中铁隧道局集团建设有限公司 广西南宁 530000
摘要：为研究高原地区隧道大变形段施工方案优化的经济合理性，解决高原地区隧道大变形段定额施工费用不足问题。本文通过对单线隧道大变形段与一般单线隧道人工、机械消耗对比分析，查找高原地区单线隧道大变形段施工降效的原因。通过统计分析得出高原地区单线隧道大变形段施工人员和机械消耗与现行铁路定额差异。
关键字：隧道大变形段；单线隧道；高原地区；经济对比
引言
随着国民经济的快速发展，国家加大对偏远山区交通的建设，但偏远山区铁路桥隧占比高，施工难度及成本也大。
现行铁路隧道定额是在正常施工条件基础上，建立统一施工组织模型，结合现场测定技术经济指标形成的预算定额，适用于一般普通隧道工程造价的合理确定。但对于大变形地段隧道施工等特殊复杂地质条件下增加的投入，并没有相应的定额或费用计算标准，致使项目投资概算阶段因缺乏依据而费用考虑不足，往往仅考虑部分加强支护等实体性投入，而忽略了大变形地段存在对隧道施工工艺、安全、进度、质量等所特有的影响造成的更多的额外投入。在此情况下，很难保证隧道施工生产安全、高效的进行。
本文主要以新建丽江至香格里拉铁路中义隧道工程为例，对高原地区隧道大变形段施工成本消耗与现行铁路定额[1-2]水平进行经济对比分析与探讨，为定额调整有关施工增加费用提供依据，以解决隧道大变形段费用不足问题。
1 工程概况
新建丽江至香格里拉铁路中义隧道是单线隧道，位于云南省丽江市玉龙县龙蟠乡境内,全长14745m，线路海拔2300-2400m，隧道穿过西龙正断层、玉龙雪山西麓断裂等不良地质。由于中义隧道地处欧亚板块和印度洋板块相互碰撞汇聚形成的青藏高原东南缘之川滇菱形块的西部边界断裂断（金沙江—中甸断裂断带内），地质构造复杂，且隧道穿越多个断层，施工中经常发生坍塌、涌水突泥、大变形，施工安全风险极高。
前期施工揭示的地质以碎裂状、片理化玄武岩，玄武岩夹凝灰岩为主，岩体松散破碎，遇水易软化，稳定性差,并存在高地应力、软岩大变形危害。开工建设以来，因受区域性断裂构造、高地应力、软岩大变形等因素影响，施工进展较为缓慢；隧道围岩极其复杂，多次出现不同程度的涌水、突泥。如按原设计的开挖、支护参数施工，高地应力、顺层偏压等引起大变形特征明显，无法有效控制隧道变形。
2 单线隧道大变形段施工方案
为控制隧道变形，软岩大变形段严格按“早预报、先治水、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为营，稳步前进” 和“分部开挖”的原则组织施工。施工过程中配备专职专业超前地质预报和监控量测人员，主要以TSP203、HSP地震波探测、红外探水、超前地质探孔及地质素描等方式进行综合地质预测预报；通过“人工+自动监测报警系统”，加强长期、短期超前地质预报和监控量测工作，预判围岩及变形情况，提前采取措施，保证安全施工。
大变形段洞身均主要采用三台阶带仰拱一次开挖法，开挖时根据地质预报情况综合分析，预留20cm～50cm变形沉降量。开挖上台阶长度3～5米,上、中断面一次光面爆破成型,循环进尺1榀拱架间距。下台阶带仰拱采用左右分幅一起开挖、一次成型，采用周边眼控制、掘进眼松动爆破的方式进行施工，爆破完毕后，进行初喷。开挖中、下台阶距离为12～15米，开挖时周边采用光面爆破减少对围岩的震动以控制成形。遇到特软围岩不易用爆破开挖时，采用铣挖机开挖，辅助人工爆破处理孤石。开挖中修筑水沟，将掌子面水引入仰拱前端集水坑，通过潜水泵抽排引出洞外。出渣分两次，挖掘机将上台阶洞渣扒至中台阶后出渣，下台阶带仰拱开挖完成后出渣。
开挖完成后及时施作钢拱架、注浆小导管、钢筋网并喷射混凝土进行初期支护，使之尽早封闭成环。
3 人工、主要机械配置及进度分析
隧道大变形段因受地质条件、操作空间、进度计划等影响，施工所需的人工和机械设备种类及数量较多，设备选型及数量需满足现场小断面施工空间需求及技术要求；同时需满足现场三班倒施工进度要求。现场一个作业面施工所需人员配置如表1，所需主要设备配置如表2。
表1 隧道大变形段一个作业面施工人员配置表
表2 隧道大变形段一个作业面施工主要设备配置表
针对丽香铁路中义隧道围岩变形发展的特点，设计了大变形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等不同支护和衬砌类型，并经过试验段对设计图进行多次优化。施工过程中对变形段采取经优化的开挖、出渣、喷射混凝土、立拆拱架、超前支护、临时仰拱、衬砌、通风、监控量测等工序或工法，调整控制现场变形量，快速初支成环加固，对突变侵限部位及时拆换拱，及时二衬封闭等措施，以确保现场安全施工。中义隧道2016年3月进入隧道大变形段施工至2018年7月，主要施工进度如表3。
表3 中义隧道软岩大变形段施工进度表
经分析，影响施工进度的因素主要有人为因素、设备因素、技术因素、资金因素、环境因素等。为克服软岩大变形，现场通过长时间的对比分析、优化调整；从方案到工序工法，从人员到机具，从理论到试验段，综合考虑进度、安全、经济等因素，制订出一套切实可行、经济适用的施工组织方案，使单线隧道大变形段开挖平均30m/月进度，提升到平均56m/月，并且使变形得到有效控制。
4 人工、机械消耗对比分析
4.1人工和机械消耗计算结果分析
为能直观的表明高原地区单线隧道大变形段施工人工和机械消耗水平，本文在现场收集的基础数据上进行了简化计算和处理，并对比《铁路工程预算定额》（铁建设[2010]223号）中一般单线隧道消耗量水平，机械台班费同步使用铁建设[2006]129号文发布的《铁路工程施工机械台班费用定额（2005年度）》标准，其中人工、油燃料、水、电单价采用“129号文”基期单价和2014年的编制期单价。人工费对比结果如表4，机械费对比结果如表5。
表4 单线隧道大变形段与一般单线隧道人工消耗对比
从表4可以看出，单线隧道大变形段与一般单线隧道对比，在施工生产能力一致的情况下，模筑混凝土人工消耗量增加最多，增涨150.8%，喷射混凝土人工消耗量增涨69.35%，钢支撑人工消耗量降低最多，降低54.22%，钢筋网人工消耗量降低34.09%，开挖人工消耗量降低13.94%，超前小导管和锚杆人工消耗量变化不大。整体情况看，经过合理组织，单线隧道大变形段与一般单线隧道人工消耗量基本持平，变化不大。
表5 单线隧道大变形段与一般单线隧道机械消耗对比
从表5可以看出，单线隧道大变形段与一般单线隧道对比，在施工生产能力一致的情况下，机械消耗量均有所增加；其中开挖的机械消耗量增长最大，增长比例达到253.13%，模筑混凝土次之，也达到168.8%，钢支撑机械消耗量增长77%，喷射混凝土机械消耗量增长53.21%，最少的为超前小导管，机械消耗量也增长了6.89%。整体情况，单线隧道大变形段机械消耗量比一般单线隧道机械消耗量增加170.9%。这与现场施工组织策划及目前施工水平是对应的，因其安全方便、机动灵活等特点，目前隧道施工越来越提倡机械化施工；而在高原隧道大变形段施工过程中，其更能发挥优势，规避了人工高原反应、工效低的状况。
4.2高原地区单线隧道大变形段施工降效的原因分析
4.2.1单线隧道大变形段断面小（附表6），对机械设备选型及交通造成较大影响。
附表6 大变形段设计断面尺寸表
在出渣装载机选型时选用定制的窄体装载机或者40装载机，导致装渣出渣时间延长，为压缩出渣时间，降低其对整体循环时间影响，现场采用加大出渣车数量方式进行处理；原则上保证每次出渣每台出渣车仅跑一趟，避免中间等待出渣车二次装运情况发生。因现场运行机械设备较多，单线隧道断面又不能满足线路直接错车要求，现场不得不将原设计中的大避车洞扩大成施工用临时会车洞，基本保证每200m有一处会车洞，减少设备倒车、会车时间；同时在洞口和洞内增加专职调度和交通指挥员，负责协调疏通洞内交通，减少交通拥挤对施工的影响。如此，导致了施工设备费的大幅增加和人工消耗的增长。
4.2.2单线隧道大变形段长距离通风不足对施工效率的影响。
长距离隧道施工，要解决通风问题本身就是一大难题，通常考虑巷道式通风加压入式通风相结合的方式解决，但小断面隧道又无法满足巷道式通风设计要求。如中义隧道出口工区，设计6095m平行导坑负责施工6677m正洞，中间设计15道横通道解决通风和交通问题。中义隧道出口工区进洞施工3000m左右，主要有1个平导作业面和3个正洞作业面同时施工，因12#通道与11#通道间正洞未贯通，导致9#通道施工现场新鲜空气难以进入，每次钻爆后排烟需要花费大量时间。为解决通风问题，现场将洞外2台110kw轴流通风机移入洞内，洞外设置1台220kw轴流通风机阶梯式供风，同时在洞内增设4台30kw射流通风机调控，才基本解决供风问题；但依旧不能解决通风不足及通风时间延长对施工效率的影响，只能通过增加施工过程成本投入减少通风对施工降效的影响。
4.2.3处理变形对施工效率的影响
受软弱围岩及高地应力影响，中义隧道施工过程中长期受到变形的侵扰，现场不得不停工对变形进行处理加固。如2018年7月，中义隧道1#横洞大里程方向在进行上台阶DK38+443开挖放炮后，发现掌子面拱顶出现开裂掉块现象，并带动后方DK38+370-435段已完工初期支护拱顶及拱腰出现开裂及掉块，过程中裂缝持续扩大,裂缝达到5-15cm，两侧最大变形处达到80cm，拱顶下沉60cm，拱顶及拱腰初期支护拱架变形折弯到折断。为防止隧道塌方,工区紧急从洞外调运渣体对变形段进行反压回填，待变形稳定后对本段隧道拱墙初期支护进行换拱，已施工仰拱初支及填充进行重新施作。此段变形处理过程持续一个半月，掌子面处于停工状态，不仅消耗了大量时间使施工进度严重滞后，而且消耗了大量成本对其进行处理加固，极大影响了施工效率。
4.2.4设备机具频繁改装与加工对施工效率与成本的影响
因受不同程度变形影响，现场对支护参数进行动态调整，设计断面尺寸也多次变化；为满足施工需求，现场需经常性改装衬砌台车、加工各类台架。经常性的改装台车，既使得台车稳定性能和整体性能变差，又使得台车的损耗成倍增加，寿命急剧缩短。特别是需经常加工适应不同断面尺寸的台车、栈桥和台架，极大增加了成本投入。据统计，仅中义隧道开工以来已因加工台车、栈桥和台架等消耗钢材400余吨。这些非生产性消耗且非周转性非标产品的成本投入远远超出定额水平，对成本投入的影响不可忽视。而改装台车的过程不可避免的占用正常工序循环时间，对整体循环时间的影响也很大。
5 结论与讨论
现行铁路、公路等行业隧道定额均是在常见普通隧道调研的基础上，建立统一设计、施工组织模型，结合现场测定技术经济指标形成的预算定额，主要考虑了其普遍通用性，适用于一般普通隧道工程造价的合理确定。但对于高原地区软岩大变形地段隧道施工等特殊复杂地质条件下增加的相应投入，并没有相应的定额或费用计算标准，致使项目投资概算阶段因缺乏计价依据而费用考虑不足，往往仅考虑部分加强支护等实体性投入，而忽略了大变形地段存在对隧道施工工艺、安全、进度、质量等所特有的影响造成的更多的额外投入。在这种项目投资不足的情况下，很难保证隧道施工生产的安全、高效。本文主要以新建丽江至香格里拉铁路中义隧道工程为例，对高原地区隧道大变形段施工水平与现行铁路定额水平进行经济对比分析；结果表明，高原地区隧道大变形段施工的确比现行铁路定额工效更低、投入更大，需要编制补充定额来解决高原地区单线隧道大变形段的费用不足问题，为下一步同类型项目提供投资计算依据。
参考文献
[1]铁路隧道设计规范：TB 10003—2016 [S].北京：中国铁道出版社，2016.
[2]铁建设[2006]129号文，关于发布《铁路工程建设材料基期价格（2005年度）》和《铁路工程施工机械台班费用定额（2005年度）》的通知
[3]周荣.高速铁路隧道钻爆开挖设备配置优化及研究[J].铁道工程学报，2016,33（12）：82.
作者简介
纪国清（1983—），男，湖南长沙人，2006年毕业于湖南城市学院土木工程专业，大学本科学历，工程师，现主要从事建设工程经济管理工作。
论文作者:纪国清,狄垚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：隧道论文; 单线论文; 消耗量论文; 定额论文; 高原论文; 现场论文; 消耗论文; 《基层建设》2019年第24期论文;