全斷面掘進(jìn)機法施工組織與費用分析
我國引進(jìn)全斷面掘進(jìn)機技術(shù)(TBM)已有二十多年的歷史，但至今還沒有形成一套實用的
我國引進(jìn)全斷面掘進(jìn)機技術(shù)(TBM)已有二十多年的歷史，但至今還沒有形成一套實用的
施工組織設(shè)計和費用分析方法。筆者近些年搜集研究了一些有關(guān)TBM的資料和工程實例，同
時也參與了山西省萬家寨引黃工程TBM法施工隧洞(前后共投入5臺TBM，計劃掘進(jìn)109km)的設(shè)
計、概算、招標(biāo)和現(xiàn)場設(shè)代工作，初步掌握了TBM法施工組織內(nèi)容，并摸索出費用分析的方 法。下面作一簡要介紹。
一、TBM法施工組織設(shè)計
1.TBM法施工組織設(shè)計內(nèi)容
采用TBM法施工隧洞(或隧道)，除按各階段的編制規(guī)程規(guī)定，對工程施工進(jìn)行一般的研 究、論證、比較、設(shè)計外，還要針對TBM施工的特點進(jìn)行以下工作。
(1)TBM設(shè)備選型。
(2)配合工程總體布置，確定有利TBM法施工的隧洞布置方案。
(3)隧洞施工工期確定。
(4)與TBM配套的其他項目的施工方法設(shè)計。
(5)施工工廠生產(chǎn)工藝及規(guī)模確定。
(6)現(xiàn)場施工人員組合。
(7)施工場區(qū)規(guī)劃。
(8)施工主要動力、材料消耗估算。
(9)臨建工程量估算。
(10)進(jìn)口設(shè)備、材料統(tǒng)計。
2.TBM機組選型
TBM的主機總體結(jié)構(gòu)(特殊用途的除外)大致相同，但因類型不同，適用條件有一定的差 別(見如下說明)。后配套為主機提供服務(wù)和供應(yīng)，主要配置大致相同。
護(hù)盾型式，有開趟式、單護(hù)盾、雙護(hù)盾幾種。開趟式對圍巖自穩(wěn)能力要求較高，護(hù)盾式 適用范圍較廣。
開挖斷面，形狀以圓形為主，近年又開發(fā)出方形(割圓角)斷面的TBM，適用于交通隧道 。
支護(hù)結(jié)構(gòu)，有適用噴錨的，有適用管片襯砌的以及其他支護(hù)結(jié)構(gòu)。
對TBM的其他技術(shù)要求(如超前勘探等)可與廠家聯(lián)系。有關(guān)TBM更詳細(xì)的資料可參考有關(guān) 文獻(xiàn)。
3.配合工程總體布置
隧洞長度不宜過小，否則選擇TBM法的經(jīng)濟(jì)效益差。當(dāng)利用國內(nèi)已有設(shè)備，隧洞長度不 宜小于4～5km；若由外國承包商帶機施工，長度不宜小于10km。
洞口位置應(yīng)滿足TBM安裝、施工的基本要求。隧洞線路布置要順直，洞身的縱坡、平豎
曲線應(yīng)滿足TBM掘進(jìn)運行的要求?？v坡大小主要受運輸方式影響，但當(dāng)縱坡過大時，將影響
機組中一些設(shè)備的正常運行。一般情況下，使用開趟式TBM，曲線半徑不宜小于300m；使用
護(hù)盾式TBM且管片襯砌，曲線半徑不宜小于1500m。同一臺TBM掘進(jìn)的隧洞，開挖斷面必須相 同，支護(hù)結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量一致。
4.掘進(jìn)效率和工期
TBM法施工總工期由下列工作控制。
(1)施工準(zhǔn)備期：由國外制造的TBM主機或整機，制造、運輸周期約12～14個月。后配套
及配套設(shè)備若由國內(nèi)設(shè)計、制造和裝配，周期與主機大至相同。若利用國外已有設(shè)備，應(yīng)考 慮設(shè)備的大修、運輸時間，周期不應(yīng)低于6～8個月。
施工場區(qū)的各種臨時設(shè)施修建可與設(shè)備制造、運輸同期進(jìn)行。主要生產(chǎn)設(shè)施為管片加工 廠、砂石加工廠(如果需要的話)約需6～8個月。
TBM安裝周期(不計安裝場準(zhǔn)備)需2～3個月。
因此施準(zhǔn)備工期需14～17個月。當(dāng)使用國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備，施工準(zhǔn)備期不應(yīng)少于8個月。
(2)掘進(jìn)效率和工期：TBM掘進(jìn)效率主要受隧洞斷面大小、TBM性能、巖石性質(zhì)、支護(hù)方
式以及運輸、供應(yīng)的配套性有關(guān)。80年代中期以后生產(chǎn)的各類型TBM，切巖速度有了很大飛
躍，巖性已不再是控制性的因素，TBM開挖小時的生產(chǎn)率可達(dá)3～5m／h。而支護(hù)方式和運輸
、供應(yīng)有配套性可能成為控制性因素，綜合掘進(jìn)效率約2.0～3.7m／h。
TBM的日掘進(jìn)進(jìn)尺由掘進(jìn)時間利用率控制。TBM正常施工期間，每日24小時需有4～8小時
維護(hù)、保養(yǎng)、管線安裝及其他作業(yè)時間。此外TBM掘進(jìn)時還有設(shè)備移動等必要的輔助作業(yè)。 因此TBM日純掘進(jìn)時間利用率約40％～45％。
影響TBM月進(jìn)尺的因素很多，如節(jié)假日停工、新機組(包括勞動組織)的“磨合”、水電 供應(yīng)的中斷、機械故障、特殊地質(zhì)現(xiàn)象、工作疏漏及校正等。
通過對國內(nèi)外近些年TBM施工程統(tǒng)計，隧洞掘進(jìn)平均進(jìn)尺約550～750m／月。據(jù)此可計算 隧洞掘進(jìn)工期。
(3)TBM大修和拆除工期：BTM大修期無明確的規(guī)定。一般情況下，TBM掘 進(jìn)13～20km需
進(jìn)行大修，在長度不大的隧洞施工中，應(yīng)避免中途大修(更避免洞內(nèi)大修)。有條件時可將大 修提前或滯后(只要設(shè)備未出現(xiàn)大故障)。
TBM完成預(yù)定工作量后應(yīng)盡量在洞外拆除。洞外拆除可按1.5～2個月計算(包括各種管線
拆除及洞內(nèi)清理)。若在洞內(nèi)拆除應(yīng)考慮機組及管線拆除順序，同時還應(yīng)計入洞室擴(kuò)挖及恢 復(fù)工期。
(4)洞口工程施工期：一般工程洞口還有其他建筑物，因基礎(chǔ)被TBM施工占壓，須待TBM 拆除后施工。該工期應(yīng)計入總工期。
5.施工人員配備
正常掘進(jìn)期間，TBM法施工現(xiàn)場人數(shù)相對穩(wěn)定，所有施工人員的職務(wù)、等級及數(shù)量可按 崗位逐一確定。TBM正常掘進(jìn)期間現(xiàn)場人員如下：
(1)現(xiàn)場管理人員：負(fù)責(zé)現(xiàn)場組織調(diào)度以及工程、財務(wù)、合同等管理工作。
(2)機上崗位工：指TBM開挖時所有機組運行人員和為開挖服務(wù)的機上工種。
(3)機上其他工種：與工程項目劃分有關(guān)，當(dāng)噴錨、襯砌等單獨列項，且包括該工種時 可列“機上其他工種”，否則，作為機上崗位工。
(4)機外作業(yè)工：系指TBM作業(yè)時，在機外從事出碴、供料、運輸?shù)茸鳂I(yè)的工種。該工種 與工程項目劃分有關(guān)。
(5)TBM日常維護(hù)工：從事TBM日常維護(hù)、修配、保養(yǎng)等。
(6)加工廠人員：從事砂石料、管片、鋼筋、錨桿等材料生產(chǎn)人員。
(7)修配廠人員：維護(hù)、保養(yǎng)TBM機組以外的各種施工設(shè)備。
(8)其他輔助生產(chǎn)人員：負(fù)責(zé)工地水、電、路、訊、場地等的維護(hù)及材料保管。
(9)雜勤人員：負(fù)責(zé)后勤等雜項工作。
6.施工方法及加工工藝設(shè)計
施工方法是指除TBM以外為完成隧洞施工所必須的機外輔助作業(yè)的方法，如出碴、轉(zhuǎn)渣
、材料運輸?shù)?。施工方法設(shè)計應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場條件和TBM的性能，不因施工方法選擇不當(dāng)而 影響TBM的正常使用，或造成設(shè)備的閑置。
加工工藝是指砂石料、管片、鋼筋、錨桿等的生產(chǎn)工藝設(shè)計。同時提出加工廠的規(guī)模及 有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。
7.施工場區(qū)規(guī)劃
施工場區(qū)規(guī)劃主解決以下問題：
(1)洞口安裝場：要求布置在洞軸線延長線上偏向一側(cè)，底部與洞底同高程并盡量水平 。底寬為3～4倍TBM直徑(含洞寬)，長度最好為主機＋后配套總長。
(2)轉(zhuǎn)碴場：與洞內(nèi)出渣方式有關(guān)。當(dāng)采用機車出渣時，應(yīng)有卸渣、貯渣和轉(zhuǎn)載以及列 車調(diào)車的條件。鐵路布置應(yīng)滿足列車運行要求。
(3)上料站臺：方便材料的貯存、裝車與列車調(diào)車(機車運輸時)。
(4)加工廠、修配保養(yǎng)廠、倉庫等布置。
(5)生活營地及管理區(qū)布置。
(6)棄碴碭布置及防護(hù)。
(7)防洪及排水設(shè)施布置。
(8)供水、供電、交通等設(shè)施布置。
(9)臨建工程量計算。
二、TBM法施工費用分析
1.費用構(gòu)成
TBM法施工費用可劃分為直接費、間接費和關(guān)稅、增值稅三類。
2.基礎(chǔ)價格
(1)人工費單價：人工費按等級劃分。國內(nèi)人工費等級應(yīng)與國內(nèi)各行業(yè)等級劃分一致，
以利于費用類比。國內(nèi)人工費除按現(xiàn)行的工資標(biāo)準(zhǔn)計取工資外，還應(yīng)計入企業(yè)支配的費用和
國家提取的稅費。外方人工費標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與國外相應(yīng)等級或國內(nèi)類同工程人工費標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。
(2)材料費：材料(包括水、電等)價格計算與現(xiàn)行計算方法相同。對于進(jìn)口的材料，考 慮今后工程開工后的變化，關(guān)稅、增值稅可不計入材料費中。
3.直接費
(1)項目劃分：項目劃分可按我國通常的劃分方法劃分。但因TBM是一個綜合性的施工設(shè)
備(稱作TBM機組)，設(shè)備臺時費、機上人工費在各項目中攤銷困難，因此可將TBM機組臺時費
和機上人工費計入開挖費用中。當(dāng)然也可根據(jù)工程施工特點采用其他的劃分方法。如以延米
為單位計算開挖價格或綜合支護(hù)價格或綜合成洞價格。但這種劃分不利于與其他工程進(jìn)行價 格水平的對比。
(2)設(shè)備臺時費：TBM法是高度機械化施工的方法，設(shè)備臺時費在總費用中所占比例較大
。設(shè)備包括TBM機組和常規(guī)或通用設(shè)備兩類：①常規(guī)或能通用設(shè)備臺時費可按照國際上通常
采用的以經(jīng)濟(jì)運行小時為基礎(chǔ)編制的設(shè)備臺時費手冊計算，但在使用手冊時應(yīng)熟悉它的計算
條件；②TBM機組臺的時費計算是TBM法施工費用分析的重點。TBM機組臺時費＝折舊費＋大 修理費＋日常維護(hù)保養(yǎng)費＋動力燃料費。
(3)TBM機組預(yù)算價格和折舊費：TBM機組預(yù)算價格由出廠價(一般為離岸價)、海運費(含
海保費)、進(jìn)口關(guān)稅和增值稅、目的港口岸費、內(nèi)陸運雜費、保管費、現(xiàn)場安裝費等組成。
TBM機組經(jīng)濟(jì)運行小時，尚未找到權(quán)威性的依據(jù)。通過對代理商和使用者等方面了解，T
BM折舊可按30～40km的隧洞工作量折舊。若按每日掘進(jìn)30m，日運行16～18小時計，則折舊
臺時為16000～24000小時。綜合各方面實際運用資料表明，正常情況下TBM機組折舊臺時可 按16000～24000小時計。
TBM機組折舊費即為機組預(yù)算價格除以折舊臺時。
(4)TBM機組大修理費：TBM主機大修應(yīng)由生產(chǎn)廠家來人進(jìn)行。根據(jù)掌握的工程資料，TBM
主機終身一般進(jìn)行一次大修。一次大修理費約為主機價格的1／3。其他設(shè)備則可按類似設(shè)備 的大修費計取。
(5)日常維護(hù)保養(yǎng)費：日常維護(hù)保養(yǎng)費計算范圍與機組的構(gòu)成一致，包括①修理人工費 ；②修理部件費；③修理設(shè)備費。
(6)動力燃料費：動力燃料費計算范圍應(yīng)與機組的構(gòu)成一致，其費用應(yīng)按實際消耗量計 算，包括：①電費；②燃油；③水；④液壓油；⑤潤滑油。
(7)直接費分析：直接費由人工費、材料費和施工設(shè)備使用費構(gòu)成。在按“實物量法”
進(jìn)行人工、材料、設(shè)備實際消耗量計算時，材料費和施工設(shè)備使用費還應(yīng)分別計入其他費用
。其他費用的計取與材料、設(shè)備(臺時)消耗量計算詳細(xì)程度有關(guān)，一般可各取其合計的0～5 ％。
1)TBM開挖。TBM機組臺時費全部計入開挖費中。機上人工按施工組織配備并與機組構(gòu)成 一致。
2)TBM機組的其他作業(yè)。如噴混凝土、錨桿、管片襯砌、豆石灌漿等項目不應(yīng)包括TBM臺
時費和機上人工費(TBM開挖中已計入的則不再重計)。與此類作業(yè)有關(guān)的專職人工但未包含 在TBM開挖費中則應(yīng)計入。
3)獨立的作業(yè)項目。如石渣轉(zhuǎn)運、管片倒運等，這些項目大部分可與TBM機組不同步作 業(yè)。若TBM機組及機上人工未計入此費用，則應(yīng)單獨進(jìn)行直接費分析。
4)加工材料。如砂石料、鋼筋、錨桿、管片等按加工廠生產(chǎn)工藝設(shè)計進(jìn)行直接費分析。
4.間接費
間接費包括內(nèi)容很多，除直接費、關(guān)稅和增值稅外，所有本工程施工所發(fā)生的一世費用
均計入間接費中。間接費率因計費范圍不同而有很大的差別。若按本文所述范圍取費，間接 費率可控制在直接費的50％～65％
5.關(guān)稅、增值稅
計取辦法同一般工程。
綜上所述，TBM法施工組織與費用分析是兩個相互配合的工作。尤其是費用分析，絕大
部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于施工組織設(shè)計。因此，工程投資計算的可靠、準(zhǔn)確，必須有合理、嚴(yán)密、詳 細(xì)的施工組織設(shè)計。
掘進(jìn)機圖片
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