鐵路隧道工程超挖回填費(fèi)用計(jì)算規(guī)則研究

吳 煒， 張恒輝

(1. 中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司， 北京 100038； 2. 中鐵隧道局集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 511458)

0 引言

2017年5月，國家鐵路局通過國鐵科法〔2017〕33號(hào)文發(fā)布了《鐵路工程預(yù)算定額(第3冊(cè) 隧道工程)》[1](以下簡稱新定額)等14項(xiàng)鐵路工程造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。新定額開挖子目消耗量中包含允許超挖及預(yù)留變形量，超挖回填的工程數(shù)量及方式需由設(shè)計(jì)單位計(jì)算。但目前針對(duì)隧道超挖回填量沒有相關(guān)規(guī)范或計(jì)算規(guī)則能夠準(zhǔn)確進(jìn)行定量分析，影響概算編制水平。因此有必要統(tǒng)一超挖回填量的計(jì)算規(guī)則。

隧道超挖回填工程量的計(jì)算及其對(duì)隧道施工成本的影響是目前研究的重點(diǎn)。王飛等[2]針對(duì)蒙華鐵路水平巖層隧道超挖數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，給出了合理取值； 王國寧[3]根據(jù)公路定額，研究了公路隧道超挖回填對(duì)施工成本的影響； 王承山[4]從施工技術(shù)與管理方面提出控制隧道超挖回填的主要途徑。但上述研究都沒有給出設(shè)計(jì)階段超挖回填量及其費(fèi)用的計(jì)算規(guī)則。本文以350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道為例，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，提出鐵路隧道超挖回填方式及工程數(shù)量的計(jì)算規(guī)則，并對(duì)超挖回填費(fèi)用的變化進(jìn)行對(duì)比分析。

1 超挖原因及允許超挖值

隧道超挖工程數(shù)量是指設(shè)計(jì)圖紙中開挖數(shù)量未包含的部分。目前高速鐵路隧道設(shè)計(jì)圖紙中的開挖數(shù)量包括隧道凈空開挖數(shù)量和復(fù)合襯砌數(shù)量，預(yù)留變形量與允許超挖量在設(shè)計(jì)圖紙中均無定量體現(xiàn)。

預(yù)留變形量是為了充分發(fā)揮圍巖自承作用，容許初期支護(hù)和圍巖有一定變形，而將設(shè)計(jì)開挖線適當(dāng)擴(kuò)大的預(yù)留量[5]。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)留變形量通常參考TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，不同級(jí)別圍巖預(yù)留變形量如表1所示[6]。淺埋、軟巖、跨度較大隧道預(yù)留變形量取大值，深埋、硬巖、跨度較小隧道預(yù)留變形量取小值。本文在計(jì)算時(shí)，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖預(yù)留變形量取為30 mm，Ⅳ級(jí)圍巖預(yù)留變形量取為60 mm，Ⅴ級(jí)圍巖預(yù)留變形量取為90 mm。

表1 不同級(jí)別圍巖預(yù)留變形量

隧道允許超挖量是由于爆破作業(yè)擾動(dòng)、圍巖應(yīng)力釋放及施工方法等影響因素造成開挖線適當(dāng)擴(kuò)大，但不影響隧道施工質(zhì)量安全的超挖量。在實(shí)際施工中，一般參考Q/CR 9604—2015《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》[7]，各部位平均線性超挖值如表2所示。平均線性超挖值等于超挖橫斷面積與設(shè)計(jì)開挖斷面周長(不含隧底)的比值。

表2 隧道允許超挖值

隧道實(shí)際的開挖斷面如圖1所示，開挖線是非線性的。

2 超挖工程量分析

從平均線性超挖值的定義可以推導(dǎo)出超挖斷面面積等于平均線性超挖值乘以設(shè)計(jì)開挖斷面周長。本文以350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道通用參考圖(見圖2)的不同圍巖基礎(chǔ)斷面為例，計(jì)算每延米超挖量。

圖1 隧道實(shí)際開挖斷面示意圖

Fig. 1 Sketch of actual excavation cross-section of tunnel

圖2 350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道通用參考圖

Fig. 2 General referenced sketch of double-track tunnel of 350 km/h passenger-dedicated line

從圖2可以看出，不同級(jí)別圍巖的隧道內(nèi)輪廓面積是一致的，仰拱或底板以上的拱部和邊墻開挖外邊線近似為同一圓心的圓弧，可以按圓弧來計(jì)算拱部和邊墻的設(shè)計(jì)開挖斷面周長，圓弧半徑是內(nèi)輪廓半徑與復(fù)合襯砌厚度之和。而對(duì)于仰拱或底板，為簡便計(jì)算，本文按仰拱混凝土數(shù)量與厚度的關(guān)系計(jì)算允許超挖量。預(yù)留變形量超挖量參照允許超挖量計(jì)算。新定額不同級(jí)別圍巖每延米隧道超挖數(shù)量見表3。

本文計(jì)算的Ⅱ級(jí)圍巖設(shè)計(jì)參考圖是無仰拱襯砌的，只有底板混凝土。因底板開挖較淺，底板找平混凝土僅10 cm厚，且實(shí)際施工時(shí)后續(xù)撿底工序施工誤差能夠得到較好控制，再以10 cm計(jì)算線性超挖值存在超挖過大的問題。因此本文設(shè)定Ⅱ級(jí)圍巖底板的允許超挖量按底板混凝土的20%計(jì)算。

表3 新定額不同級(jí)別圍巖每延米超挖量計(jì)算表

3 超挖回填工程量分析

允許超挖是施工造成的非設(shè)計(jì)開挖，為保證工程質(zhì)量，允許超挖的回填量應(yīng)按平均線性超挖值全部計(jì)算工程量。按照《高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》的要求，普通隧道二次襯砌施工時(shí)機(jī)為水平收斂(拱角7 d平均值)小于0.2 mm/d。設(shè)計(jì)預(yù)留變形量一般稍大于圍巖實(shí)際變形量，加之圍巖收斂的不均勻性，會(huì)造成襯砌混凝土數(shù)量增大，因此應(yīng)按普通隧道收斂的平均水平來計(jì)算回填工程量。根據(jù)在建的張吉懷鐵路吉首隧道、鄭萬鐵路向家灣隧道現(xiàn)場襯砌前實(shí)測斷面值可知，開挖斷面實(shí)際收斂量為預(yù)留量的56%～69%，本文暫以預(yù)留變形量的1/3(收斂比為66%)來計(jì)算工程量。不同級(jí)別圍巖每延米不同部位回填工程數(shù)量見表4。

表4 不同級(jí)別圍巖每延米不同部位回填工程數(shù)量計(jì)算表

鐵建設(shè)〔2010〕223號(hào)《鐵路工程預(yù)算定額(第3冊(cè) 隧道工程)》[8](簡稱為舊定額)中，超挖回填量包含在襯砌定額子目消耗量中。本文以350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道通用參考圖，按舊定額計(jì)算出不同部位每延米隧道考慮的回填數(shù)量，結(jié)果見表5。

表5 舊定額不同級(jí)別圍巖每延米超挖量計(jì)算表

按照新、舊定額計(jì)算的超挖回填量結(jié)果對(duì)比見圖3。可以看出： 在新定額計(jì)算規(guī)則下，拱墻超挖回填量均小于舊定額計(jì)算規(guī)則的回填量，但Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的仰拱回填量大于舊定額計(jì)算規(guī)則的回填量，也導(dǎo)致Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖斷面回填總量大于舊定額計(jì)算規(guī)則的回填量。

4 超挖回填方式及費(fèi)用分析

如上文圖1所示，實(shí)際施工時(shí)為保證防水板背面較為平整，保證防水效果，會(huì)利用噴射混凝土將開挖面噴平補(bǔ)齊，造成噴射混凝土量大于設(shè)計(jì)量。因此本文設(shè)定拱墻的允許超挖回填為噴射混凝土方式回填，仰拱或底板在一般情況下因開挖質(zhì)量能夠得到有效控制，設(shè)定此部分超挖回填為襯砌混凝土回填。為保證二次襯砌厚度滿足設(shè)計(jì)要求，預(yù)留變形量采用襯砌混凝土回填，工程數(shù)量為預(yù)留變形量的1/3。

按照上文新、舊定額回填量計(jì)算的結(jié)果，將新定額按初期支護(hù)噴射混凝土、二次襯砌模筑混凝土共同回填和舊定額全部二次襯砌模筑混凝土回填2種計(jì)算規(guī)則的工程數(shù)量全部套用新定額進(jìn)行計(jì)算，按通用參考圖標(biāo)準(zhǔn)替換混凝土等級(jí)，計(jì)算2種計(jì)算規(guī)則下每延米隧道回填數(shù)量的定額直接費(fèi)情況，結(jié)果見表6。

圖3 新、舊定額計(jì)算超挖回填量對(duì)比表

Fig. 3 Comparison of backfill quantity of tunnel overbreak by new and existing quotas

表6 新、舊定額不同級(jí)別圍巖每延米超挖回填定額直接費(fèi)計(jì)算表

從表6計(jì)算結(jié)果可以看出： 在新定額計(jì)算規(guī)則下，超挖回填費(fèi)用增長明顯，每延米圍巖超挖回填定額直接費(fèi)增長700～1 100元,導(dǎo)致費(fèi)用增長的主要原因是噴射混凝土定額每m3基價(jià)為495元，比二次襯砌混凝土定額每m3基價(jià)(約200元)高一倍多。需要說明的是，如果采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土定額，因定額每m3基價(jià)為455元，新定額計(jì)算規(guī)則的超挖回填定額直接費(fèi)每延米會(huì)降低110～150元。

同時(shí)，在現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，隧道有拱架地段根據(jù)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，一般會(huì)采取噴射混凝土回填，保證圍巖與拱架間的空隙噴填密實(shí)，而無拱架地段則可能根據(jù)實(shí)際情況以襯砌混凝土回填。因此，本文計(jì)算規(guī)則采用的回填方式與實(shí)際現(xiàn)場還有一些不同，但費(fèi)用差異不大，為方便設(shè)計(jì)概算的編制，新定額計(jì)算規(guī)則可以采用上述回填方式進(jìn)行概算費(fèi)用的計(jì)算。

5 結(jié)論與討論

本文以350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道通用參考圖工程量為基準(zhǔn)，按照新定額超挖回填計(jì)算要求，提出隧道不同圍巖超挖回填量費(fèi)用的計(jì)算規(guī)則。計(jì)算結(jié)果顯示，新定額350 km/h客運(yùn)專線雙線隧道超挖回填費(fèi)用漲幅為700～1 100元/延米。

目前對(duì)超挖回填的定量分析還較為粗獷，在設(shè)計(jì)階段很難準(zhǔn)確估計(jì)回填數(shù)量，仰拱因開挖封閉快，預(yù)留變形量收斂較小，實(shí)際施工中是否預(yù)留變形量還有待商榷，因此本文計(jì)算的超挖回填工程數(shù)量還有優(yōu)化的空間。也需要各設(shè)計(jì)單位廣泛收集施工數(shù)據(jù)，總結(jié)超挖回填量的合理范圍，提高編制概預(yù)算的準(zhǔn)確性。