鐵路隧道混凝土超耗分析及成本控制研究

劉 宏

(中鐵十六局集團有限公司 北京 100018)

1 引言

近年來，隨著鐵路隧道安全質量標準不斷提高，各級監管愈加嚴苛，同時鐵路長大隧道的地質狀況普遍越來越復雜，允許的超挖回填、噴射砼回彈率等構成工程造價的重要因素“理論應耗”與實際地質損耗脫節，加之進度管理與砼超耗控制的矛盾始終沒有得到化解，以上系列因素影響，隧道混凝土超耗問題已成為以隧道為主的鐵路項目效益下滑的主要頑疾之一。如何科學、合理、有效控制鐵路隧道混凝土超耗，成為當前項目治理體系中一個需要迫切解決的重要課題。

任文光等通過對小馬廠隧道在施工過程中噴射混凝土的超耗分析，認為隧道超挖是超耗的主要因素，采用光面爆破是隧道超欠挖控制的關鍵所在[1]。高福才認為實施精細化管理，建立科學的考評體系，完善獎罰制度是控制隧道超耗的不二法門[2]。張海波從現場存在的鉆孔質量不高、爆破裝藥結構不規范等方面分析，通過在周邊眼采取PVC管材間隔裝藥及封堵水炮泥等一系列優化措施后，隧道超挖控制取得良好效果[3]。潘爭通過詳細分析地鐵隧道噴射混凝土材料對超耗的影響，強調要以最優原材性能和最佳配比達到降低超耗的目的[4]。

上述文獻大都聚焦混凝土超耗技術或管理的某一層面進行分析、研究。本文結合防東等10個在建鐵路隧道的專項調研，從主客觀因素入手，通過梳理現行造價體系的相關規定，從技術、合同、管理等根源上綜合剖析，系統地研究隧道砼超耗的成本控制對策。

2 隧道砼超耗的形成機理與理論應耗分析

2.1 超耗形成的機理

按照當前《鐵路隧道設計規范(極限狀態法)》(Q/CR 9129—2018)要求，不同級別圍巖預留10～170 mm的變形量[5]；同時，施工中，參考《高速鐵路隧道工程施工技術規程》(Q/CR 9604—2015)，不同級別圍巖允許10～15 cm的超挖量[6]。因此，相對于設計凈斷面，勢必會產生噴射砼和襯砌砼超耗。其形成機理就是在避免欠挖的前提下，因預留變形(沉降)量和爆破本身造成的超挖，加之噴射砼自身的回彈損耗，形成了噴射砼的超耗；再者，在當前及時支護、襯砌緊跟的要求下，由于預留沉降實際未能達到預計收斂效果，需要襯砌砼進行回填，加之仰拱的底部超挖回填等因素，綜合形成了襯砌砼的超耗。

隧道的實際開挖斷面如圖1所示，實際開挖線是犬牙交錯、非線性平滑的斷面[7]。

圖1 隧道實際開挖斷面示意

2.2 鐵路造價體系理論應耗的規定與分析

(1)理論應耗的規定。隧道砼超耗的形成機理，也是定額造價體系合理考慮一定損耗的原因。當前，國內在建及收尾項目，采用的鐵路定額包括4個版本，即2006 版[8]、2010 版[9]、2010 高鐵補充版[10]及2017版[11]。各個版本混凝土損耗主要考慮兩方面內容:一是超挖回填，內容包括鉆爆本身造成的超挖和預留(變形)沉降收斂不足產生的超挖；二是支護工序中噴射砼回彈形成的超耗。各版本噴射砼回彈系數基本一致，均為普通砼22.4%、鋼纖維砼17.3%，在超挖回填環節存在或多或少的差異。值得一提的是2017版鐵路定額規定，預留變形及超挖回填因素不在定額中考慮，根據鐵路預算編制辦法，由設計單位根據具體情況在施工圖中考慮，并計入合同清單噴砼項下，如表1所示。

表1 各定額體系有關隧道砼損耗規定

(2)理論應耗分析。由相關規定可知，理論上各級圍巖均存在一個合理損耗值，選取較有代表性的鄭萬鐵路(2010版高鐵補充定額)和防東鐵路(2017版定額)兩個項目，對涉及的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖的噴射砼及襯砌砼各種損耗進行推算，其中鄭萬鐵路噴射砼定額損耗22.4%、襯砌損耗18.3%～19.3%，綜合損耗19.4%～20.1%；防東鐵路噴射砼定額損耗46%～63%、襯砌損耗12%～13%，綜合損耗25%～29%，如表2、表3所示。

表2 鄭萬鐵路有關隧道砼損耗規定

表3 防東鐵路有關隧道砼損耗規定

相較2010版補充定額，2017版定額不但隧道砼綜合損耗率有所提升，損耗內部結構的組成變動較大，由以襯砌砼回填為主變為噴砼回填為主，鑒于噴砼單價較高，因此，2017版對混凝土損耗量的造價水平上有較大提升。兩版均未考慮開挖初始斷面犬牙交錯引起的噴平補齊數量。

3 隧道砼實際超耗的現狀與原因分析

3.1 實際超耗現狀

由表4調研的10個項目超耗結果顯示，噴射混凝土平均超耗達137.69%，最高的159.12%，最低的99.29%，滇西南片區普遍偏高，成昆鐵路隧道平均超耗達159%，成昆鐵路兄弟單位隧道噴射混凝土超耗率最高也達200%[12]；襯砌及仰拱平均超耗達31.5%，最高42.48%，最低18.96%。隧道砼實際損耗遠高于“理論應耗”已成為行業不爭的事實。

表4 調研項目襯砌及噴錨損耗率

3.2 主客觀原因分析

造成鐵路隧道砼超耗不是某個單項因素造成的，而是各種原因交織、綜合影響形成的，既有造價體系與施工實際存在偏差、特殊復雜地質和鉆爆技術等客觀原因，也有項目運行管理機制不到位等主觀原因。

(1)造價體系與實際損耗存在偏差。鐵路隧道定額造價水平體現的是正常施工條件下的社會平均先進水平，因此既不能代表少數施工企業的特有生產水平，更不能反映特殊地質情況。當前在建鐵路，多居偏遠的高山深谷，巖溶、富水、軟巖變形等復雜地質頻發，都會對超挖及回彈控制產生很大影響。所調研的幾個項目，隧道地質狀況普遍比較復雜，尤其是鄭萬、成昆和玉磨等西南片區鐵路，隧道斷層、富水、軟巖變形等各種復雜地質較為集中，這也是我們當前在建隧道項目的縮影，即使中原區域的普通水平巖層，遇水也極易產生坍塌造成超挖[13]。通過寫實、分析鄭萬鐵路奉節隧道特殊地段的損耗情況，超耗率明顯高于一般地質段落。

(2)光爆效果不理想。因隧道地質變化頻發，不能及時根據監控量測數據及圍巖變化調整開挖方案，光爆設計參數、炮眼布置等不合理，導致巖面不平整或超欠挖過大。

(3)盲目追求進度。隧道超挖的程度與單循環進尺有極高的正相關性，在既定鉆爆方案完全得到落實的假定下，單循環進尺越大超挖越大。究其根源如圖2所示，周邊孔外展程度會隨著進尺的增加而增加，周邊孔末端會超出開挖輪廓線很多。

圖2 隧道周邊眼鉆孔斷面圖

(4)混凝土質量不穩定。混凝土的質量直接影響其施工效果，而造成混凝土質量不穩定的因素很多，如骨料料源不穩定、水泥與速凝劑參量[14]不科學、拌和時間控制不好等。

(5)機械配置及操作技術不高。噴錨設備越先進、操作手越熟練，噴射砼回彈控制效果越好。根據現場調研情況看，濕噴機械手普遍比一般濕噴機回彈效果要好[15]，進口濕噴機械手普遍比國產濕噴機械手回彈效果好。

(6)受承包模式影響，勞務隊缺乏控制損耗的內生動力。當前，工序勞務單價承包是施工企業傳統的勞務承包模式，噴射混凝土材料由施工單位提供，消耗多少與勞務隊關系不大，一些操作人員技術欠佳，隨意性強，損耗量大。勞務隊為降低人工分包成本，沒有很好地落實光爆要求“多打眼少放藥爆得淺”，多采取“少打眼多放藥爆得深”策略，勞務承包模式及相關合同條款有待改進。

(7)部分項目管理制度缺失或不適用，執行落實不到位。爆破方案成擺設，作業指導書與現場作業脫節，旁站監控沒有起到應有作用，缺少效果測量、記錄、分析和反饋，超耗結構中多少是超挖引起，多少又是回彈引起，混淆不清。

4 對策研究

4.1 持續改進造價體系，探索動態設計機制

2017年版鐵路定額，噴射混凝土回彈系數與2010版定額持平，但新版定額將超挖、預留變形量在噴射混凝土中解決，考慮了單價的差異和現場施工的實際，進一步縮小了現場實際損耗水平與理論應耗的差距，但僅設計階段一次性核定設計超挖量，而忽略隧道圍巖的千變萬化的特性，依然是值得商榷的課題。應探索基于圍巖變化的區間范圍調整機制，進一步提升造價體系的實用水平。

4.2 加強技術研究，確保措施落地

各施工單位應把專家優勢、理論優勢和勞務隊經驗優勢進行有機整合，共同制定適合各類地質、圍巖的最優鉆爆方案，并實施全工序跟蹤監控，確保鉆爆方案的落實，并不斷積累技術經驗和成果，建立隧道地質參數、設計參數與砼超耗的相關關系模型及對應數據庫，將成果逐步推廣。同時，要充分發揮噴錨機械手的優勢作用，嚴格水泥、地材、外加劑等原材料質量控制，通過反復試驗，科學制定砼配合比。

4.3 創新勞務分包模式，完善合同條款

(1)實施階梯單價。同一圍巖，按不同的完成進度、不同超耗比例設置階梯單價，進度快、超耗控制得好單價高，進度慢、超耗控制得不好單價低，明確寫進合同，讓勞務隊看得見摸得著。

(2)合同中要明確界定權責。應本著“誰履行職能就由誰承擔結果”的原則，明確界定相關權責。比如鉆爆方案要根據制定者與執行者的關系區分甲乙方超耗責任。至于噴射砼環節，造成噴射砼回彈過大的主因是地材、外加劑質量和配合比，而材料由施工企業供應，所以必須約定合理回彈比例，并由施工企業承擔；對于由于機械設備不正常、操作手不熟練造成的超合理回彈部分，由勞務隊負責。

(3)改進驗工計價模式。當前鉆爆開挖工序的計量模式，是按設計凈斷面方計量，體現的是一種“最后結果”的計量方式，在管理上缺乏過程監督控制。可以改進計量模式，把單價合理分攤到開挖方量和鉆孔個數上來，在加強旁站監控的基礎上，讓勞務隊嚴格按鉆爆方案的鉆眼數量來開鉆，杜絕偷工減料，確保最終爆破效果。也可以提取開挖巖面平整度考核基金，按打眼數量和巖面平整度計價，倒逼勞務隊伍嚴格落實光爆方案。

(4)用好激勵約束機制。在合同條款中，明確各類圍巖混凝土損耗率，以此為標準計算混凝土應耗量，與勞務隊的實際消耗量對比后，對勞務隊伍進行獎勵或罰款，調動施工隊節約材料的積極性，也可將砼超耗控制目標與架子隊長、旁站技術干部等相關人員的績效掛鉤，激發相關人員的工作積極性和創造性。

4.4 要切實健全相關管理制度

建立針對鐵路隧道鉆爆開挖和噴射砼環節的專項管理制度，明確組織分工和對應權責，切實完善和落實24 h全工序旁站制度，改變當前流于形式和權責不明晰現狀，確保全工序全天候監控、記錄、分析、反饋無死角，建立和落實有效的激勵約束機制。

5 結束語

通過對隧道砼超耗的產生機理、現狀及理論與實際損耗分析，可以得出以下幾點結論:

(1)如何制定出較為細致、合理的理論應耗計算規則，進一步分析研究現行造價體系，依然是值得探討的課題。明確了這一問題，才能準確知道施工企業“非合理損耗”是多少，進而分析其根源所在，從而對癥下藥，尋找解決之路。

(2)必須采取切實可行的綜合措施，對非合理超耗部分進行控制，在做好地質探測預報、提高光面爆破技術和混凝土的噴射作業水平、保證混凝土質量穩定的前提下，改變傳統的勞務承包模式，使施工現場的每一道工序成本都與作業隊伍的經濟效益掛鉤，協調好施工企業、供應商、勞務隊伍多方的經濟效益，降低企業在這一施工環節上的成本浪費。

因鐵路行業造價體系短時間難以全面覆蓋各種地質條件，企業管理模式、分包模式、生產方式等改革亦不會一蹴而就，鐵路隧道砼超耗問題勢將長期存在，但只要認真分析，抓住問題根源，制定有效措施，混凝土超耗這一隧道施工中的最大痛點一定會得到控制或緩解。