基于類比分析法的復雜艱險高原山區鐵路施工組織工期指標關鍵參數研究

王鵬

中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心，北京100844

鐵路建設項目工期計劃是施工組織的重要內容，是“六位一體”建設目標之一，確立建設工期目標是規劃建設復雜艱險山區鐵路的重要任務之一，而確定科學合理的工期指標是計算總工期的前提。

現行Q/CR 9004—2018《鐵路工程施工組織設計規范》［1］給出了正常建設條件下的路基、橋梁、隧道、站房、四電等單項工程施工組織設計工期參考指標，但未考慮營業線施工干擾、封鎖線路施工及風沙、高原、海洋、原始森林等特殊氣候和施工條件等因素使人工、機械降效或停工的影響。在參考使用時，應根據建設項目所處地區實際情況和施工條件，另行分析。高風險工程應在制定風險預案的前提下，根據工程實際情況和施工條件，在規范基礎上另行分析確定工期指標［1-4］。

與一般鐵路工程相比，復雜艱險高原山區鐵路工程所處區域地貌起伏多變，建設規模巨大，建設過程中會遭遇極端氣候、惡劣環境、復雜地質及嚴苛要求等一系列困難和挑戰，施工任務極其艱巨，施工組織十分困難。施工組織設計規范給定的工期指標體系不適用于測算該特殊類型鐵路工程建設工期。

為科學確定復雜艱險高原山區鐵路工程建設工期目標，本文基于類比分析方法，大量調研類似工程工期情況和實際進度指標，結合高原山區鐵路所處地域環境和地質條件，綜合分析提出影響工期指標的6個主要因素，提出切實可行、符合實際的工期指標體系，為確定高原山區鐵路總工期奠定了基礎，為國家科學決策提供可靠依據。

1 工期指標研究方法及影響因素分析

1.1 類比分析法

鐵路工程建設項目屬于線性工程，涉及專業門類眾多，施工組織在建設過程中占主導地位。在確定鐵路項目施工組織工期目標或控制性工程工期時，一般需要參考施工組織規范中給出的工期指標進行測算。

楊國慶［5］根據設計人員提供的資料和信息，對蘭張三四線烏鞘嶺特長隧道的施工工期進行詳細分析；婁振光［6］根據隧道設計資料和確定的進度指標，對集通鐵路克什克騰隧道施工工期進行了分析測算。郭晉恒［7］提出工期參考指標應根據現場收集資料分析、結合工序推導計算和工程實踐驗證等方法確定。在規范中工期指標不適用情況下，往往采取類似方法，如王興中［8］分析了營業線施工工期影響因素，測算不同條件下施工工期，給出了營業線封鎖施工和不封鎖施工工期指標確定方法。

部分學者對于鐵路工程項目合理工期開展了計算研究和其他方面的探討。宇德明等［9］在廣泛現場調研、問卷調查等基礎上，提出鐵路工程項目合理工期確定的5條原則，并建立了鐵路工程項目合理工期確定過程模型。李世煇［10-11］針對隧道工程應用典型類比分析法，論證了此類從定性到定量綜合集成方法的實用性和有效性。

鑒于艱險高原山區鐵路的特殊性，本文利用與擬建項目類型相同的現有項目的設計資料或實測數據進行工程分析［12］，再運用高原降效影響因素綜合分析方法，合理確定其施工組織工期指標體系。

1.2 影響因素綜合分析

根據高原山區鐵路所處地域環境和地質條件，在工期指標分析中重點考慮以下六個因素。

1）高原氣候。高原區的低氣壓、低含氧、高寒、大風等因素降低人員、內燃機械施工以及物料運輸等的工效。

2）區域特點。鐵路所在地區油品和爆破物品管控、民族政策以及高原生態環保要求嚴格。

3）施工資源匱乏。沿線地區經濟發展比較落后，水泥、鋼材等主要物資匱乏，需要從內地生產、制作、購置和運輸。

4）地形地貌。地形變化多樣，地表構造松散，巖堆及危巖落石等不良地質發育，生態環境脆弱，地質災害較多，影響橋梁、隧道的施工。

5）難以準確獲取地質信息。大部分隧道埋深大，所處區域人煙稀少，環境惡劣，地質勘察條件差，準確獲取地質信息很困難。

6）隧道施工難度大。受軟巖大變形、強烈巖爆、反坡掘進突泥涌水、高地溫與高溫水等不良地質和惡劣施工條件等影響，隧道施工難度大。

以上因素中，第1項是影響工期指標的決定因素，在工期指標測算時要確定受高原氣候影響的效能降低幅度；第2～6項是影響工程建設的重要因素，在總工期以及工序安排上要考慮留有余地。

2 工期指標關鍵參數研究

2.1 在建項目調研

高原山區鐵路除兼具西南山區鐵路的艱險、西北高原鐵路的缺氧、東北平原鐵路的高寒外，還具有沿線基礎設施落后、隧道工程較多、施工難度大等特點。考慮到隧道為控制性工程，因此重點調研類似工程項目。調研項目的工程概況見表1。

表1 調研項目的工程概況

2.2 鉆爆法施工隧道工期指標調研類比分析

1）鉆爆法施工隧道調研分析

統計了鄭萬高鐵13座雙線隧道、成昆復線小相嶺雙線隧道、興泉鐵路27座單線隧道、川藏鐵路拉林段38座單線隧道、成蘭鐵路躍龍門雙洞單線隧道和平安雙洞單線隧道以及多條鐵路的輔助坑道實際施工進度情況。不同機械化配套情況下隧道施工進度統計見表2。

表2 不同機械化配套情況下隧道施工進度統計

在調研基礎上，主要從以下三個方面進行分析。

①高原隧道施工實際降效測算。主要分析高原區（拉林鐵路）和非高原區（興泉鐵路）的隧道施工實際進度指標，見表3。

表3 高原區與非高原區隧道施工月進度對比

由表3可見，高原區隧道不同圍巖施工進度相對于非高原區不同圍巖施工進度降效幅度在11%～16%。考慮高原山區鐵路特殊條件，在測算指標時按15%降效幅度考慮。

②不同機械化配套施工實際進度指標分析。以鄭萬高鐵為例進行統計分析，見表4。

表4 鄭萬高鐵隧道施工高度機械化和中度機械化月進度統計

由表4可見，機械化配套模式的隧道開挖月進度較無機械化配套指標有所增加，其中中度機械化配套月進度Ⅲ、Ⅳ、V級圍巖分別增加了6%、12%、16%；高度機械化配套月進度Ⅲ、Ⅳ、V級圍巖分別增加了20%、21%、44%。高度機械化配套較中度機械化配套施工月進度分別增加了13%、8%、25%。可見，機械化配套能明顯提高不同圍巖級別下的隧道施工進度指標。因此，對于艱險高原山區鐵路隧道施工，在條件允許情況下，應盡可能采取機械化配套施工。

③隧道斷面大小對施工進度影響分析。在高度機械化配套情況下，對比分析成蘭躍龍門雙洞單線隧道和鄭萬及成昆復線小相嶺隧道的平均進度，見表5。

表5 單雙線隧道施工月進度對比

由表5可見，在不同圍巖級別下，雙線隧道比單線隧道施工進度略快。

2）艱險高原山區鐵路鉆爆法施工隧道工序和指標測算

在前述統計分析基礎上，對高原山區鐵路鉆爆法施工隧道進行專題測算。綜合考慮各類別配套模式，按現場施作順序將每個單循環分解成一定施工工序，測定各工序施工時間，得出單個循環施工總時間，從而得出不同圍巖、不同施工方法的施工進度指標。對單線、雙線、輔助坑道不同機械化配套（高度、中度、基本）、不同圍巖級別和施工方法下的施工工序進行分解，對進度指標進行理論計算。以雙線高度機械化配套Ⅱ級圍巖進度指標分析為例進行計算，施工工序時間見圖1，月度進度指標見表6。

圖1 Ⅱ級圍巖全斷面鉆爆法單個循環各施工工序時間

表6 雙線高度機械化配套Ⅱ級圍巖月進度指標

由表6可見，當連續作業時，Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖，按單循環3.5 m開挖進尺、9.1 h作業時間，月工作日按28 d、每日24 h，計算可得月進度為258 m。實際施工中，必須考慮工序轉換、機械維修、自然災害等可能發生的不利因素以及高原降效。因此，不連續作業按每月正常施工23 d、高原降效按85%考慮，計算可得艱險高原山區鐵路鉆爆法隧道在雙線高度機械化配套Ⅱ級圍巖月進度指標推薦值為180 m。其他情況類似計算，可得出艱險高原山區鐵路鉆爆法施工隧道進度指標基準值，見表7。

表7 鉆爆法施工月進度指標計算基準值 m

2.3 TBM施工隧道工期指標調研類比分析

從20世紀50年代以來，經過半個世紀的發展，TBM掘進技術已相當成熟，被廣泛應用于世界各國能源、交通、水利、國防等部門的地下工程建設。目前，使用TBM已建成的隧道有秦嶺隧道、桃花鋪1號隧道、磨溝嶺隧道、中天山隧道、西秦嶺隧道、重慶地鐵、青島地鐵等，正在使用TBM施工的有高黎貢山隧道等。對國內外鐵路、水利水電、公路、地鐵等領域等25個項目的TBM應用情況進行了詳細調研并統計分析，列出了其中8個項目應用情況，見表8。

表8 部分國內外項目TBM應用情況

續表8

通過對各項目TBM施工的設備直徑、設備類型（敞開式、單護盾、雙護盾）、隧道規模、施工組織、不良地質應對措施、施工經驗及教訓等進行了分析和總結，得出各項目TBM隧道實際施工進度與Q/CR 9004—2018基本符合，因此艱險高原山區鐵路TBM隧道一般地段的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖掘進進度推薦值應考慮高原實際情況，并參考規范下限值選取。特殊地質條件下結合類比分析確定，見表9。

表9 艱險高原山區鐵路隧道TBM施工月進度指標推薦值m

2.4 其他專業工程工期指標類比分析

國內外有關專業組織對高原的海拔高度有不同的定義［13-14］：國際標準組織ISO定義為1 km以上，我國工程機械高原適應性定義為2 km以上。

在高原地區進行工程建設，必然會對人工和施工機具產生影響，引起相關費用增加。根據相關文獻及現場實測［15］，對于在高原地區使用的自然吸氣柴油機，海拔高度每增加1 km，功率下降10%。

在Q/CR 9004—2018施工工期基礎上，綜合考慮文獻［16］中“根據海拔高度的不同，對高原地區施工措施增加費增加幅度”的規定，同時類比分析調研項目相關專業的指標情況，提出路基、橋梁等專業工程工期指標計算按照24%幅度進行降效的原則。

高原山區便道工程比照公路工程，因此在計算高原山區便道工程施工進度指標時參照文獻［17］中關于高原地區施工增加費費率情況的規定。

結合相關規范規定并參照類似工程，考慮降效原則，分別測算艱險高原山區鐵路路基工程中路基填筑、路塹開挖、過渡段、地基處理和防護與支擋結構，橋梁工程中橋梁基礎、墩臺身、水中基礎、懸澆連續梁、移動模架現澆梁、支架現澆梁、涵洞、軌道工程及便道工程的工期指標，得出各專業工程工期指標推薦值。艱險高原山區鐵路制架梁的工期指標推薦值見表10。

表10 艱險高原山區鐵路制架梁工程施工進度指標推薦值

3 結論

1）復雜艱險高原山區鐵路建設面臨極大困難，沿線“高原氣候、區域特點、施工資源匱乏、地形地貌”等因素對施工工期的影響較大。隧道工程地質復雜，面臨各種難以預見的地質災害。

2）提出了艱險高原山區鐵路隧道等工程高原降效原則，并在此基礎上測算給出了各專業工程工期指標推薦值。鑒于高原山區鐵路沿線高差起伏較大，不同工點選取工期指標時應考慮一定浮動范圍。

3）復雜艱險高原山區鐵路階段性工期和總工期的確定應充分考慮各種不利因素，適當留有余地，考慮一定的調整系數，從而保證全線工期更符合實際。