風沙地區鐵路施工增加費用研究

張學西

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 研究背景

1.1 既有標準說明

《鐵路基本建設工程設計概(預)算編制辦法》(原鐵道部“鐵建設[2006]113號”)(以下簡稱“113號文”)[1]規定：“風沙地區施工增加費是指在內蒙古及西北地區的非固定沙漠地區施工時，月平均風力在4級以上的風沙季節，進行室外建筑安裝工程時，由于受風沙影響應增加的費用，本項費用按室外建筑安裝工程的定額工天×編制期綜合工費單價×3%計算”。

1.2 既有標準的適用性分析

既有標準解決的是非固定沙漠同時存在大風的風沙地區的降效補償，而非單一的沙漠或單一的大風地區，強調的是月平均風力在4級以上的季節，而不是考慮瞬時風力。既有標準在工程實踐中的適用性分析如下。

(1)風和沙的問題

既有標準是針對非固定沙漠且存在大風的地區情況，實際工作中涉及的相關地區主要有3類。

一是大風地區，僅有風害，無沙害，如沿海海風地區。

二是沙漠地區，內蒙古及西北地區分布較多，如羅布泊沙漠，以沙為主，風沙害共生。

三是風沙地區，以風為主，沙隨風移，風害沙害伴生。如戈壁、半固定沙漠及一些特殊的地理區域，這種地區在西北分布較多，如新疆北天山風區。

通過以上分析，為適應大風、沙漠和風沙等不同地區的實際情況，風害和沙害宜分別制定相應的施工降效標準。

僅有風害的大風地區西北較少，沿海海風最為典型，一般平均風力不是很大(突發的災害性臺風、颶風不屬降效問題范圍)，而且持續時間不是很長，但是氣候潮濕，有弱侵蝕問題，公路行業計費標準中是單獨條款，建議有關機構在鐵道標準修訂時考慮，本課題不作研究。

沙漠地區具有高溫、溫差大、蒸發量大、干旱少雨、沙體極不穩定，常伴有大風等特點，但我國以往沙漠鐵路極少[2]，近幾年才陸續出現，公路等行業針對沙漠地區風沙地區施工增加費的研究較多[3]，也有相應的標準，鐵路行業應結合自身工程特點單獨研究，本課題不作研究。

本課題僅研究第三類即風沙地區施工降效問題。研究對象為內蒙古及西北風沙地區，其主要特點是風力等級高、頻率高，風區范圍大，大風持續時間長，風生沙石起，風沙害共生。

(2)風力等級影響問題

風害重于沙害，風沙害重于單一的風害，不同風力等級間風速差異較大，詳見表1，對施工降效的影響程度也明顯不同，應按照風力等級來區別研究施工降效問題。

風沙地區鐵路施工增加費標準建議(以下簡稱“標準建議”)：通過以上分析，月平均風力且極大風速的風力累計時間達到一定程度的風沙地區，部分工程必須因避開大風而停工，可根據調查資料另行分析計算該項費用。

表1 風力等級與風速對應關系

1.3 研究目的、對象及樣本選擇

隨著我國鐵路網的延伸，穿越大風地區、沙漠地區或風沙地區的鐵路項目越來越多，現行的相關標準表現出明顯的不適用性，需要進一步研究完善。

所以，本次研究的對象定義為“內蒙古及西北風沙地區施工增加費”，不涉及上述的大風及沙漠地區。重點研究風沙共生的非沙漠地區施工降效問題，為《鐵路基本建設工程設計概(預)算編制辦法》的修訂提供參考依據。

根據上述研究對象定義，類似的地區在新疆、內蒙古、甘肅、寧夏、陜西等地均不同程度存在，其中以新疆地區最為典型。由于這些風沙地區大多為無人荒漠區，生產活動較少，所以對風沙的監測統計資料普遍缺乏。既有蘭新鐵路通道跨四大風區，區內大風頻繁，風力強勁，其影響線路的總長度462.409 km[4]。根據現有資料，三十年重現期2 min平均風速最大達46.6 m/s(15級風)，瞬時最大風速超過54.6 m/s(16級風)。大風風災體現為吹翻列車、破壞站房、路基及通訊設施，甚至危及人員生命安全。既有蘭新鐵路曾發生過多起大風引起的列車傾覆或脫軌事故，尤其近年來該鐵路頻遭大風襲擊而中斷運輸，造成了巨大的經濟損失和社會影響。針對新疆通道內嚴重的風沙災害問題，烏魯木齊鐵路局自2005年起陸續建立了一些風力監測站，積累了部分寶貴的監測資料，為準確掌握該地區風沙活動規律，制定合理的防風、防沙工程措施方案，為確保行車安全提供了可靠的基礎數據支持。

綜合各種因素，《風沙地區施工增加費研究》(研究依據：原鐵道部鐵建設函[2010]10號)樣本選擇為“蘭新通道新疆段風沙地區”，為提高數據分析的可靠性，選擇4個風區同步分析，結合經由“蘭新通道新疆段風沙地區”的新建鐵路蘭州至烏魯木齊第二雙線開展工作，進行測算分析研究。

2 風沙地區鐵路施工增加費研究

2.1 蘭新通道新疆段風沙地區概況

新建鐵路蘭州至烏魯木齊第二雙線新疆段大部分地處荒漠戈壁中，自西向東依次穿越的四大風區為：達坂城風區76.573 km、三十里風區86.399 km、百里風區170.114 km和煙墩風區129.325 km[5]。

(1)達坂城風區

達坂城風區里程范圍為DK1746+227～DK1820+000。位于達坂城至烏魯木齊，天山以北，為天山余脈中較平坦的戈壁荒灘，同時天山形成兩山夾一谷的地形，該區大風不集中，每月都會出現，但是較多的為3、4、5月份，小風每個月份都有，且大于5級，以西風為主，兼有西北風、西南風等。

(2)三十里風區

三十里風區里程范圍為DK1680+000～DK1746+227。風區位于吐魯番至后溝地區，處于天山中兩山夾一谷的地形，全年最大風速主要發生在冬春接替的4～5月、風向穩定、主導風向NW0°～50°。

(3)百里風區

百里風區里程范圍為DK1384+800～DK1540+000。風區地處了墩至鄯善范圍內，為哈密、吐魯番盆地北緣天山南麓山前沖、洪積平原區，地形平坦開闊，地勢略有起伏，地面高程700～1050 m，多為典型的戈壁荒漠地貌。每年風季，西伯利亞強冷空氣進入新疆后，沿天山北麓聚集，通過七角井山口直瀉吐魯番盆地。該區大風月集中在每年3、4、5月，小風每月均存在，春秋季風大，夏冬季相對風小，百里風區主導風向N10°～50°，風向基本不變。

(4)煙墩風區

煙墩風區里程范圍為DK1123+063～DK1256+000。風區位于天山-馬鬃山的山口，該區大風月集中在夏秋季節，常年大風。

四大風區地理位置詳見圖1。

圖1 四大風區地理位置示意

四大風區的大風氣象資料詳見表2。

表2 2006～2009年5級及以上大風氣象資料匯總 h

2.2 風沙地區鐵路工程施工的影響因素分析

(1)對生產工人的影響

主要表現為有時呼吸困難、行走困難，視力能力降低，時有恐懼心理，生活枯燥、情緒煩躁、精神抑郁，從而導致勞動效率下降[6]。

(2)對建筑材料的影響

主要表現為建筑材料易被沙塵污染[7]，路基、養護施工用水蒸發量大等。其中為解決沙塵污染問題而增加的建筑材料覆蓋、遮擋費用已經在小型臨時設施費用中考慮，路基、養護施工用水量應在設計中考慮，所以本次研究忽略風沙對建筑材料的影響。

(3)對施工機械的影響

主要表現為機械操作視線差，起重機、架橋機等作業面高的機械操作安全性差[8](需設纜風繩和地錨加固措施)，機械零部件易積沙，磨損大，機械故障多，從而導致機械效率下降，使用成本增加。

(4)對臨時工程的影響

主要表現為小型臨時工程中的臨時生產、生活房屋(包括生產工人居住房屋、料庫、料蓬、鋼筋加工棚等)基礎需作地基梁等特殊處理[9]，房屋、廠房內部需增加型鋼架支撐與固定彩鋼板或在房屋外部使用纜風繩和地錨加固；大型臨時工程中的混凝土拌和站、龍門吊機等設備需使用纜風繩和地錨加固。

(5)對主體工程施工措施的影響

主要表現為在高空進行模板安拆、混凝土澆筑等施工時，需設臨時擋風設施和腳手架加固設施。

標準建議：通過上述分析，由于受風沙影響而增加的費用，內容包括人工、機械降效增加費，材料費，臨時工程增加費，主體工程施工措施費等。

2.3 其他行業或地區對風沙地區施工增加費的研究現狀

(1)公路行業

《公路工程基本建設項目概算預算編制辦法》(JTGB06—2007)[10]規定，風沙地區施工增加費系指在沙漠地區施工時，由于受風沙影響，按照施工及驗收規范的要求，為保證工程質量和安全生產而增加的有關費用，內容包括防風、防沙及氣候影響的措施費、材料費，人工、機械效率降低增加的費用，以及積沙、風蝕的清理修復等費用，費用以各類工程的人工費和機械使用費之和為基數，根據工程所在地的風沙區劃及類別所確定的費率計算。與蘭新二線同類地區公路工程，其費率最低為高級路面工程2%，最高為人工土方工程27%，與蘭新鐵路第二雙線新疆段相似的地區，公路工程平均費率約為人工費與施工機械使用費之和的7%。

(2)新疆地區

新疆建設廳《新疆建筑安裝工程費用定額》(新建造[2004]3號)規定[11]，在沙漠腹地或在沙漠邊緣地區施工，由于高溫、風沙使人工和機械降效所增加的費用，以人工費和施工機械使用費之和為計費基數，沙漠腹地按20%計列，沙漠邊緣按14%計列。新疆地區水利、石油等行業風沙地區施工增加費均執行該規定[12-15]。

標準建議：通過以上分析，風沙地區鐵路施工增加費的計算基數，宜為風沙區段范圍內室外建筑安裝工程的編制期人工費與施工機械使用費之和。

2.4 風沙地區鐵路施工增加費測算原則

綜合風沙地區鐵路工程施工的影響因素分析結論及其他行業或地區規定等，風沙地區鐵路施工增加費測算原則如下。

(1)風沙對臨時工程(小臨及大臨)及主體工程施工措施的影響應結合相關施工規范，與施工措施費、安全生產費等統一進行研究，本次研究暫不考慮。

(2)風沙地區施工增加費的計算基數，宜由人工費調整為人工費與施工機械使用費之和。

(3)根據工程實踐及施工單位現場測定結果，結合相關規范規定，4級及以下風力條件下施工不降效，8級及以上大風按100%降效考慮，降效測定主要以5～7級風力為主。

(4)風沙地區施工增加費僅考慮對施工月份的影響，11、12、1、2月份按冬休停工考慮。

(5)風沙地區施工增加費僅考慮對室外建筑安裝工程的影響。

(6)根據現場測定的不同風力等級條件下人工、機械降效幅度，結合各風區的施工月份大風資料，確定各風區的降效系數。

2.5 不同風力等級條件下施工降效幅度分析

(1)現場測定資料統計分析

根據現場測定資料，蘭新鐵路第二雙線新疆段四大風區內不同風力等級條件下各施工標段施工降效幅度詳見表3。

表3 現場測定的施工降效幅度統計匯總

(2)施工降效幅度數據分析

根據表3現場測定數據，剔除過高及過低等異常樣本，按算術平均法計算各風力等級平均降效幅度見表4。由于施工機械在8級及以上風力情況下處于停工狀態，此時不再消耗燃油動力費用，應予以折減。經測算，蘭新鐵路第二雙線新疆段燃油動力費用約占總機械費用的39.72%，因此施工機械降效幅度為60.28%。

表4 各級風力施工降效幅度匯總

2.6 四大風區風沙地區施工增加費費率測算

根據烏魯木齊鐵路局科研所提供的四大風區氣象資料(表2)及不同風力等級條件下施工降效幅度(表4)，各風區的風沙地區施工增加費費率測算過程詳見表5。

表5 各風區風沙地區施工增加費費率測算

2.7 水平測算分析

(1)風沙地區施工增加費測算結果

本項費用以各大風區室外建筑安裝工程初步設計核備概算[16]的編制期人工費與編制期施工機械使用費為計算基數，分別乘以表5所列人工、機械降效幅度并匯總計算，四大風區風沙地區施工增加費為37 859萬元。

(2)縱向對比

本次測算結果與原標準(即“113號文”)進行縱向對比分析，詳見表6。

表6 與原標準縱向對比分析 萬元

經對比，本次測算結果較原標準費用增加1167%，建筑安裝工程費用增加1.22%，靜態投資費用增加0.93%。

(3)橫向對比

本次測算結果與其他行業標準進行橫向對比分析，詳見表7。

表7 與其他行業標準橫向對比分析 萬元

經對比，本次測算結果較地方標準減少52.9%，較公路標準減少11.0%。

標準建議：通過以上分析，4級以上各級風力施工降效幅度(表4)可作為風沙地區鐵路施工增加費費率計算的參考。

3 研究結論

(1)為適應大風、沙漠和風沙等不同地區的實際情況，風害和沙害宜分別制定相應的施工降效標準。

(2)風沙地區鐵路施工條件惡劣，風沙對人工、施工機械的工效影響較大，調整風沙地區施工增加費是必要的。

(3)風沙對臨時工程(小臨及大臨)及主體工程施工措施的影響應結合相關施工規范，與施工措施費、安全生產費等統一進行研究。

(4)鐵路工程風沙地區施工增加費的計算基數宜由人工費調整為人工費與施工機械使用費之和。

(5)通過水平測算分析，提出了風沙地區鐵路施工增加費標準建議，可為《鐵路基本建設工程設計概(預)算編制辦法》的修訂提供參考依據。

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