隧洞工程钻爆法和TBM法的造价编制和比选

井锦旭

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，合肥 230088）

0 引言

钻爆法和TBM法是隧洞开挖的两种基本方法。钻爆法施工组织复杂，工期较长，但地质适应能力较强；TBM法工序简单、施工速度快、安全性好，但对地质条件的适应性差，且设备费用昂贵[1]。因此，对长距离隧洞工程，需进行两种开挖方式的经济技术比较。

本文结合引大济石引水隧洞的造价编制过程和方案比选，分析钻爆法和TBM 法的费用构成、造价编制及不同围岩造价的变化情况，对两种开挖方式的主要费用项目进行比较，探讨两种开挖方式的单位造价指标，为隧洞开挖方式的选择提供一定的造价依据。

1 工程实例

引大济石引水隧洞位于海南省东方市和昌江县，从大广坝引水补充石碌水库，实现昌江县水系连通，提高城镇供水量和供水保证率。隧洞全长30.13 km，引水流量10.8 m3/s，工程等级Ⅱ等，全线基本位于猴猕岭山脉西侧，山体陡峻。根据地质测绘和勘测试验结果分析，隧洞Ⅱ类围岩约占54%，Ⅲ类围岩约占27%，Ⅳ、Ⅴ类围岩约占19%。

根据主隧洞开挖方式不同，拟进行两个方案比选，分别为钻爆法和TBM法。钻爆法隧洞断面采用城门洞结构形式，TBM法采用圆形，其隧洞尺寸见表1。

表1 钻爆法和TBM法隧洞尺寸

2 工程费用划分

为了清晰地对钻爆法和TBM 法进行比较，分别从建筑工程、临时工程和征地移民3 个方面进行造价比较，其中建筑工程又分为洞身开挖和超前支护，工程费用项目划分见表2。

表2 工程费用项目划分

3 隧洞工程造价编制及分析

本工程投资估算采用水利部颁发的《水利工程设计概（估）算编制规定》（水总〔2014〕429 号）中引水工程标准进行编制，定额采用2002年水利部颁发的《水利建筑工程概算定额》、《水利工程概预算补充定额（掘进机施工隧洞工程）》（水总〔2007〕118号）进行计算。价格水平年为海南省东方市和昌江县2017年第四季度综合价格水平。

3.1 隧洞洞身开挖

3.1.1 钻爆法开挖

钻爆法隧洞开挖主要由钻爆开挖、石渣运输、钢筋混凝土衬砌、固结灌浆及回填灌浆等组成。

工程围岩为Ⅱ～Ⅴ类围岩，对于Ⅱ类围岩，采用手风钻全断面造孔，光面爆破，素混凝土防护衬砌减糙；对于Ⅲ类围岩，采用手风钻全断面造孔，光面爆破，全断面钢筋混凝土衬砌；对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，手风钻开挖，短进尺、小药量、弱爆破，周边光爆破，并根据情况进行一次支护，必要时进行超前支护。隧洞出渣，采用立爪式扒渣机装石渣，3.5 t 自卸汽车洞内运0.5～2 km，洞外运0.5～2 km。此外，根据地质报告确定的岩石分类，Ⅱ、Ⅲ类围岩采用Ⅺ～Ⅻ级石方爆破定额；Ⅳ、Ⅴ类围岩采用Ⅸ～Ⅹ级石方爆破定额。

3.1.2 TBM法开挖

TBM 法掘进主要由TBM 机安装、调试和拆除，掘进开挖，石渣洞内、洞外运输，钢筋混凝土衬砌等组成。

本工程主洞采用2台开敞式TBM 施工，按隧洞设计开挖洞径套用掘进机定额计算确定TBM 掘进开挖洞径为5 m。根据50～100 MPa、100～150 MPa围岩单轴抗压强度套用掘进定额，依据地质报告，新鲜黄岗岩饱和单轴抗压强度为137.9 MPa，占比82.5%；浅变质砂岩饱和单轴抗压强度61.3 MPa，占比17.5%，且基本分布于Ⅳ～Ⅴ类围岩。掘进刀具消耗量受隧洞岩石石英含量影响较大，本隧洞围岩石英含量位于10%～20%之间，为简化计算取平均值，按15%，刀具消耗量不做调整。隧洞总长度为30.13 km，但考虑到施工支洞及其连通的主洞采用的是钻爆法施工，TBM 实际掘进开挖长度小于30 km[2]，故TBM台时费不做调整。

3.1.3 钻爆法与TBM法洞身开挖部分对比

钻爆法与TBM 法隧洞洞身开挖部分投资和造价指标对比见表3。从表3 中可以看出，钻爆法开挖，Ⅱ类围岩单位指标为1166万元/km，随着围岩类别降低，钻爆造价指标增高。这是由于随着围岩类别降低，在隧洞成洞尺寸一致的情况下，隧洞开挖尺寸和衬砌厚度都相应增加（见表1）；TBM开挖时，Ⅱ类围岩与Ⅲ类围岩单位指标变化不大，Ⅳ、Ⅴ类围岩增加较多，这是由于Ⅳ、Ⅴ类围岩需进行地下锚杆和固结灌浆处理。

表3 洞身开挖部分投资和造价指标对比

3.2 隧洞超前支护

超前支护主要包含：双排超前注浆小导管、初喷砼、钢拱架、钢筋网以及复喷砼。对于Ⅱ类围岩，不进行超前支护处理；对于Ⅲ类围岩，采用喷混凝土，设系统锚杆并加钢筋网；对于Ⅳ、Ⅴ围岩，采用小导管注浆超前支护，开挖结束后，立即喷5 cm 厚C30砼作为临时支护，并进行系统锚杆施工，设置钢拱架，以及二次喷砼。钻爆法与TBM法均采用此种支护方式，仅在隧洞尺寸、形状不同进行调整。不同围岩类别的隧洞单位造价指标见表4。

表4 超前支护部分投资和造价指标对比

从表4 可以看出，超前支护造价指标与围岩类别关系较大，Ⅱ类围岩几乎不产生超前支护费用；随着围岩类别降低，超前支护造价指标增高；相同围岩类别，钻爆法比TBM法造价指标要高。

3.3 临时工程

隧洞临时工程主要由施工支洞、临时道路、施工临时供电线路、房屋建筑及其他临时工程等组成，其主要内容的工程量和投资见表5。其中，TBM法临时道路包含了33 km的临时轨道；钻爆法10 kV临时供电工程包含26 台630 kVA 的箱式变压器和12台200 kW的移动式柴油发电机组，TBM法10 kV临时供电工程5 台200 kW 的移动式柴油发电机组和53.4 km 的挖掘机专用线路；房屋建筑工程中的办公、生活及文化福利建筑按1～4 部分投资的1.5%计算；其他施工临时工程按1～4 部分投资的3%计算。

表5 钻爆法和TBM法临时工程对比

考虑到不同围岩中施工支洞、道路、供电线路等临时工程均属于公摊项目，临时工程单价造价指标均一致，经计算钻爆法和TBM法的临时工程造价指标分别为442、381万元/km。

与TBM法相比，钻爆法的单位造价指标比TBM法高16%，这是由于钻爆法设置了12条共7.5 km的施工支洞，长洞短打，来满足施工进度要求。

3.4 移民征地

钻爆法永久占地43 亩，临时占地970 亩；TBM法永久占地34亩，临时占地869亩。其中永久和临时征地主要集中在隧洞进出水口、施工支洞、临时道路。同时，该地区主要种植芒果等热带经济作物，补偿标准较高。其移民征地补偿投资及造价指标见表6。

表6 移民征地投资和造价指标对比

3.5 钻爆法与TBM法综合造价指标

从上述分析可以得出钻爆法和TBM法在不同围岩类别工况下的投资对比见表7。

表7 钻爆法和TBM法综合造价指标对比

从表7可以看出，不同围岩类别，两种开挖方式综合造价指标：

Ⅱ类围岩，钻爆法综合造价指标为1850 万元/km，而TBM 综合造价指标为2639 万元/km，钻爆法综合造价指标比TBM低约30%。

Ⅲ类围岩，钻爆法综合造价指标为3007 万元/km，TBM 法综合造价指标为2758 万元/km，钻爆法综合造价指标比TBM法高约9%。

Ⅳ、Ⅴ类围岩，钻爆法综合造价指标为4188 万元/km，TBM 综合造价指标为4109 万元/km，钻爆法综合造价指标比TBM 法高约2%，两种开挖方式基本持平。

综上分析，钻爆法在Ⅱ类围岩中的造价指标较低，在Ⅳ、Ⅴ围岩中两种方法基本持平，在Ⅲ类围岩中造价指标相对较高。本工程Ⅱ类围岩长度16.44 km，约占隧洞总长度54%，而Ⅲ类围岩占比27%，因此钻爆投资要远远低于TBM投资。

4 结论

本文中，钻爆法和TBM法造价指标高低与围岩类型关系较大，当围岩类型为Ⅱ类时，钻爆法造价指标最优；当围岩类型为Ⅲ类时，TBM 法造价指标最优；当围岩类型为Ⅳ～Ⅴ类时，钻爆法和TBM 法造价指标基本一致。在实际工程中，长距离隧洞工程往往是多种围岩类型的组合，因此，要结合不同围岩类型对应的隧洞长度来计算隧洞造价总投资，以此来确定方案的经济性。在钻爆法和TBM 法计算过程中，需要注意以下几点：

（1）在采用TBM 法时，掘进机施工人工预算单价按枢纽工程标准进行计算，而不用考虑该工程是否为枢纽标准。

（2）错车洞工程量含在主体工程量中，因此错车洞工程量不必单独计列。

（3）隧洞开挖方式的最终选择要结合工程的施工工期、环境要求、运行维护等方面进行综合比较。