李向東

(鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710043)

引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程投資控制的關(guān)鍵問題研究

李向東

(鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710043)

為進(jìn)一步加強(qiáng)引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程投資的控制，確保陜西省引漢濟(jì)渭調(diào)水工程按期完成，針對(duì)水利部概算“編規(guī)”的局限性，在現(xiàn)有法律法規(guī)和定額的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了4個(gè)關(guān)鍵問題的解決方法： 1)“編規(guī)”對(duì)引水隧洞項(xiàng)目的劃分較粗，無法滿足秦嶺隧洞工區(qū)多、費(fèi)用組成復(fù)雜的要求，設(shè)計(jì)采用金字塔型分工區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概算組織； 2)進(jìn)口硬巖TBM掘進(jìn)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)高、斷面單一，難以反復(fù)利用，“編規(guī)”僅在石方開挖單價(jià)中計(jì)取設(shè)備折舊費(fèi)將使施工單位面臨巨虧，設(shè)計(jì)采用折舊費(fèi)由施工單位和業(yè)主分?jǐn)偟姆桨高_(dá)到了風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的目的； 3)秦嶺隧洞最大獨(dú)頭通風(fēng)距離達(dá)到16 km，超越了“編規(guī)”最大12 km的極限，設(shè)計(jì)采用二次曲線擬合，準(zhǔn)確確定TBM軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)； 4)“編規(guī)”中隧洞排水費(fèi)已包含在臨時(shí)設(shè)施費(fèi)內(nèi)綜合考慮，不單獨(dú)計(jì)列，無法適應(yīng)多次穿越富水層的秦嶺隧洞，設(shè)計(jì)根據(jù)預(yù)測(cè)涌水量和排水方案計(jì)算排水費(fèi)，使概算合理，留有余地。

引漢濟(jì)渭； 秦嶺隧洞； 投資控制； 概算組成； TBM設(shè)備購(gòu)置費(fèi)分?jǐn)偅?超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)； 隧洞排水費(fèi)

Abstract: In order to further strengthen the investment control for Qinling Tunnel of Hanjiang River-Weihe River Water Diversion Project and accomplish the project on schedule, the solutions of four key problems are studied based on the existing regulations and quotas, in view of the limitations ofRegulationsforBudgetofWaterProjectDesign,theMinistryofWaterResourcesofthePeople′sRepublicofChina. 1) The regulations cannot meet the requirements of Qinling Tunnel due to its coarse classification of water diversion tunnels. The pyramid structure is employed for budget estimation. 2) The cost of imported hard rock TBMs, most of which have a single cross section and can hardly be reutilized, is very high. In the regulations, the equipment depreciation is taken into consideration only in the unit price of rock excavation, leading to huge losses for the construction company. Thus, the equipment depreciation is shared by both the construction company and the owner, so as to achieve risk sharing. 3) The maximum dead-end ventilation distance in Qinling Tunnel reaches 16 km, which is beyond the limit of 12 km specified in the regulations. The quadratic curve fitting is adopted to accurately determine the adjustment coefficient of TBM axial flow fan. 4) The cost of tunnel drainage in the regulations is included in the temporary facilities fee instead of independent budget. This is not applicable for Qinling Tunnel which passes water-rich strata several times. Thus, the drainage fee is calculated according to the predicted water gushing volume and the drainage scheme, which is more rational and allows for unforeseen circumstances.

Keywords: Hanjiang River-Weihe River water diversion; Qinling Tunnel; investment control; budget composition; purchase cost allocation of TBM equipment; extra-long distance ventilation fee; inclined shaft drainage fee

0 引言

陜西省引漢濟(jì)渭調(diào)水工程是解決關(guān)中地區(qū)水資源緊缺，地跨長(zhǎng)江、黃河2大流域的大型調(diào)水水利工程，工程主要由黃金峽水利樞紐、秦嶺特長(zhǎng)輸水隧洞、三河口水利樞紐3部分組成[1]。其中，橫穿秦嶺的特長(zhǎng)輸水隧洞全長(zhǎng)81.779 km，最大埋深2 000 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，預(yù)測(cè)富水地段長(zhǎng)，其長(zhǎng)度、埋深和修建難度舉世罕有，是引漢濟(jì)渭調(diào)水工程的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)水利部的規(guī)定，秦嶺隧洞的投資應(yīng)按《水利工程設(shè)計(jì)概(估)算編制規(guī)定》[2](以下簡(jiǎn)稱“編規(guī)”)編制，但受“編規(guī)”年代的局限，在概算組成的合理性、TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用分?jǐn)?、超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)、斜井排水費(fèi)等4大關(guān)鍵問題上，不能完全適應(yīng)秦嶺隧洞工程的需要，所以需要探索新的方法。

馮江波等[3]結(jié)合工程實(shí)例，將2014 年新“編規(guī)”與2002年舊“編規(guī)”進(jìn)行了對(duì)比分析，指出新舊“編規(guī)”的主要變化在于提高人工預(yù)算單價(jià)、調(diào)整費(fèi)率及簡(jiǎn)化費(fèi)用計(jì)算過程；賈秀玲[4]指出國(guó)內(nèi)沒有能力生產(chǎn)硬巖TBM，國(guó)產(chǎn)軟巖TBM難以達(dá)到水工隧洞施工要求，分析了水利工程TBM進(jìn)口中存在的問題；高建洪等[5]介紹了掘進(jìn)機(jī)施工概算定額及施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額編制的基本思路和方法, 闡述了定額測(cè)算方法及工程取費(fèi)費(fèi)率測(cè)算方法；樊琳等[6]針對(duì)長(zhǎng)距離隧洞工程實(shí)例，對(duì)通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的選型配置及實(shí)際通風(fēng)費(fèi)用測(cè)算進(jìn)行了探討；蔣于波等[7]介紹了秦嶺隧洞TBM嶺南反坡排水分級(jí)水倉(cāng)、逐級(jí)抽排的施工方法；陳兵[8]針對(duì)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)大隧洞反坡排水常規(guī)方式還處于人工操作階段、泵站設(shè)置數(shù)量多且管理繁瑣、人力財(cái)力耗費(fèi)大的現(xiàn)狀，在秦嶺隧洞嶺北7號(hào)洞工區(qū)反坡排水采用自動(dòng)抽排水系統(tǒng)，以體現(xiàn)節(jié)能、安全和實(shí)用的優(yōu)勢(shì)?？傊?，以上文獻(xiàn)主要針對(duì)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)、TBM設(shè)備選型、長(zhǎng)距離通風(fēng)、反坡排水施工方法等展開研究，而對(duì)本文提出的4個(gè)關(guān)鍵問題，可供參考的文獻(xiàn)較少。

目前，引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞正在全面施工中。為把引漢濟(jì)渭調(diào)水工程建設(shè)成百年精品，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行深入研究后提出了新的方法，編制了切合實(shí)際的概算，對(duì)投資實(shí)現(xiàn)了控制，確保了投資合理、可控和工程按期竣工。

1 合理概算組成研究

根據(jù)“編規(guī)”中的章節(jié)劃分，秦嶺隧洞應(yīng)按“樞紐工程”—“三、引水工程”—“3、引水隧洞工程”—“土方開挖、石方開挖、模板、混凝土等”的章節(jié)細(xì)目編制概算。這對(duì)一般的引水隧洞工程比較適應(yīng)，但對(duì)需要同時(shí)采用TBM掘進(jìn)和鉆爆法施工，必須做好移民和環(huán)境保護(hù)，需解決好超長(zhǎng)距離通風(fēng)和斜井大量排水的秦嶺隧洞工程，則無法反映每個(gè)單位工程的投資情況，且編制深度也明顯不夠。經(jīng)多方案反復(fù)研究比選，提出了如圖1所示的按秦嶺隧洞的工區(qū)來劃分章節(jié)細(xì)目進(jìn)行概算編制的方法。

圖1 秦嶺隧洞工區(qū)劃分示意圖(單位： m)Fig. 1 Sketch of division of working areas for Qinling Tunnel (unit: m)

由圖1可以看出: 秦嶺隧洞共設(shè)置10座施工支洞輔助施工；鉆爆法工區(qū)42.697 km，TBM敞開式掘進(jìn)機(jī)工區(qū)39.082 km；永久運(yùn)營(yíng)通道2座(3號(hào)和6號(hào)斜井)，其他臨時(shí)支洞8座(長(zhǎng)20.209 km)。根據(jù)秦嶺隧洞各工區(qū)的劃分，重新組織的概算編制章節(jié)細(xì)目如圖2所示。

由圖2可以看出： 把秦嶺隧洞按單位工程進(jìn)行劃分后，即可對(duì)每個(gè)獨(dú)立的單位工程分別計(jì)算投資；底層細(xì)目依然按“編規(guī)”的要求進(jìn)行單價(jià)組合(圖2僅列出椒溪河主洞工區(qū)和支洞工區(qū)的底層細(xì)目，其他工區(qū)與其相同)；編制的概算呈“由總到分、由上而下、層層遞進(jìn)”的金字塔結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 一是可以清晰地了解工程的構(gòu)成和上下關(guān)系；二是每個(gè)工區(qū)獨(dú)立編制概算，可以單獨(dú)配置人工費(fèi)、材料費(fèi)和運(yùn)雜費(fèi)、施工措施費(fèi)率等，概算基礎(chǔ)資料更準(zhǔn)確；三是每個(gè)工區(qū)獨(dú)立編制概算，可以順利地解決每個(gè)工區(qū)因棄碴場(chǎng)位置不同而導(dǎo)致的石方運(yùn)距差異，以及混凝土拌合站位置不同而導(dǎo)致的運(yùn)輸距離單獨(dú)設(shè)定問題；四是可以根據(jù)每個(gè)工區(qū)各自的排水、通風(fēng)情況，設(shè)置獨(dú)立的排水通風(fēng)計(jì)算參數(shù)，切合實(shí)際地編制概算。秦嶺隧洞的投資由于合理組織了金字塔式的概算結(jié)構(gòu)，條理清晰，邏輯嚴(yán)密，比較緊密地貼合了工程實(shí)際，滿足了秦嶺隧洞初設(shè)概算的深度要求和投資控制，也較順利地通過了各級(jí)審查。

2 TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)分?jǐn)傃芯?/h2>

2.1 TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)分?jǐn)偟奶岢?/p>

秦嶺隧洞長(zhǎng)達(dá)82 km，需要開辟多個(gè)工作面才能滿足工期要求，但僅其兩端屬嶺南、嶺北中低山區(qū)，埋深較淺，且溝壑縱橫，可采取“長(zhǎng)隧短打”的鉆爆法施工方法；中間近40 km隧洞深埋在1 000 m以上，且山體巨厚，無深切溝谷可利用，經(jīng)方案比選，決定采用TBM全斷面掘進(jìn)機(jī)施工[9]。

圖2 秦嶺隧洞概算編制金字塔結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Sketch of pyramid structure of budgeting for Qinglin Tunnel

TBM工法作為第4代施工技術(shù)，是目前隧道施工中公認(rèn)的最先進(jìn)的工法之一。TBM采用機(jī)械式破巖，集隧道施工的開挖、出碴、初期支護(hù)(管片襯砌)、通風(fēng)除塵、鋪設(shè)隧道軌線以及風(fēng)水電延伸于一體，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全和環(huán)保等施工特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)大隧道施工的流程化作業(yè)，其優(yōu)勢(shì)非常明顯[10]。但TBM在秦嶺隧洞使用過程中也有不足之處，主要表現(xiàn)在2方面： 1)量身定制，通用性差。一般輸水隧洞的斷面由流量來控制，秦嶺隧洞輸水量大，要求的TBM直徑也大，施工單位按設(shè)計(jì)要求購(gòu)得掘進(jìn)機(jī)后很難將其再用于其他工程。2)設(shè)備昂貴，初期投入大。目前國(guó)產(chǎn)TBM設(shè)備主要用于區(qū)間較短且多為軟弱圍巖的城市軌道交通項(xiàng)目，尚難以滿足像秦嶺隧洞這樣使用長(zhǎng)度接近20 km、巖石飽和抗壓強(qiáng)度為30～133 MPa的長(zhǎng)大硬巖隧洞施工。為了保障安全和工期，必須進(jìn)口國(guó)外成套的硬巖TBM設(shè)備[4]。

進(jìn)口TBM設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用昂貴，如果設(shè)備由業(yè)主采購(gòu)，業(yè)主的投入過高，不利于施工單位對(duì)TBM的愛護(hù)和使用；反之,受水工斷面的單一性限制，施工單位無法繼續(xù)在其他項(xiàng)目中使用TBM，后期設(shè)備還得存放和定期養(yǎng)護(hù)，施工單位勢(shì)必承擔(dān)較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，提出TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)模式及費(fèi)用分?jǐn)倖栴}。

2.2 TBM掘進(jìn)機(jī)購(gòu)置模式

經(jīng)研究確定的秦嶺隧洞TBM購(gòu)置模式為： 設(shè)計(jì)單位提供設(shè)備技術(shù)規(guī)格書，由施工單位出資負(fù)責(zé)招標(biāo)采購(gòu)，業(yè)主委托專業(yè)人員和施工單位聯(lián)合監(jiān)造；設(shè)備到岸后由雙方聯(lián)合組織驗(yàn)收，設(shè)備的國(guó)內(nèi)運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝拆卸調(diào)試及整個(gè)TBM施工期的維修養(yǎng)護(hù)都由施工單位負(fù)責(zé)；工程竣工后，設(shè)備經(jīng)第三方檢測(cè)后完整移交給業(yè)主，業(yè)主向施工單位支付購(gòu)買設(shè)備的折舊余值費(fèi)用；后期，業(yè)主對(duì)設(shè)備整修后可以用直接租賃或融資租賃等方式來進(jìn)行TBM全壽命期管理。這種方式充分平衡了TBM購(gòu)置的風(fēng)險(xiǎn)，考慮了雙方的利益，業(yè)主在前期可以以較少的投入完成工程目標(biāo)，而施工單位只要順利地完成工程就可以拿到剩余折舊費(fèi)，不必承擔(dān)設(shè)備后續(xù)使用的壓力。

2.3 TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置分?jǐn)傎M(fèi)的計(jì)算

根據(jù)水利部門的規(guī)定，在水利工程概算中一般不單獨(dú)計(jì)取TBM掘進(jìn)機(jī)購(gòu)置費(fèi)，其費(fèi)用僅按臺(tái)時(shí)費(fèi)計(jì)取在石方洞挖的綜合單價(jià)中。對(duì)于引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞這樣的特殊工程，這種傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)模式顯然與實(shí)際存在較大差距，必須對(duì)此特殊考慮。

根據(jù)《水利工程施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額》和《水利工程概預(yù)算補(bǔ)充定額(掘進(jìn)機(jī)施工隧洞工程)》[11]的規(guī)定，水利工程中施工機(jī)械的費(fèi)用按臺(tái)時(shí)計(jì)算，臺(tái)時(shí)費(fèi)中的折舊費(fèi)是指機(jī)械在壽命期內(nèi)回收原值的臺(tái)時(shí)折舊攤銷費(fèi)用[12]，見式(1)。

設(shè)備臺(tái)時(shí)折舊費(fèi)=(設(shè)備采購(gòu)價(jià)+運(yùn)雜費(fèi))×(1-設(shè)備殘值率)/壽命總臺(tái)時(shí)。

(1)

可以認(rèn)為TBM掘進(jìn)機(jī)的購(gòu)置費(fèi)在扣除殘值后可以按使用小時(shí)回收，并以折舊攤銷費(fèi)的形式計(jì)算出TBM掘進(jìn)機(jī)的購(gòu)置分?jǐn)傎M(fèi)用。

秦嶺隧洞TBM段施工長(zhǎng)度達(dá)到39.08 km，分南北2個(gè)工區(qū)相向掘進(jìn)。嶺南TBM由3號(hào)支洞進(jìn)入，掘進(jìn)距離為17.58 km，嶺北TBM由6號(hào)支洞進(jìn)入，掘進(jìn)距離為21.5 km。秦嶺隧洞石方開挖數(shù)量及TBM臺(tái)時(shí)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 秦嶺隧洞TBM開挖數(shù)量及臺(tái)時(shí)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the total excavation volume and the excavation volume per hour by a TBM for Qinling Tunnel

根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，秦嶺隧洞配置2臺(tái)開敞式全斷面TBM掘進(jìn)機(jī)，其購(gòu)置費(fèi)單臺(tái)2.5億元(含后配套及皮帶機(jī))，扣除設(shè)備殘值5%，TBM掘進(jìn)機(jī)可使用價(jià)值為4.75億元。在《水利工程隧洞掘進(jìn)機(jī)施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額》中，直徑為8 m的敞開式TBM掘進(jìn)機(jī)折舊費(fèi)為6 530.72元/臺(tái)時(shí)，則TBM的使用時(shí)間為4.75億元÷6 530.72元/臺(tái)時(shí)=7萬2 733臺(tái)時(shí)。根據(jù)預(yù)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，本段TBM綜合利用率按35%考慮[13]，則TBM壽命周期成本內(nèi)的設(shè)備使用時(shí)間為7萬2 733臺(tái)時(shí)×35%=2萬5 456臺(tái)時(shí)。嶺南TBM掘進(jìn)石方為89.3萬m3，消耗1萬6 709臺(tái)時(shí)，占?jí)勖芷诘?6%；嶺北TBM掘進(jìn)石方為110.95萬m3，消耗1萬8 313臺(tái)時(shí)，占?jí)勖芷诘?2%。經(jīng)計(jì)算，嶺南TBM工區(qū)建安費(fèi)中已含折舊費(fèi)1.09億元，嶺北TBM工區(qū)建安費(fèi)中已含折舊費(fèi)1.20億元，嶺南TBM工區(qū)應(yīng)另計(jì)取TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備折舊費(fèi)4.75億元/2臺(tái)-1.09億元=1.28億元，嶺北TBM工區(qū)應(yīng)另計(jì)取TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備折舊費(fèi)4.75億元/2臺(tái)-1.20億元=1.18億元，合計(jì)2.46億元。作為TBM設(shè)備購(gòu)置分?jǐn)傎M(fèi)，在秦嶺隧洞初步設(shè)計(jì)概算的獨(dú)立費(fèi)中單列，得到了陜西省發(fā)改委的批復(fù)。2臺(tái)TBM的剩余壽命周期為2萬5 456臺(tái)時(shí)×2-(1萬6 709臺(tái)時(shí)+1萬8 313臺(tái)時(shí))=1萬5 890臺(tái)時(shí)，仍有一定的使用空間。

該方案責(zé)權(quán)利分明，風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，使困難的TBM購(gòu)置費(fèi)問題得以解決，保障了工程的順利實(shí)施，得到了業(yè)主和施工單位的認(rèn)可。

3 超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)研究

3.1超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)用的提出

國(guó)內(nèi)TBM施工獨(dú)頭通風(fēng)長(zhǎng)度大多控制在10～15 km，如蘭渝鐵路西秦嶺隧道TBM獨(dú)頭通風(fēng)距離為12.5 km、遼寧大伙房輸水隧洞TBM獨(dú)頭通風(fēng)距離為11.23 km[14]。秦嶺隧洞嶺北TBM工區(qū)長(zhǎng)度21.5 km，自5號(hào)支洞進(jìn)入主洞至最長(zhǎng)工作面長(zhǎng)達(dá)16.18 km，其獨(dú)頭通風(fēng)距離突破了現(xiàn)有“編規(guī)”最大12 km的極限。因此，需要認(rèn)真研究并提出超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)用的計(jì)取方法。

3.2秦嶺隧洞TBM工區(qū)超長(zhǎng)距離通風(fēng)方案的選定

TBM在開挖施工時(shí)，由于掘進(jìn)速度快，TBM刀盤切削巖石時(shí)產(chǎn)生的熱量大、粉塵多；機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，機(jī)車來往密度大；洞內(nèi)注漿孔、排水孔的風(fēng)鉆打眼作業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。為給施工人員和機(jī)械創(chuàng)造適宜的工作環(huán)境，必須做好通風(fēng)。針對(duì)本工程TBM工區(qū)送風(fēng)距離長(zhǎng)、工作面多、工序多、需風(fēng)量大的特點(diǎn)，經(jīng)研究比選后，設(shè)計(jì)采用了低噪節(jié)能的大風(fēng)量風(fēng)機(jī)配大直徑風(fēng)管的壓入式送風(fēng)技術(shù)。經(jīng)計(jì)算，送風(fēng)量達(dá)46 m3/s，可以滿足本工程的通風(fēng)需要[14]。

3.3秦嶺隧洞TBM工區(qū)超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)用計(jì)算的特殊性

根據(jù)“編規(guī)”，水工隧洞的通風(fēng)費(fèi)用一般是根據(jù)獨(dú)頭通風(fēng)長(zhǎng)度，用通風(fēng)機(jī)臺(tái)時(shí)量乘以通風(fēng)調(diào)整系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。秦嶺隧洞TBM工區(qū)超長(zhǎng)距離通風(fēng)費(fèi)用計(jì)算的特殊性主要在于其通風(fēng)調(diào)整系數(shù)的確定?！端こ趟矶淳蜻M(jìn)機(jī)施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額》中，軸流通風(fēng)機(jī)臺(tái)時(shí)量是按一個(gè)工作面長(zhǎng)度為6 km擬定的，當(dāng)工作面長(zhǎng)度超過6 km時(shí)，根據(jù)定額說明，應(yīng)依據(jù)定額的系數(shù)表，采用內(nèi)插和外延的方式計(jì)算取得通風(fēng)調(diào)整系數(shù)。這種方法是簡(jiǎn)單地把通風(fēng)系數(shù)和距離的關(guān)系擬定為直線關(guān)系，而本工程的情況卻是隨著通風(fēng)距離的增加，供風(fēng)量是不斷衰減的、漸變的曲線關(guān)系。況且，其最大工作面長(zhǎng)度僅12 km。所以，秦嶺隧洞通風(fēng)調(diào)整系數(shù)的計(jì)算必須另辟蹊徑。

3.4秦嶺隧洞通風(fēng)費(fèi)用的計(jì)算模型

Matlab是一個(gè)很強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。當(dāng)需要研究2個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)，經(jīng)常要用到曲線擬合。曲線擬合不僅能給出擬合后的關(guān)系式，還能用圖形直觀地展現(xiàn)出變量之間的關(guān)系。

根據(jù)《水利工程隧洞掘進(jìn)機(jī)施工機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額》，說明不同工作面長(zhǎng)度下的軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)，如表2所示。

表2 軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)Table 2 Adjustment coefficients of axial flow fan

直徑為8 m的TBM通風(fēng)調(diào)整系數(shù)經(jīng)擬定后的接近公式為：y=0.012 9x2+0.125 9x-0.268 1，R2=0.993 6，R接近1，可以判定為多項(xiàng)式擬合。經(jīng)過擬合后的系數(shù)比簡(jiǎn)單直線內(nèi)插和外延精度高，得到的軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)也更為準(zhǔn)確。圖3是直徑為8 m的TBM通風(fēng)系數(shù)圖。

圖3 直徑為8 m的TBM通風(fēng)系數(shù)圖Fig. 3 Ventilation coefficients of TBM with diameter of 8 m

通過對(duì)通風(fēng)系數(shù)的擬合處理，秦嶺隧洞TBM段超長(zhǎng)通風(fēng)距離的調(diào)整系數(shù)見表3。

表3 秦嶺隧洞TBM段超長(zhǎng)通風(fēng)距離的調(diào)整系數(shù)

4 秦嶺隧洞排水費(fèi)研究

秦嶺隧洞地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，必須穿越大理巖、大理巖夾片巖地層的強(qiáng)富水區(qū)及中等富水區(qū)，各斜井開挖中都面臨著很大的反坡排水壓力[15]，排水方案及其費(fèi)用均需精心設(shè)計(jì)和研究。

4.1秦嶺隧洞排水方案的設(shè)定

根據(jù)施工組織，秦嶺隧洞安排11個(gè)工區(qū)施工，各工區(qū)排水量由預(yù)測(cè)涌水量和施工用水2部分組成。掌子面施工用水分別按鉆爆法段120 m3/d、TBM段22 m3/d考慮。施工支洞根據(jù)揚(yáng)程進(jìn)行泵站布置。施工中在掌子面附近挖集水坑集水，再用潛水泵抽水至井底泵站集水倉(cāng)，后逐級(jí)抽水并經(jīng)層層沉淀凈化后排至洞外污水處理系統(tǒng)。TBM冷卻水循環(huán)利用，不排入隧道內(nèi)。

4.2秦嶺隧洞排水費(fèi)用計(jì)算中遇到的問題

根據(jù)“編規(guī)”的規(guī)定，隧洞排水費(fèi)已包含在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)費(fèi)的臨時(shí)設(shè)施費(fèi)內(nèi)綜合考慮，至于隧洞涌水大小、是否反坡排水、設(shè)置泵站多少、反坡長(zhǎng)度和提升高度等都在費(fèi)率中綜合考慮，這顯然無法客觀反映秦嶺隧洞在排水方面的困難程度。例如，3號(hào)支洞和4號(hào)支洞工區(qū)的日涌水量預(yù)測(cè)可達(dá)2.5萬m3，如果不將這部分排水費(fèi)用接近實(shí)際地計(jì)列，其投資將明顯偏離實(shí)際很多。

4.3秦嶺隧洞排水費(fèi)的計(jì)算

一般排水費(fèi)的計(jì)算公式為：

排水費(fèi)用=正常排水總量×排水單價(jià)。

(2)

因此，正常排水總量和排水單價(jià)的合理確定是計(jì)算排水費(fèi)用的關(guān)鍵。

4.3.1 秦嶺隧洞涌水量的預(yù)設(shè)

在勘察階段，參考本工程附近18 km長(zhǎng)的西康高速公路秦嶺隧道及石砭峪引水隧洞預(yù)測(cè)及施工實(shí)測(cè)涌水量的關(guān)系資料，采用鉆探、物探和水文測(cè)試相結(jié)合的方法，劃分了秦嶺隧洞各地層的富水程度，并經(jīng)業(yè)主組織專家論證后，提出了預(yù)測(cè)的分段涌水量。

根據(jù)《陜西省引漢濟(jì)渭工程環(huán)境影響報(bào)告書》的要求，排水方案應(yīng)嚴(yán)格貫徹“以堵為主，控制排放”的方針。為限制富水區(qū)段地下水的過度排放，采取了全斷面徑向注漿的堵水措施。根據(jù)相鄰類似工程的經(jīng)驗(yàn)及本工程試驗(yàn)段數(shù)據(jù)，綜合確定輔助坑道的堵水率按70%考慮。由于要考慮水壓對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的影響，主洞需設(shè)泄水孔，允許適當(dāng)排水，其堵水率按60%考慮。

正常排水總量=預(yù)測(cè)涌水量×工期×堵水率。

(3)

據(jù)此分別確定各施工支洞工區(qū)的平均正常涌水量，如表4所示，作為編制施工排水方案的依據(jù)。考慮到本隧洞大部埋深較大，根據(jù)附近相鄰深埋隧洞的施工經(jīng)驗(yàn)，除進(jìn)口工區(qū)外，忽略了季節(jié)因素對(duì)預(yù)測(cè)涌水量的影響。

表4 各支洞工區(qū)平均正常涌水量及排水單價(jià)

4.3.2 秦嶺隧洞排水單價(jià)的確定

一般情況下：

排水單價(jià)=(人工費(fèi)+排水設(shè)備機(jī)械使用費(fèi)+臨時(shí)排水管路+污水處理費(fèi))/正常排水總量。

(4)

根據(jù)“編規(guī)”，在開挖隧洞的石方單價(jià)的組成臨時(shí)設(shè)施費(fèi)中已包含了一部分排水費(fèi)，這部分費(fèi)用是按費(fèi)率計(jì)算的，且無法分離出，因此在分析排水單價(jià)時(shí)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。排水單價(jià)即為排水設(shè)備抽出每m3水所消耗的電價(jià)，人工費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)、臨時(shí)排水管路和污水處理費(fèi)等均認(rèn)為已包含在臨時(shí)設(shè)施費(fèi)中不重復(fù)計(jì)列。簡(jiǎn)化后的排水費(fèi)計(jì)算公式見式(5)—(7)。

排水設(shè)備臺(tái)時(shí)數(shù)量=正常排水總量/排水設(shè)備揚(yáng)程；

(5)

排水設(shè)備臺(tái)時(shí)費(fèi)單價(jià)=1級(jí)揚(yáng)程1 h排水設(shè)備耗電量×電價(jià)×揚(yáng)程級(jí)數(shù)；

(6)

排水費(fèi)=排水設(shè)備臺(tái)時(shí)數(shù)量×排水設(shè)備臺(tái)時(shí)單價(jià)。

(7)

由表4可知，椒溪河支洞工區(qū)采用從洞底離心排水泵(額定功率350 kW，抽水972 m3/h)揚(yáng)程1級(jí)提升到洞口排出，則排水設(shè)備臺(tái)時(shí)數(shù)量=230萬5 086 m3÷972 m3/h=2 371 h，排水設(shè)備臺(tái)時(shí)費(fèi)單價(jià)=350 kW×1.12元/kW×1=392元，則椒溪河支洞工區(qū)的排水費(fèi)用為2 371 h×392元/臺(tái)時(shí)=93萬元。因各工區(qū)揚(yáng)程不同，所以單價(jià)也有較大差異，進(jìn)口的椒溪河支洞工區(qū)最小，嶺脊附近的3號(hào)支洞和4號(hào)支洞工區(qū)最大。這樣確定的單價(jià)，通過核實(shí)支洞工區(qū)實(shí)際排水量記錄，跟蹤排水實(shí)際發(fā)現(xiàn)，仍有接近10%的誤差，但已屬可控范圍。

通過計(jì)算，秦嶺隧洞在初設(shè)階段統(tǒng)計(jì)的排水費(fèi)用在其工程投資中所占比例不小，“編規(guī)”規(guī)定的臨時(shí)設(shè)施費(fèi)難以涵蓋。本文提出的方法雖然可以反映隧洞的涌水量，但準(zhǔn)確做好涌水量預(yù)測(cè)是世界性難題，還是應(yīng)做好動(dòng)態(tài)控制和變更，并在概算中留有相當(dāng)?shù)挠嗟?。根?jù)其他已實(shí)施項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，排水費(fèi)用造價(jià)控制的最佳途徑是動(dòng)態(tài)控制，施工過程中應(yīng)及時(shí)跟蹤涌水量的變化，核實(shí)實(shí)際抽水量記錄，進(jìn)行抽水單價(jià)的測(cè)算，分期分項(xiàng)進(jìn)行抽水費(fèi)用的變更和結(jié)算。只有這樣才能真實(shí)有效地核算排水費(fèi)用，避免涌水量預(yù)測(cè)誤差造成的實(shí)際費(fèi)用與設(shè)計(jì)概算出現(xiàn)較大偏差。

5 結(jié)論與體會(huì)

引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞具有大埋深、高涌水、施工通風(fēng)及運(yùn)輸距離超長(zhǎng)等特點(diǎn)，隧洞施工難度居世界在建隧洞前列，由于工程的獨(dú)特性，要求必須依據(jù)工程實(shí)際對(duì)水利部“編規(guī)”和定額進(jìn)行合理調(diào)整。

1)對(duì)于采用多個(gè)工區(qū)“長(zhǎng)隧短打”的引水隧洞，其概算組成應(yīng)按工區(qū)組成單獨(dú)編制，采用金字塔型分工區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概算組織，以準(zhǔn)確反映各工區(qū)的投資。

2)進(jìn)口硬巖TBM掘進(jìn)設(shè)備由于購(gòu)置費(fèi)用高，使用局限性大，施工單位在采購(gòu)后將面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)要在編制概算時(shí)充分考慮TBM掘進(jìn)機(jī)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)分?jǐn)倖栴}，深入研究折舊費(fèi)不足時(shí)的補(bǔ)虧方案。

3)TBM工區(qū)施工距離長(zhǎng)，通風(fēng)費(fèi)用大。軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)是影響投資的關(guān)鍵因素，采用二次曲線擬合可以準(zhǔn)確得到TBM軸流通風(fēng)機(jī)調(diào)整系數(shù)。

4)秦嶺隧洞多次穿越富水層，排水費(fèi)用高，臨時(shí)設(shè)施費(fèi)中的排水費(fèi)用根本無法涵蓋，應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)涌水量和排水方案詳細(xì)計(jì)算排水費(fèi)用，補(bǔ)齊因費(fèi)率不足造成的缺口。

本文通過對(duì)有關(guān)引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞投資控制的4個(gè)關(guān)鍵問題的研究，找到了合理可行的解決方案，確保了項(xiàng)目的投資控制和順利施工，對(duì)進(jìn)一步提升我國(guó)修建長(zhǎng)大隧洞的投資控制水平積累了經(jīng)驗(yàn)。

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StudyofKeyProblemsinInvestmentControlforQinlingTunnelofHanjiangRiver-WeiheRiverWaterDivisionProject

LI Xiangdong

(ChinaRailwayFirstSurvey&DesignInstituteGroupCo.,Ltd.,Xi′an710043,Shaanxi,China)

U 45

A

1672-741X(2017)09-1090-07

2017-03-10;

2017-07-10

李向東(1975—)，男，山西長(zhǎng)治人，1997年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院，技術(shù)經(jīng)濟(jì)專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，主要從事鐵路、水利和城市軌道交通的工程經(jīng)濟(jì)研究工作。E-mail： 550220953@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.09.005