海底超大直徑盾構隧道造價分析研究

肖時輝

(珠海大橫琴股份有限公司， 廣東 珠海　519000)

0　引言

海峽像一道天塹將大陸與大陸、大陸與海島、海島與海島之間隔開,給人們的生活、旅行帶來許多不便。海底隧道不占地、不妨礙航行、不影響生態環境,是一種非常安全的全天候海峽通道[1]。目前世界上最長的海底隧道是日本的青函隧道，修建海底隧道最多的國家是挪威。海底隧道在我國尚處于起步階段，福建廈門翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道、廣東獅子洋海底鐵路隧道和廣東珠海橫琴馬騮洲隧道已經建成，更多的海底隧道也在修建或規劃中[2]。福建廈門翔安海底隧道[3-4]和青島膠州灣海底隧道[5]主要采用鉆爆法； 廣東獅子洋海底鐵路隧道(外徑10.8 m)[6-7]和珠海橫琴馬騮洲隧道(外徑14.5 m)采用盾構法。

國內對海底隧道的造價研究文獻還較少。珠海橫琴馬騮洲隧道作為國內第1條海底超大直徑盾構隧道，對其進行造價分析研究具有重要價值。盡管住房和城鄉建設部于2015年發布的ZYA 1-31-2015《市政工程消耗量定額》(簡稱《市政定額》)中包含了直徑15.5 m超大直徑盾構隧道的子目，但該定額主要是針對陸域隧道或越江隧道，海域隧道因基巖突出、海水腐蝕、復雜地層、潮汐影響和大風環境等因素，不僅施工方面面臨挑戰，而且造價控制和管理方面也具有特殊性。

本文對珠海橫琴馬騮洲隧道的盾構造價進行分析研究，通過3年現場跟蹤，對現場盾構工藝的實際工、料、機消耗量進行測定、整理、分析，研究海域條件如基巖凸起、海水腐蝕、復雜地層、潮汐影響和大風環境等因素對盾構隧道造價的影響，分析盾構安拆、盾構掘進、同步注漿和管片拼裝等工藝的工、料、機消耗量，形成海底超大直徑盾構隧道成套企業定額。研究結果可為企業概算、結算精細化管理提供可靠支撐。

1　項目概況

橫琴島位于珠海市南部，珠江出海口西側，東隔十字門水道與澳門相鄰，南瀕南海，西鄰磨刀門水道，北與珠海南灣城區隔馬騮洲水道相望，如圖1所示。

圖1　橫琴島位置圖

馬騮洲隧道工程連接珠海市南灣城區和橫琴新區，如圖2所示。隧道段全長約2 834.6 m，其中隧道盾構段長1 082 m，為雙向6車道，隧道外徑14.5 m。采用1臺海瑞克φ14.93 m泥水加壓平衡盾構施工，盾構由南岸工作井始發，完成西線隧道推進后在北岸工作井調頭，然后完成東線隧道盾構推進施工。盾構所穿越的馬騮洲水道是珠江口西側一條重要航道，也是澳門通往珠江三角洲和粵西沿海及海南島的出入口。隧道段地層分布極不均勻，有②1淤泥、②2黏土、②3中粗砂夾黏土、②4淤泥質黏土、③1粉質黏土夾砂、④中粗砂、⑤礫質黏性土、⑥1全風化花崗巖、⑥2強風化花崗巖，局部涉及⑥3中風化花崗巖。受海水潮汐影響，水位差約1.5 m，在暴雨季節可達3 m,臺風季節最大潮時，最高洪水位標高約3.7 m。

該工程概算建安費為20.47億元，其中隧道盾構工程建安費6.86億元。隧道段于2015年8月開工，計劃于2017年3月完成貫通，實際于2017年11月完成貫通。實際完成日期較計劃日期延后主要是由于進行凸起基巖預處理、江中保壓試驗、帶壓進艙換刀、臺風季節影響及海上施工相關證件的辦理等引起的。

圖2　馬騮洲隧道地理位置圖

2　影響海底隧道造價的特殊因素

2.1　基巖凸起

越江隧道一般位于江河的沖積平原，以穿越軟土地層為主。而我國沿海海岸基巖廣為分布，多由花崗巖、玄武巖、石英巖和石灰巖等各種不同山巖組成[8]。馬騮洲隧道東線、西線推進范圍內均有基巖凸起。

以西線為例，基巖凸起位于水道中間，長約104 m。在盾構進洞段進行刀具檢查時發現： 104把滾刀中有75把滾刀出現偏磨現象，分布在刀盤外周3 m范圍內，偏磨量最大約40 mm；有7把滾刀出現刀圈掉落現象，分布在刀盤圓弧段與正面交界處。施工現場進行了刀具更換，外周滾刀全部更換為60 cm(18寸)重型滾刀，其余更換為56.67 cm(17寸)滾刀并加裝30把貝殼刀，西線全線換刀時間約37個工作日。

馬騮洲隧道由于基巖凸起引起更換滾刀118把、刮刀192把。換刀期間每天工作人員為15～35人，換刀人工費用每天約3 300元/人，工期影響約3個月，基巖凸起引起刀具更換的造價增加約1 200萬元，盾構掘進段單項造價約提高15%，具體如表1所示。

表1　基巖凸起引起刀具更換的造價

2.2　復合地層

越江隧道一般位于江河的沖積平原，土層較為單一，而海域由于入海口受江河水流、洋流、潮汐的影響，水底水流更為復雜，常存在復合地層。最典型的復合地層是“上軟下硬”地層，馬騮洲隧道即處于此種復合地層中。在盾構掘進過程中，需經常變換盾構施工模式、不斷調整盾構姿態并對盾構配置進行適當調整[9]，最直接的影響是施工降效。以正常段掘進盾構臺班消耗量為例，不同地質條件下盾構臺班消耗量對比如表2所示。其中： A1段主要地層為淤泥； D4段為中粗砂、淤泥質黏土、淤泥、黏土； F5段為中粗砂夾淤泥、中粗砂、淤泥質黏土、淤泥、黏土； L8段為淤泥質黏土、中粗砂、中粗砂夾淤泥、礫質黏性土、粉質黏土夾砂、中粗砂夾黏土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖等。

表2不同地質條件下盾構臺班消耗量對比

Table 2Comparison of consumption of shield machines under different geological conditions

地質段A1段D4段F5段L8段單位消耗量/(臺班/m)0.3130.3560.4080.46

經分析發現： 隨著地層巖土類別增加以及上軟下硬情況的突出，開挖機械的單位臺班量相應增加，“上軟下硬”復合地層機械臺班消耗量增加約20%。

2.3　海水腐蝕

同時，襯砌后的壓漿也需摻入粉煤灰、膨潤土和微沫劑等外加劑。馬騮洲隧道襯砌后壓漿量約26 000 m3，添加外加劑引起造價增加約120萬元，襯砌后壓漿造價指標增加約4%。

此外，海洋水域對泥水質量影響較大，馬騮洲隧道現場對多種材料、多種水質、多種配合比進行試驗，加入海帶粉、海藻酸鈉和HS-1 3種外加劑。海水是典型的電解質溶液，含鹽量、溫度、溶氧量、pH值、流速與波浪、海生物等對施工機械的使用壽命產生一定的影響。盡管暫時無法對海水腐蝕引起的盾構損耗進行量化，但這個影響是確定存在的，海水腐蝕會加快盾構的損耗，加大折舊率，增加盾構臺班費用。

2.4　潮汐影響

內陸地區的江河水位在一定時間內一般都保持相對穩定，因此，水壓力一般情況下相對穩定。馬騮洲水道受海水潮汐影響，水位差一般為1.5 m，在暴雨季節可達3 m。水位差導致水壓力頻繁變化，在此條件下，盾構掘進需更加謹慎，進而引起施工降效，增加盾構施工的造價，但其不是影響造價的主要因素。

通過對潮汐時間進行統計，采用有無對比法對工程費用進行分析研究，潮汐影響引起施工降效約0.5%。

2.5　大風環境

由于海洋和陸地比熱容的差異，陸地升溫快，降溫也快，海洋則比較遲緩，升溫慢，降溫也慢，引起海陸間熱力性質差異，氣壓差明顯，容易形成海陸風[11]。由于海面是平坦的，沒有什么阻礙物，風所受的阻力較小，容易形成大風環境。在此條件下，受影響較明顯的是盾構吊裝(拆)造價，對起重機械的選型及耗材如鋼絲繩的消耗量均產生一定影響，即使有時無風，也需按起風儲備考慮相應的施工工藝。根據現場測定，盾構吊裝(拆)的鋼絲繩實際消耗量約為《市政定額》鋼絲繩消耗量的1.15倍。

3　海底盾構隧道企業定額測定與分析

3.1　盾構安拆企業定額測定與分析

3.1.1盾構安拆主要工作內容

盾構吊裝的主要工作內容為起吊機械設備和盾構載運車就位、盾構吊入井底基座和盾構安裝等； 盾構吊拆的主要工作內容為拆除盾構與車架連桿、起吊機械及附屬設備就位、盾構整體吊出井口和上托架裝車等。

海域條件下對盾構吊裝和吊拆造價產生影響的主要為吊裝(拆)機械及吊裝(拆)耗材的消耗量。海岸線地層的不穩定以及海岸的大風環境，會影響起重設備的選型，增加耗材的消耗量，增加吊裝(拆)設備的工作時間。因此，重點分析海域條件對盾構吊裝(拆)機械及吊裝(拆)耗材消耗量的影響。

3.1.2盾構安拆定額消耗量對比

根據馬騮洲隧道盾構吊裝與吊拆工料機的消耗量，與《市政定額》消耗量進行對比，將消耗量差異較大的工料機對比結果匯總，如表3和表4所示。

表3　盾構吊裝定額主要差異對比

表4　盾構吊拆定額主要差異對比

3.1.3盾構安拆定額差異性主要原因分析

經對比可知，馬騮洲隧道盾構吊裝(拆)起重設備(如起重機)以及耗材(如鋼板、鋼絲繩)消耗量均高于《市政定額》消耗量，人工消耗量低于《市政定額》消耗量。

通過對馬騮洲隧道實測消耗量進行分析發現，海域條件對盾構吊裝(拆)起重機械消耗量確實存在影響。以盾構吊裝的300 t履帶式起重機消耗量為例，馬騮洲隧道實際消耗量為65.396臺班/臺，而《市政定額》消耗量僅為39.808臺班/臺。海域條件同樣對吊裝(拆)耗材消耗量也有影響，如馬騮洲隧道吊裝的鋼絲繩消耗量為2 111.980 kg/臺，而《市政定額》消耗量僅為1 834.118 kg/臺。雖然海域條件增加了吊裝(拆)設備的機械臺班消耗量，但在分析過程中發現人工消耗量卻比《市政定額》消耗量低很多。以盾構吊裝的人工消耗量為例，馬騮洲隧道消耗量為1 744.500工日/臺，《市政定額》消耗量為6 085.350工日/臺。這主要是因為社會生產力水平的提高、盾構隧道工藝的普及、施工相關操作人員技術的提高以及施工機械化的發展，導致人工消耗量減少。

3.2　盾構掘進定額研究

3.2.1盾構掘進主要工作內容

包含操作盾構掘進機、水力出土、管片拼裝、螺栓緊固、施工管路鋪設、照明、運輸、供氣通風、貫通測量、通信和排泥水輸出井口等。海域條件下對盾構掘進造價產生影響的主要為盾構消耗量，因此，重點分析海域條件對盾構消耗量的影響。

3.2.2盾構掘進定額消耗量對比

根據馬騮洲隧道盾構掘進工、料、機消耗量，與《市政定額》消耗量進行對比，將消耗量差異較大的工料機對比結果匯總,如表5—8所示。

表5　負環段掘進定額主要差異對比

表6　入洞段掘進定額主要差異對比

表7　正常段掘進定額主要差異對比

表8　出洞段掘進定額主要差異對比

3.2.3盾構掘進定額差異性主要原因分析

經對比可知，馬騮洲隧道盾構掘進大部分工、料、機消耗量均低于《市政定額》消耗量。

在對馬騮洲隧道盾構掘進工、料、機消耗量進行分析后發現，馬騮洲隧道消耗的工、料、機消耗量大部分少于《市政定額》中對應的消耗量，尤其是人工和盾構消耗量。以正常段掘進為例，馬騮洲隧道人工消耗量為20.616 工日/m、挖掘機消耗量為0.277 臺班/m，而《市政定額》消耗量分別是64.667 工日/m和0.750 臺班/m，差異非常大，主要原因一方面是工人操作熟練、技術水平提高，另一方面是盾構工藝成熟、盾構能效高。

在海域條件下進行盾構掘進，盾構的使用成本比陸域隧道或越江隧道高，尤其是盾構的折舊費、大修理費和經常修理費。為體現盾構掘進的真實造價，在盾構臺班費中不考慮盾構折舊費和大修理費，僅考慮經常修理費。對于經常修理費，查閱現行相關機械臺班定額可知，盾構經常修理費在1 800 元/臺班左右，但海域條件下的基巖凸起和復合地層增加了盾構經常修理費，刀具的更換也應按經常修理費納入盾構臺班費中。經分析可知，本工程中企業定額盾構臺班費為 19 008.01 元/臺班。

3.3　同步注漿定額分析

3.3.1同步注漿主要工作內容

包括制漿、運漿、盾尾同步壓漿、補壓漿、封堵和清洗等。

海域條件下對同步注漿的影響主要為漿水需摻入粉煤灰、膨潤土和微沫劑等外加劑，且對摻入量要求較高。分析重點為海域條件對外加劑消耗量的影響。

3.3.2同步注漿定額消耗量對比

根據馬騮洲隧道盾構同步注漿工、料、機的消耗量，將其與《市政定額》消耗量進行對比，得到消耗量差異較大的同步注漿定額對比結果，如表9所示。

表9　同步注漿定額主要差異對比

3.3.3同步注漿定額差異性主要原因分析

經對比，馬騮洲隧道同步注漿的外加劑消耗量均高于《市政定額》消耗量。

海域條件對同步注漿定額消耗量的影響主要為粉煤灰消耗量較大，外加劑消耗量增加。馬騮洲隧道粉煤灰實際消耗量為11.124 t/10 m3，而《市政定額》消耗量僅為9.270 t/10 m3。

3.4　預制鋼筋混凝土管片定額分析

3.4.1預制鋼筋混凝土管片主要工作內容

包括鋼模安裝、拆卸清理、刷油、測量檢驗、吊運混凝土、澆搗、入養護池蒸養、出槽堆放和抗滲質檢等。

海域條件雖然對定額的各工、料、機消耗量影響不大，但對混凝土材料價格影響非常大。分析重點為海域條件對混凝土材料價格和外加劑消耗量的影響。

3.4.2預制鋼筋混凝土管片定額消耗量對比

根據馬騮洲隧道盾構預制鋼筋混凝土管片工、料、機的消耗量，將其與《市政定額》消耗量進行對比，消耗量差異較大的工、料、機對比結果如表10所示。

表10　預制鋼筋混凝土管片定額主要差異對比

3.4.3預制鋼筋混凝土管片定額差異性主要原因分析

經對比可知，馬騮洲隧道預制鋼筋混凝土的外加劑消耗量高于《市政定額》消耗量，且混凝土材料價格高于《市政定額》材料基價。

海底隧道管片不能使用普通混凝土，因此，馬騮洲隧道采用P·II型硅酸鹽水泥、抗滲等級為P12的C55水下混凝土，材料價格約增加65 元/m3。另外，外加劑采用優質粉煤灰，《市政定額》僅給出混凝土外加劑的消耗子目，本次研究在進行預制混凝土管片基價組價時，在外加劑中將粉煤灰材料計入了定額費用，定額單價提高約10 元/m3。

4　工程造價對比分析

4.1　定額基價對比分析

經過以上研究，最終形成8條盾構隧道的企業定額。以概算編制日期2014年2月工、料、機價格作為基期價格，將套用本研究的定額消耗量形成的企業定額基價與套用《市政定額》消耗量形成的《市政定額》基價進行對比，結果如表11所示。

表11　基本價格

馬騮洲隧道雖然受海域條件影響，盾構吊裝(拆)機械費較高，但人工費卻比《市政定額》計價低，企業盾構吊裝(拆)定額基價相對《市政定額》基價較低。由于《市政定額》沒有盾構攤銷費和臺班費相關數據，且基于相同的盾構臺班費用進行對比分析，因此，馬騮洲隧道盾構掘進大部分工、料、機消耗量低于《市政定額》消耗量，企業定額計價相對《市政定額》計價較低。同步注漿和預制鋼筋混凝土管片的定額基價組成主要是材料費用，馬騮洲隧道盾構材料消耗量和材料價格較高，企業定額造價相對《市政定額》造價較高。

4.2　工程造價對比分析

針對本研究中的8條定額，以基期價格為基礎，采用本研究形成的企業定額編制概算建安工程費與《市政定額》編制概算建安工程費和馬騮洲隧道概算建安工程費進行對比，結果如表12所示。

表12概算建安工程費對比

Table 12Comparison of budgetary estimate of construction and installation costs 萬元

　　名稱《市政定額》造價企業定額造價概算造價盾構吊裝吊拆2982681 272盾構掘進10 5959 4149 838同步注漿1 6321 7132 681預制管片7 8598 4978 598　　合計20 38419 89222 389

馬騮洲隧道工程隧道盾構段建安費為68 626 萬元，對應本研究8條定額的概算建安工程費為22 389 萬元，而本研究的企業定額編制概算建安工程費為19 892 萬元。

5　結論與討論

通過分析海域條件對馬騮洲隧道盾構施工造價的特殊影響，確定海域條件的特殊性對盾構隧道造價產生的影響。通過研究分析馬騮洲隧道盾構安拆、盾構掘進、同步注漿和管片拼裝等工藝的工、料、機消耗量，形成企業定額，與《市政定額》進行對比分析。本次研究形成的企業定額可為企業概算、結算精細化管理提供可靠支撐，為國家出臺相關盾構隧道施工定額、提高生產效益提供依據，填補海底超大盾構企業定額的國內空白，推進社會生產力的發展。下一步可對更多的海底盾構隧道進行造價研究，為預算定額的編制提供依據。