卸定額

3.2.6仰拱塊預(yù)制、運輸及安裝定額

根據(jù)仰拱塊預(yù)制、運輸安裝資源消耗分析其定額單價，以仰拱塊預(yù)制為例，定額見表5。

3.2.7施工相關(guān)預(yù)算定額

TBM 施工中超前支護、初期支護、同步襯砌等工序，屬于常規(guī)作業(yè)，依現(xiàn)有預(yù)算定額對其部分材料、人工消耗數(shù)量及機械設(shè)備臺班消耗進(jìn)行調(diào)整分析。

以同步襯砌臺車為例，二次襯砌與TBM掘進(jìn)同步施工，要求襯砌作業(yè)全過程中所有TBM施工的通風(fēng)、供水、排水、供電、連續(xù)皮帶機出碴作業(yè)不能中斷；并解決好TBM掘進(jìn)與二次襯砌施工中材料運輸?shù)拿?。臺車設(shè)計時考慮皮帶動態(tài)穿行及臺車穩(wěn)固，連續(xù)皮帶機支撐支架采用固定在隧道洞壁上和矮邊墻支腿支撐2種體系，在二次襯砌前后，實現(xiàn)洞壁三角支架與矮邊墻支腿支撐轉(zhuǎn)換[10]。

表5　仰拱塊預(yù)制(有槽)定額

同步襯砌臺車定額參照鐵建[2010]223號發(fā)布的《鐵路隧道工程預(yù)算定額》(定額編號：SY—149[11]，按照實際同步襯砌皮帶機支架2次拆裝費用，考慮每延米人工增加1.71工日，定型鋼模板增加15.5 kg，臺模鋼架及走行部分增加14 kg，用電增加0.96 kW·h，并增加皮帶架安拆(鐵件)1.03 kg。分析基價為594.98元/延長米。定額消耗見表6。

表6　TBM施工同步襯砌臺車定額

4結(jié)論

1)在合理確定施工組織設(shè)計參數(shù)，科學(xué)采集資源消耗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合蘭渝鐵路西秦嶺隧道項目進(jìn)行鐵路隧道工程TBM施工定額編制。

2)通過科學(xué)分?jǐn)偛煌愋蛧鷰r的掘進(jìn)資源消耗，準(zhǔn)確測定TBM機械臺班費用消耗構(gòu)成，形成了TBM掘進(jìn)施工定額。同時編制了TBM安裝、拆除定額；并對TBM 施工支護、同步襯砌定額進(jìn)行分析。

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(編輯陽麗霞)

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

通訊作者：顧偉紅(1975-)，女，江蘇蘇州人，副教授，從事鐵路工程管理研究；E-mail:lzgwh@163.com

基金項目：教育部長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助項目(IRT1139)

收稿日期：2015-06-02

中圖分類號：U25

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-7029(2015)06-1500-07