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全断面掘进机法施工组织与费用分析

全断面掘进机法施工组织与费用分析

我国引进全断面掘进机技术(TBM)已有二十多年的历史,但至今还没有形成一套实用的 
      施工组织设计和费用分析方法。笔者近些年搜集研究了一些有关TBM的资料和工程实例,同 
      时也参与了山西省万家寨引黄工程TBM法施工隧洞(前后共投入5台TBM,计划掘进109km)的设 
      计、概算、招标和现场设代工作,初步掌握了TBM法施工组织内容,并摸索出费用分析的方 法。下面作一简要介绍。
      一、TBM法施工组织设计
      1.TBM法施工组织设计内容
      采用TBM法施工隧洞(或隧道),除按各阶段的编制规程规定,对工程施工进行一般的研 究、论证、比较、设计外,还要针对TBM施工的特点进行以下工作。
      (1)TBM设备选型。
      (2)配合工程总体布置,确定有利TBM法施工的隧洞布置方案。
      (3)隧洞施工工期确定。
      (4)与TBM配套的其他项目的施工方法设计。
      (5)施工工厂生产工艺及规模确定。
      (6)现场施工人员组合。
      (7)施工场区规划。
      (8)施工主要动力、材料消耗估算。
      (9)临建工程量估算。
      (10)进口设备、材料统计。
      2.TBM机组选型
TBM的主机总体结构(特殊用途的除外)大致相同,但因类型不同,适用条件有一定的差 别(见如下说明)。后配套为主机提供服务和供应,主要配置大致相同。
      护盾型式,有开趟式、单护盾、双护盾几种。开趟式对围岩自稳能力要求较高,护盾式 适用范围较广。
      开挖断面,形状以圆形为主,近年又开发出方形(割圆角)断面的TBM,适用于交通隧道 。
      支护结构,有适用喷锚的,有适用管片衬砌的以及其他支护结构。
      对TBM的其他技术要求(如超前勘探等)可与厂家联系。有关TBM更详细的资料可参考有关 文献。
      3.配合工程总体布置
      隧洞长度不宜过小,否则选择TBM法的经济效益差。当利用国内已有设备,隧洞长度不 宜小于4~5km;若由外国承包商带机施工,长度不宜小于10km。
      洞口位置应满足TBM安装、施工的基本要求。隧洞线路布置要顺直,洞身的纵坡、平竖 
      曲线应满足TBM掘进运行的要求。纵坡大小主要受运输方式影响,但当纵坡过大时,将影响 
      机组中一些设备的正常运行。一般情况下,使用开趟式TBM,曲线半径不宜小于300m;使用 
      护盾式TBM且管片衬砌,曲线半径不宜小于1500m。同一台TBM掘进的隧洞,开挖断面必须相 同,支护结构也应尽量一致。
      4.掘进效率和工期
      TBM法施工总工期由下列工作控制。
      (1)施工准备期:由国外制造的TBM主机或整机,制造、运输周期约12~14个月。后配套 
      及配套设备若由国内设计、制造和装配,周期与主机大至相同。若利用国外已有设备,应考 虑设备的大修、运输时间,周期不应低于6~8个月。
      施工场区的各种临时设施修建可与设备制造、运输同期进行。主要生产设施为管片加工 厂、砂石加工厂(如果需要的话)约需6~8个月。
      TBM安装周期(不计安装场准备)需2~3个月。
      因此施准备工期需14~17个月。当使用国内现有设备,施工准备期不应少于8个月。
      (2)掘进效率和工期:TBM掘进效率主要受隧洞断面大小、TBM性能、岩石性质、支护方 
      式以及运输、供应的配套性有关。80年代中期以后生产的各类型TBM,切岩速度有了很大飞 
      跃,岩性已不再是控制性的因素,TBM开挖小时的生产率可达3~5m/h。而支护方式和运输 
      、供应有配套性可能成为控制性因素,综合掘进效率约2.0~3.7m/h。
      TBM的日掘进进尺由掘进时间利用率控制。TBM正常施工期间,每日24小时需有4~8小时 
      维护、保养、管线安装及其他作业时间。此外TBM掘进时还有设备移动等必要的辅助作业。 因此TBM日纯掘进时间利用率约40%~45%。
      影响TBM月进尺的因素很多,如节假日停工、新机组(包括劳动组织)的“磨合”、水电 供应的中断、机械故障、特殊地质现象、工作疏漏及校正等。
      通过对国内外近些年TBM施工程统计,隧洞掘进平均进尺约550~750m/月。据此可计算 隧洞掘进工期。
      (3)TBM大修和拆除工期:BTM大修期无明确的规定。一般情况下,TBM掘 进13~20km需 
      进行大修,在长度不大的隧洞施工中,应避免中途大修(更避免洞内大修)。有条件时可将大 修提前或滞后(只要设备未出现大故障)。
      TBM完成预定工作量后应尽量在洞外拆除。洞外拆除可按1.5~2个月计算(包括各种管线 
      拆除及洞内清理)。若在洞内拆除应考虑机组及管线拆除顺序,同时还应计入洞室扩挖及恢 复工期。
      (4)洞口工程施工期:一般工程洞口还有其他建筑物,因基础被TBM施工占压,须待TBM 拆除后施工。该工期应计入总工期。
 5.施工人员配备
      正常掘进期间,TBM法施工现场人数相对稳定,所有施工人员的职务、等级及数量可按 岗位逐一确定。TBM正常掘进期间现场人员如下:
      (1)现场管理人员:负责现场组织调度以及工程、财务、合同等管理工作。
      (2)机上岗位工:指TBM开挖时所有机组运行人员和为开挖服务的机上工种。
      (3)机上其他工种:与工程项目划分有关,当喷锚、衬砌等单独列项,且包括该工种时 可列“机上其他工种”,否则,作为机上岗位工。
      (4)机外作业工:系指TBM作业时,在机外从事出碴、供料、运输等作业的工种。该工种 与工程项目划分有关。
      (5)TBM日常维护工:从事TBM日常维护、修配、保养等。
      (6)加工厂人员:从事砂石料、管片、钢筋、锚杆等材料生产人员。
      (7)修配厂人员:维护、保养TBM机组以外的各种施工设备。
      (8)其他辅助生产人员:负责工地水、电、路、讯、场地等的维护及材料保管。
      (9)杂勤人员:负责后勤等杂项工作。
      6.施工方法及加工工艺设计
      施工方法是指除TBM以外为完成隧洞施工所必须的机外辅助作业的方法,如出碴、转渣 
      、材料运输等。施工方法设计应综合考虑现场条件和TBM的性能,不因施工方法选择不当而 影响TBM的正常使用,或造成设备的闲置。
      加工工艺是指砂石料、管片、钢筋、锚杆等的生产工艺设计。同时提出加工厂的规模及 有关技术指标。
      7.施工场区规划
      施工场区规划主解决以下问题:
      (1)洞口安装场:要求布置在洞轴线延长线上偏向一侧,底部与洞底同高程并尽量水平 。底宽为3~4倍TBM直径(含洞宽),长度最好为主机+后配套总长。
      (2)转碴场:与洞内出渣方式有关。当采用机车出渣时,应有卸渣、贮渣和转载以及列 车调车的条件。铁路布置应满足列车运行要求。
      (3)上料站台:方便材料的贮存、装车与列车调车(机车运输时)。
      (4)加工厂、修配保养厂、仓库等布置。
      (5)生活营地及管理区布置。
      (6)弃碴砀布置及防护。
      (7)防洪及排水设施布置。
      (8)供水、供电、交通等设施布置。
      (9)临建工程量计算。
      二、TBM法施工费用分析
      1.费用构成
      TBM法施工费用可划分为直接费、间接费和关税、增值税三类。
      2.基础价格
      (1)人工费单价:人工费按等级划分。国内人工费等级应与国内各行业等级划分一致, 
      以利于费用类比。国内人工费除按现行的工资标准计取工资外,还应计入企业支配的费用和 
      国家提取的税费。外方人工费标准应与国外相应等级或国内类同工程人工费标准相当。
      (2)材料费:材料(包括水、电等)价格计算与现行计算方法相同。对于进口的材料,考 虑今后工程开工后的变化,关税、增值税可不计入材料费中。
3.直接费
      (1)项目划分:项目划分可按我国通常的划分方法划分。但因TBM是一个综合性的施工设 
      备(称作TBM机组),设备台时费、机上人工费在各项目中摊销困难,因此可将TBM机组台时费 
      和机上人工费计入开挖费用中。当然也可根据工程施工特点采用其他的划分方法。如以延米 
      为单位计算开挖价格或综合支护价格或综合成洞价格。但这种划分不利于与其他工程进行价 格水平的对比。
      (2)设备台时费:TBM法是高度机械化施工的方法,设备台时费在总费用中所占比例较大 
      。设备包括TBM机组和常规或通用设备两类:①常规或能通用设备台时费可按照国际上通常 
      采用的以经济运行小时为基础编制的设备台时费手册计算,但在使用手册时应熟悉它的计算 
      条件;②TBM机组台的时费计算是TBM法施工费用分析的重点。TBM机组台时费=折旧费+大 修理费+日常维护保养费+动力燃料费。
      (3)TBM机组预算价格和折旧费:TBM机组预算价格由出厂价(一般为离岸价)、海运费(含 
      海保费)、进口关税和增值税、目的港口岸费、内陆运杂费、保管费、现场安装费等组成。
      TBM机组经济运行小时,尚未找到权威性的依据。通过对代理商和使用者等方面了解,T 
      BM折旧可按30~40km的隧洞工作量折旧。若按每日掘进30m,日运行16~18小时计,则折旧 
      台时为16000~24000小时。综合各方面实际运用资料表明,正常情况下TBM机组折旧台时可 按16000~24000小时计。
      TBM机组折旧费即为机组预算价格除以折旧台时。
      (4)TBM机组大修理费:TBM主机大修应由生产厂家来人进行。根据掌握的工程资料,TBM 
      主机终身一般进行一次大修。一次大修理费约为主机价格的1/3。其他设备则可按类似设备 的大修费计取。
      (5)日常维护保养费:日常维护保养费计算范围与机组的构成一致,包括①修理人工费 ;②修理部件费;③修理设备费。
      (6)动力燃料费:动力燃料费计算范围应与机组的构成一致,其费用应按实际消耗量计 算,包括:①电费;②燃油;③水;④液压油;⑤润滑油。
      (7)直接费分析:直接费由人工费、材料费和施工设备使用费构成。在按“实物量法” 
      进行人工、材料、设备实际消耗量计算时,材料费和施工设备使用费还应分别计入其他费用 
      。其他费用的计取与材料、设备(台时)消耗量计算详细程度有关,一般可各取其合计的0~5 %。
      1)TBM开挖。TBM机组台时费全部计入开挖费中。机上人工按施工组织配备并与机组构成 一致。
      2)TBM机组的其他作业。如喷混凝土、锚杆、管片衬砌、豆石灌浆等项目不应包括TBM台 
      时费和机上人工费(TBM开挖中已计入的则不再重计)。与此类作业有关的专职人工但未包含 在TBM开挖费中则应计入。
      3)独立的作业项目。如石渣转运、管片倒运等,这些项目大部分可与TBM机组不同步作 业。若TBM机组及机上人工未计入此费用,则应单独进行直接费分析。
      4)加工材料。如砂石料、钢筋、锚杆、管片等按加工厂生产工艺设计进行直接费分析。
      4.间接费
      间接费包括内容很多,除直接费、关税和增值税外,所有本工程施工所发生的一世费用 
      均计入间接费中。间接费率因计费范围不同而有很大的差别。若按本文所述范围取费,间接 费率可控制在直接费的50%~65%
      5.关税、增值税
      计取办法同一般工程。
      综上所述,TBM法施工组织与费用分析是两个相互配合的工作。尤其是费用分析,绝大 
      部分数据来源于施工组织设计。因此,工程投资计算的可靠、准确,必须有合理、严密、详 细的施工组织设计。

掘进机
掘进机图片
 

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