钻爆隧洞方案和水利工程TBM的造价对比分析

钻爆隧洞方案和水利工程TBM的造价对比分析

李璐,张磊

中国水利水电第三工程局有限公司，陕西省西安市，710024

摘要：本文采用工程实例对钻爆隧洞方案和水利工程TBM的造价对比分析，然从费用指标以及围岩综合造价指标两个方面对具体造价进行了对比分析。

关键词：钻爆隧洞；TBM；造价

1 引言

水利工程隧洞开挖比较常用的方法有TBM 法和钻爆法，应结合工程投资、沿线环境、地质状况及工程自身特点等，综合比较各项技术经济指标选择合适的施工方法。在国外TBM 全断面掘进机已经历了50 多年的研究发展，目前已基本形成完善的施工技术和多样化产品类型[1]。TBM 在国内经历了20a的发展，因具有掘进速度快和岩层适应能力强等优点已广泛应用于铁路、公路、水利等领域的隧洞开挖，并已成为世界各国隧洞开挖的首选机具。在施工过程中，遵循新奥法施工原则的钻孔爆破法为隧洞开挖最常见的方法，其中钻孔装药、爆破排烟、出渣及喷锚支护为钻爆法施工的一般工序，另外可结合现场实际情况和设计要求可搭设超前支护孔[2]。在水工隧洞设计规范中钢拱架、喷混凝土、锚杆加固和不衬砌等为隧洞支护的主要形式，且水工隧洞的支护方式还要考虑不同开挖形式的影响作用。文章依据水工隧洞设计方案的比选方法和造价编制过程，对TBM 隧洞的不同围岩的造价变化、造价编制和费用组成进行重点分析，通过对比分析2 种掘进方式的费用项目探讨了不同围岩条件下的经济可行性，为TBM 法造价编制和水工隧洞掘进方案优选提供一定的决策依据。

2 项目实例

辽宁省某大型引调水工程等别为Ⅰ等，设计提水规模为75m3 /s，属于大( 1) 型水利枢纽工程，其主要功能是实现辽西地区东、西部水系的引水调度。输水管线途径主隧洞长约10. 28km 的山区丘陵地段，该段穿越生态环境保护区和国家森林公园属于特长隧洞，建设项目施工难度高且受周边环境的影响较大。隧洞沿线主要埋深在混合岩、变质岩、微风化－ 弱风化花岗岩内。隧洞围岩抗压强度平均处于50 － 120MPa 范围，且以Ⅱ －Ⅲ类围岩为主。结合不同的主隧洞掘进工法拟对钻爆法、TBM 法技术方案比选，为了合理布置施工支洞将路线向南偏移，从而减少其长度。TBM 掘进方案的隧洞结构形式为圆形，开挖直径8. 2m，主隧洞长10. 28km，为便于检修期进车和施工期出渣将4m 宽弧段范围的底部浇筑成平底。隧洞长10. 30km，对TBM 方案各类隧洞围岩初估划分为: Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩占比分别为32%、58%、7%、5%，隧洞采用局部全断面衬砌方式。钻爆法掘进方案的隧洞结构形式为城门洞式，主隧洞长10. 28km，顶拱为直径2. 8m 的半圆拱，边墙直墙段高3. 6m，隧洞底宽5. 4m。隧洞长10. 65km，对钻爆法方案各类隧洞围岩初估划分为:Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩占比分别为20%、61%、15%、3%，隧洞采用爆破成洞的方式进行钻爆施工，洞壁粗糙凸凹不平且周边围岩整体性差，在施工过程中很容易发生震裂破坏，选择全断面混凝土衬砌作为该方案隧洞的衬砌方式。

2.1 隧洞工程费用项目的划分

通过归类分析工程造价各项目费用进一步对比隧洞钻爆法、TBM 法施工，从临时措施、征地补偿、隧洞支护和石方开挖4 个方面分析工程费用组成。

2.2隧洞工程造价的编制

采用建筑定额、掘进机定额、隧洞工程补充定额以及水利工程设计概算编制相关规定作为2 种隧洞开挖方式估算编制依据，将工程量与相应阶段系数相乘作为可研阶段单价。

依据辽宁省水利厅2017 年发布的材料指导价作为建筑次要材料、水工材料估算依据，参照建材信息价作为估算价格水平。在洞线走向上TBM 法和钻爆法方案存在一定差异，为便于钻爆法施工支洞的布置，在TBM 洞线方案的基础上向南偏移从而减少支洞长度，该方案的隧洞长10. 65km。因此，可选用单位长度造价对比分析2 种方案的投资费用

（1）石方开挖造价分析

TBM 法掘进的单价组成主要包括石渣的洞内外运输、掘进开挖以及TBM 机调试、安装和拆除等。按隧洞设计开挖洞经套用掘进机定额计算确定TBM掘进开挖，定额计价以掘进机开挖8m 直径为依据。根据150 － 100MPa、100 － 50MPa、≤50MPa 围岩单轴

抗压强度套用掘进定额，其中单轴抗压强度处于150－ 100MPa 范围的Ⅱ类围岩占60%，处于100 －50MPa 范围的Ⅱ、Ⅲ类围岩约40% 和90%，处于≤50MPa 范围的Ⅲ类围岩约为10%，Ⅳ、Ⅴ类围岩≤50MPa。围岩中石英含量是影响掘进刀具损耗的关键银族，结合围岩石英含量套用掘进定额，在计算过程中依据40 － 50% 的石英含量调整定额刀具，以1. 25 的调整系数确定定额吊具消耗量。根据隧洞长度的区间类别，选择1. 1 的调整系数乘以1 类费用作为TBM 掘进10 － 15km 隧洞的台时费依据以上设定的参数，对石方开挖投资费用进行计算统计，结果为34385 万元，其中TBM 掘进和渣料运输费用分别为25331、9054 万元，不同岩类型条件下的造价指标分配也不同。

运输单价、钻爆开挖为组成钻爆法开挖的主要部分，钻爆方案82% 的围岩属于Ⅱ、Ⅲ类，且整体项目主要为Ⅱ －Ⅴ围岩。依据套用定额计价法和16级岩石分类表，利用Ⅺ －Ⅻ石方爆破定额计算约7%的Ⅲ围岩和Ⅱ围岩，利用Ⅸ － Ⅹ石方爆破定额计算92%的Ⅲ围岩和Ⅸ围岩，考虑土方开挖定额计算Ⅴ围岩，石方开挖部分的造价指标。

（2）支护部分造价分析

模板、泡沫板、混凝土衬砌、喷混凝土、预制反拱混凝土、钢拱架、止水条、超前注浆、锚杆等项目为隧洞普遍应用的常规支护形式，该部分单价采用常规的定额标准并作为钻爆法和TBM 法造价计算依据，对于项目特征存在差异时对设计单价作适当调整。依照以上分析结果和计算依据，对TBM 喷锚支护、止水等细部结构、衬砌结构投资费用计算，各部分造价依次为5728、1160、5735 万元; 不同的工程支护形式和围岩类别使得钻爆方案各项目的造价不同，统计分析钻爆隧洞喷锚支护、止水等细部结构、衬砌结构各部分投资费用分别为7826、2880、21372万元。

临时措施造价和征地部分造价本文不再赘述。

3 造价比较

3.1 费用指标

采用TBM 法和钻爆法的隧洞开挖造价指标分别为2821 － 3580、620 － 1778 万元/km，平均值依次为3380、1542 万元/km，由此可见相对于钻爆法开挖形式TBM 法的投资费用要平均高119%; 采用TBM 法和钻爆法的隧洞支护造价指标分别为305 － 9682、1860 － 11815 万元/km，平均值依次为1396、3028 万元/km，可见相对于钻爆隧洞支护方式TBM 法的投资费用较低，约为钻爆法的46. 1%; 采用TBM 法和钻爆法的临时措施造价指标分别为468、356 万元，可见相对于钻爆隧洞临时措施TBM 法的投资费用较高，约为钻爆法的131%; 采用TBM 法和钻爆法的征地补偿造价指标分别为36、54 万元，可见相对于钻爆隧洞临时措施TBM 法的投资费用较低，约为钻爆法的67%。

综上分析，采用钻爆和TBM 隧洞方案的综合指标分别为4980、5280 万元，可见TBM 法要略高于钻爆方案。但是由于钻爆方案的隧洞施工长度相对于TBM 法较长，二者的投资方案基本相同，且钻爆方案相对于TBM 法略高。

3.2 围岩综合造价指标

，TBM 隧洞和钻爆隧洞在Ⅱ类围岩中的总投资分别为3885、3545 万元，相对于钻爆隧洞TBM 方案的综合造价指标要高9. 6%; TBM 隧洞和钻爆隧洞在Ⅲ类围岩中的总投资分别为4018、4387 万元，相对于钻爆隧洞TBM 方案的综合造价指标要低8. 2%; TBM 隧洞和钻爆隧洞在Ⅳ类围岩中的总投资分别为6722、5805 万元，相对于钻爆隧洞TBM 方案的综合造价指标要高15. 8%; TBM 隧洞和钻爆隧洞在Ⅴ类围岩中的总投资分别为12503、12435 万元，两种方案的综合造价指标基本保持一致。

综上分析，相对于钻爆隧洞而言，TBM 方案在Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ为围岩中的造价指标相对较高，而在Ⅲ类围岩中相对较低。

4 结论

工程实例表明，相对于钻爆隧洞而言TBM 法的综合造价相对较高，然而由于两个方案在隧洞工程中的布置方式不同，钻爆隧洞的长度较长且岩质以Ⅲ类为主，因此在其他条件基本相同的条件下TBM隧洞为工程的最优方案。在不同围岩类型的条件下，相对于钻爆隧洞而言TBM 方案在Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ为围岩中的造价指标相对较高，而在Ⅲ类围岩中相对较低。由于造价指标在不同围岩条件下存在较大的偏差，在选择水工隧洞方案时应结合工程地质实际情况，对于以Ⅲ类围岩为主的工程优先选用TBM 隧洞，然后综合考虑环境条件、安全保证、建设工期、施工要求和征地补偿等因素确定合适的方案。

5 参考文献

[1] 邵伟. 钻爆隧洞方案和水利工程TBM的造价比选研究[J]. 黑龙江水利科技, 2019, 47(11):4.

[2] 徐顺通, 杨靖, 余志超,等. TBM与钻爆法在并行长大引水隧洞施工中的适用性研究[J]. 施工技术, 2022(051-005).