3.5米直径TBM在抽水蓄能排水廊道施工中的掘进消耗量研究.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：为应对建筑工人短缺，推进电站绿色施工，小断面TBM在抽水蓄能电站排水廊道和自流排水洞得到广泛运用。与常规TBM使用场景相比，抽水蓄能电站地下洞室具有洞径小、距离短、孤段多、转弯急、坡度大的特点。现在的水电定额体系中缺少相关子目，而且水利工程及市政工程中的定额与抽水蓄能电站的特点不相匹配。本文以5个正在使用小断面TBM施工的电站为样本，现场测定施工消耗量，为预算定额编制提供借鉴。关键词：小断面TBM；补充定额；消耗量；投资对比中图分类号：TU723.3文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0111-04DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1111Research on Excavation Consumption of 3.5-meter Diameter TBM in the Construction of Pumped Storage Drainage CorridorZHANG Jumei1，DAI Honghui2，ZHANG Yunfei3，ZHU Dequan4（1.State Grid Xinyuan Holding Co.，Ltd，Beijing 100052，China；2.Huadong Engineering Co.，Ltd，Hangzhou 311100，China；3.China Quality Certification Centre，Nanjing 210019，China；4.Zhejiang Ninghai Pumped Storage Co.，Ltd，Ningbo 315000，China）Abstract：In order to cope with the shortage of construction workers and promote the green construction of power stations，small-section TBM is widely used in drainage corridors and gravity drainage tunnels of pumped storage power stations.Compared with the conventional TBM application scenario，the underground cavern of pumped storage power station has the characteristics of small tunnel diameter，short distance，many isolated sections，sharp turn and large slope.The current hydropower quota system lacks relevant sub-items，and the quotas in water conservancy projects and municipal projects do not match the characteristics of pumped storage power stations.In this paper，five power stations under construction with small cross-section TBM are taken as samples，and the construction consumption is measured on the spot，which provides reference for budget quota compilation.Keywords：small cross-section TBM；supplementary quota；consumption；investment comparison1引言截至2022年11月15日，“十四五”期间已核准抽水蓄能电站共计43个，装机规模合计5709.8万千瓦，抽水蓄能开发建设速度明显加快。此时，二十大报告对我国生态文明建设提出一系列新要求和新部署，建设生态电站、绿色电站的需求更加紧迫。TBM（Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机）是近年来发展较快的一种隧洞施工技术，是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖衬砌配套设备。TBM工法是一种快速、高效、安全、机械化程度很高的施工技术，在安全、质量、作者简介：张菊梅，高级经济师，研究方向：抽水蓄能电站造价管理。代洪慧，高级工程师，研究方向：水电工程造价管理。3.5米直径TBM在抽水蓄能排水廊道施工中的掘进消耗量研究张菊梅1，代洪慧2，张芸菲3，朱德全4（1.国网新源控股有限公司，北京 100052；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311100；3.中国质量认证中心，江苏 南京 210019；4.浙江宁海抽水蓄能有限公司，浙江 宁波 315000）建 筑 经 济2023年112环境保护和进度上有着突出优势。但传统TBM设备无法适应抽水蓄电站洞径小、长度短、孤段多、转弯急、坡度大的特点。经优化设计、整合断面、优化设备、简化功能后，小断面、小转弯半径TBM被引入到文登抽水蓄能电站排水廊道和自流排水洞开挖掘进中，随后在宁海、洛宁、桐城、平江和缙云等电站排水廊道及自流排水洞开挖中，在安全、质量和进度上都凸显了机械化施工的优势，但是相对传统钻爆法经济性优势 不足。目前，国内相关学者主要对小断面TBM在抽水蓄能地下洞室应用的相关技术问题展开研究。李富春、徐艳群等对TBM在我国抽水蓄能单站应用的可行性进行了探讨；王洪玉、朱静萍等对TBM在抽水蓄能电站的应用部位和应用思路进行分析。TBM在抽水蓄能电站应用的可行性和关键技术得到了一系列论证和研究，文登电站试点成功后在其它5个电站进行了推广应用。与技术研究相对充分而言，3.5M直径TBM在抽水蓄能电站排水廊道和自流排水洞开挖中的实际消耗量方面研究尚有不足。目前国内涉及到TBM的定额主要是水利工程概预算补充定额（掘进机施工隧洞工程）以及市政工程地铁轨道交通的定额，其中水利工程TBM补充定额适用于隧洞开挖直径4m至10m的范围且测定时样本数据较少，地铁工程TBM适用于开挖直径6m左右的隧洞。亟需补充3.5米直径TBM在抽水蓄能电站排水廊道和自流排水洞开挖中的实际耗量，为打造绿色、生态、安全、环保电站，广泛推行机械化施工提供数据 参考。2小断面TBM设备特点及综合费用组成（1）设备特点应用于抽水蓄能电站排水廊道和自流排水洞的3.5米直径TBM由核心区域和后配套两部分组成，核心区域全长7m左右，包括刀盘、主驱动、盾体、推进油缸、撑靴、主机皮带机等，负责TBM开挖、开挖方向的调整执行、设备的支撑推进、刀盘渣料的运输传导等动能。后配套部分包括高压变配电设备、一次风筒延伸、吊机、控制柜、空气压缩系统、污水箱、供水管延伸系统等，负责TBM高压变配电、弱电控制、空气压缩、供排水、一次风筒延伸等功能，为TBM服务机构。（2）施工综合费用组成TBM工法综合费用包括设备进退场费、设备安装及拆卸费、开挖掘进和出渣费，以及其他施工辅助成本。其他施工辅助成本包括办公及生活设施、仓库、胶带机系统、施工通风、施工供电、施工供水、施工排水、组装洞室和拆卸洞室开挖支护及回填，总包管理费等。本文研究和测定的是TBM掘进资源消 耗量。3小断面TBM掘进资源消耗量测定方法本研究按照现场测定与调研收资相结合的原则，根据TBM法施工特点，设计了掘进产量记录表和各类资源消耗量统计表格。并搜集整理了5个样本电站排水洞TBM开挖的施工方案、作业指导书及设计方案等资料，对统计数据中偏差较大的进行剔除，然后按照数理统计的方法进行处理、计算、分析，获取相关的资源消耗量数据；再根据定额编制方法提出工、料、机消 耗量。（1）数据统计表掘进产量记录表中主要记录每日TBM掘进的长度，掘进工作的开始、结束时间，开始、结束桩号，工作过程中损失或停工的时间等信息。通过记录TBM掘进开挖的基本信息，直接反映施工过程的基本情况，掌握施工的基本信息。此外记录内容中记录的各工序对应开始时间、结束时间、完成的产量为获取施工时间及计算工效奠定基础。工、料、机资源投入表主要记录现场实际投入的人员种类及数量，主要机械的数量及型号，每班现场实际使用的材料类别及数量。其中机械包括TBM设备和梭式矿车（定制）、转渣皮带机（定制）、材料平板车（定制）、门式起重机等出渣及配套设备。人工数量信息包括配置人数；材料数量信息包括使用材料的品种、规格和消耗量；这些信息为计算工、料、机消耗量直接 服务。（2）工、料、机数据分析思路及步骤1）人工总消耗量根据工程实际投入的各工种人员及其数量，以及实测样本反映的作业时间计算各实测样本中人工总工时消耗量。不同工种根据作业内容，划分为机上人工和非机上人工两类，机上人工最终将折算进入相应施工机械台时费中，非机上人工最终将根据技术等级划分、归类汇总后直接进入TBM掘进定额子目的人工项 目中。2）材料总消耗量材料消耗量根据现场每个工作班消耗的材料的种第 44 卷第 S1 期113类及消耗量计算循环内各类材料的总消耗量。对统计数据中材料消耗明显异常的数据进行原因分析后做出 取舍。3）施工机械总台时消耗量根据工程实际投入的各型号施工机械及其数量，以及记录表中反映的工作时间计算施工机械总台时消耗量。4）计算TBM单位开挖量对应的工料机消耗量根据实测记录表中记录的实际开挖产量数据，计算对应开挖量下的工料机消耗量，在数据处理过程中默认实际开挖量和出渣量相同。4小断面TBM掘进资源消耗量实测（1）人工消耗量按照施工期间每天各等级人工数量、工作时长除以每个日志样本的掘进方量并换算至定额单位，计算得到每100m3TBM掘进开挖人工消耗量。剔除非正常工况的样本数据后，将有效样本的人工消耗量经数理统计分析后，可得TBM每掘进100m3石方而消耗的班组长、技工和普工的工时数。人工工时消耗量计算见表1。（2）材料消耗量根据现场材料消耗台账，领用的材料可以分为刀具、油料（液压油/齿轮油）、油脂、高压电缆、轨道、维保、出渣及其他8类，其中刀具、油料（液压油/齿轮油）、油脂相关的材料费用计入TBM掘进定额的材料费中；维保材料费用计入TBM台时费的材料费中，高压电缆和轨道的铺设、拆除及摊销费用在一般项目中计列。由于刀具更换通常只是刀圈及部分轴承材料替换，每天油料（液压油、润滑油）的加注或替换数量相差较多，所以刀具和油料的消耗量是根据实际发生的总金额结合材料单价进行计算。TBM掘进施工除了消耗刀具、油料等材料外，还包括现场使用的其他无法具体量化到定额子目中的材料费，参考其他行业类似定额、现场领用资料数据等，按TBM主要材料费的3%计取。（3）机械消耗量根据现场每班实测记录数据提取有效掘进作业时间除以每班的掘进方量并换算至定额单位，得到每个样本每100m3开挖方量对应的TBM设备台时消耗量，剔除非正常工况的样本数据后，将有效样本的TBM设备台时消耗量经数理统计分析后可得TBM每掘进100m3石方消耗的TBM设备台时。台时消耗量计算见表2。TBM掘进施工除了TBM及配套主要设备以外，还包括TBM掘进过程中使用的其他辅助机械设备，其他机械费参考其他行业类似定额、合同报价资料按TBM机械使用费的3%计取。（4）人、材、机消耗量计算结果通过对3.5米直径TBM施工实测数据进行汇总统计和理论计算，得出人工、材料和机械消耗量成果见表3。张菊梅，等3.5米直径TBM在抽水蓄能排水廊道施工中的掘进消耗量研究表1TBM掘进人工耗量计算表工作时长掘进方量（m3）人工配置（人）掘进人工耗量（工时/100m3）班组长 技师普工班组长技师普工1273.822532.5232.5281.3012130.941169.169.1654.991277.4322531.0031.0077.491250.5111623.7623.76142.551272.6822533.0233.0282.551281.7411614.6814.6888.081290.5222526.5126.5166.2812126.521169.489.4856.911260.5622539.6339.6399.081296.411612.4512.4574.69表2TBM掘进机械耗量计算表班组时间（h）班次进尺（m）掘进方量（m）有效掘进时间（min）掘进机械耗量（台时/100m3）1217.674121.3945337.3212213.617135.0115807.161218.052143.0634775.561225.253148.3164374.911217.558155.8744895.231228.5164.3744794.861219.413173.7874904.712213.157186.9445725.11216.298193.2423603.112210.025203.2675714.68建 筑 经 济2023年114表33.5米直径TBM实测开挖掘进消耗量表定额单位：100m3编号项目名称单位消耗量一人工1班组长工时45.652技师工时9.133普工工时127.82二材料1刀具套0.692油脂kg81.003其他材料费%3三机械1TBM 3.5m台时7.312其他机械费%3.005实测基础价格确定及基本直接费计算5.1基础价格确定（1）人工预算单价根据收集到的现场TBM施工人员每个月的考勤表、工资表，按照生产人员工种类别、人工工资和现场实际工作时间，按照现行水电工程行业定额标准中的人工费费用构成内容，分析计算各等级人工预算单价。（2）材料预算单价为保证基本直接费测定成果与合同价（基本直接费部分）比较时，避免材料价格差异对比较结论的影响，材料预算价格直接采用研究对象所属标段合同价格。刀具单价为25000元/套、油脂单价按19.5元/kg计取。（3）施工机械台时费按照 全国统一施工机械台班费用编制规则，机械台时费包括两类费用。第一类费用包括折旧费、维护保养费（包括大修理费和经常修理费）、安装拆卸费等，第二类费用包括机上人工费、燃料动力费和其他费用等。按照贾立敏提出的方法结合GB/T 34652-2017给出的主轴承设计寿命计算TBM（3.5m）台时费。5.2基本直接费计算以拟定的3.5米直径TBM隧洞开挖掘进施工消耗量，结合相应的人材机预算单价，计算其基本直接费见表4。6结语基于现行水电行业定额体系无法满足3.5米直径TBM掘进单价编制的背景，本文依托宁海、缙云、洛宁、平江、桐城5个抽水蓄能电站排水廊道3.5米直径TBM开挖的实测数据，编制了3.5m直径TBM掘进补充定额，提出3.5米直径TBM掘进基本直接费544元/m3。研究成果介于 水利工程概预算补充定额（掘进机施工隧洞工程）4米直径的TBM开挖单价（100MPa150MPa）374元/m3以及5个抽蓄TBM施工合同价的平均基本直接费940元/m3之间，基本合理。编制的价格水平能反映市场水平，可为业内掌握3.5m直径TBM掘进施工成本、投标报价、解决变更索赔等提供参考，也能为行业定额补充修订提供基础。参考文献1 鹿俊皓，王江，柯贤博.秦岭复杂地质环境隧洞TBM快速掘进技术研究J.水利建设与管理，2022（10）.2 李富春，徐艳群，施云龙.我国抽水蓄能领域TBM应用探 讨J.建筑机械，2021（5）.3 王洪玉，朱静萍，蒋滟.抽水蓄能电站TBM应用研究思路J.电力设备管理，2021（3）.4 乔天霞，佟德宇.沥青混凝土面板整平胶结层施工消耗量研究J.建筑经济，2022（7）.5 周小松.TBM法与钻爆法技术经济对比分析D.西安：西安理工大学，2010.表43.5米直径TBM实测基本直接费计算表定额单位：100m3编号项目名称单位消耗量单价（元）合计（元）一人工4769.151班组长工时45.6538.241745.662技师工时9.1321.76198.673普工工时127.8222.102824.82二材料19853.251刀具套0.6925000172502油脂kg81.0025.0020253其他材料费%319275.00578.25三机械29785.981TBM 3.5m台时7.313956.0128918.432其他机械费%328918.43867.55四合计54408.38