北京地鐵九號線軍

張鍵

城市軌道交通的蓬勃發展，極大地解決了城市區域公共交通出行困難的問題，地鐵建設仍然是未來基礎投資的主要方向。盾構法施工可確保復雜地層施工安全，被軌道施工領域廣泛采用，但盾構的選型及土體改良等手段與施工地質條件密切相關，若實際地質條件與勘察設計資料不符，則可能導致出現較大的工程變更，進而大幅增加整條軌道線路的投資費用，因此本文針對北京地鐵九號線軍事博物館站一東釣魚臺站區間盾構施工地質條件變化問題引起的價格調差過程進行分析，為后續類似工程提供借鑒、參考意義。

一、軍——東區間基本情況

1、工程概況

北京地鐵九號線是一條位于城市西部，整體呈南北走向的線路。線路起點設在豐臺區郭公莊，沿萬壽路南延向北，穿過六里橋，穿過軍事博物館以及玉淵潭公園，沿首都體育館南路繼續向北與四號線銜接，全長為16.5km。

軍事博物館站-東釣魚臺站區間盾構隧道全長1212m，埋深21-33m，隧道先后穿越永定河引水渠、玉淵潭公同、玉淵潭公園東湖、軍事管理區等重要環境風險地區。

2、招標階段地質

建設單位在招標文件中提供詳細地質勘測資料，軍一東區間盾構穿越地層為：卵石⑦層：其中卵石最大粒徑不小于115mm，一股粒徑30-50mm，粒徑大于20mm顆粒含量約為總質量的50～60%；礫巖層：主要為強風化～中風化，礫石成分主要為花崗巖、安山巖、石英巖等，最大粒徑不小于110mm，一股粒徑40～80mm。

2、投標方案盾構機選型

2006年初北京投入使用的盾構機大部份由日本或德國廠家以合資形式在國內加工制造的，少數為日系或德系的整機進口。北京地區地質一股為亞粘土、粉砂土質、粒徑較小的砂卵石層，地質條件較好，對選用盾構機條件要求不高，上述盾構機即可滿足施工要求。

當時國產盾構機市場售價約2000萬元，日系盾構機市場售價約3200萬元，德系盾構機市場售價約4000萬元。2001年《北京市建設工程預算定額》中的盾構機掘進每延米臺班費為4049.79元，密封艙添加材料每延米為1816.23元。

根據招標地質情況施工單位決定選用日系或德系盾構機，在投標方案中承諾購買全新設備完成軍-東區間的隧道施工。

二、工程前期準備

1、現場地質調查

施工合同簽訂后，工程技術人員進入現場對該區間地質情況進行調查，在區間北端距離盾構正線約30m范圍內，與隧道上表覆土深度相近的海軍總醫院門診樓正在進行基坑開挖，基坑面積約7650m2，開挖深度17.5m，槽底可見粒徑大于50cm的漂石約20余塊，最大可見粒徑約80cm，粒徑30-50cm的卵漂石約60-80塊。根據現場判斷卯漂石含量和粒徑較招標地質資料有了很大差異，初步斷定地質發生較大變化。經過與業主、勘測單位溝通，勘察單位同意在東釣魚臺車站盾構接收井附近開挖探井對地質情況進行補堪，探井最大深度為24m。補堪結果為深度14.8～19.0m為大粒徑礫石集中分布深度，不但粒徑30～50cm漂石含量達到總量的約20%（20塊），而且粒徑50～80cm的漂石含量也較高（7塊、約20%），深度19.0～24.0m礫石粒徑相對較小，可見粒徑一股小于20cm，僅在深度20.30～21.20m段分布個別粒徑30～40cm漂石及70cm漂石1塊，但膠結程度較好，整體強度相對較高。

根據以上地質勘察結果，基本斷定實際地質條件與投標地質條件發生較大變化。為了進一步揭示盾構隧道所在地層準確情況，建設單位決定由施工單位配合勘測單位進一步對世紀壇盾構始發豎井進行地質跟蹤調查。

2、盾構機采購

針對本區段復雜地質情況及盾構施工難點，原投標方案選用的普通盾構機型不能滿足實際盾構施工需要。為此，施工單位經過反復考察論證和分析對比，特別定制了具有類似工程經驗的加拿大LOVAT（羅威特）盾構機。設計上引入了“錘擊式”破巖理念，在原出廠標準的基礎上優化刀盤刀具配置，對破碎大粒徑漂石設備及部件進行改良。如刀盤采用Q690鋼、刀盤外另加碳化鉻耐磨板，刀具采用進口優質鋼材及合金制作的重型撕裂刀；加大盾構設備功率，提高刀盤主驅動功率、提高設備脫困扭矩；加強螺旋機功率和耐磨性，保證排渣順暢，加強密封措施。

3、經營籌劃

基于施工單位現場調查和勘察單位補堪獲得的地質技術資料，可以基本推斷出軍一東區間卯石含量較大且有大量漂石存在，卯漂石含量、粒徑、強度與地質調查資料嚴重不符。根據施工合同文件35.3.4條款的約定，以“分部分項工程量清單項目中，如果地質勘察報告表明現場整體地質實際條件與招標時的條件發生重大變化，或者工程規模進行重大調整，將給予調整”作為合同開口點，經營部門認為可以作為突破口啟動地質調差程序，但必須取得強有力的技術資料支持和業主、咨詢公司、勘測單位的認可。因此需要對地質情況進行更深入的揭示，在開挖盾構始發井時和盾構施工過程中進行跟蹤調查，對地質情況進行定量和對比分析，準確詳實記錄卵漂石含量及粒徑，對卵漂石強度進行取樣試驗，收集整理資料，為地質調差創造條件。

三、啟動地質變化價格調差

1、開展跟蹤地質調查

在盾構始發井開挖過程中，施工單位和勘測單位配合進行了地質跟蹤調查，發現該區段有大量的卯漂石沉集，盾構隧道穿越地層部分為第三紀強風化-中等風化粘土巖、礫巖及卯礫、卵漂石層，在隧道范圍內存在隨機分布有大粒徑卵石和漂石，漂石最大粒徑可達1.2m*1.5m，卵石粒徑達20cm以上的含量高達54.3%，遠大于招標地勘數據。卵石強度較大，強度平均值139Mpa，最大可達187Mpa。礫巖地層膠結狀態好、整體強度高，可挖性難度大，明顯高于招標地勘中描述的地質強度。區間隧道部分處于潛水層中，且需穿越310m寬玉淵潭東湖，湖底隧道掘進斷面全部處于潛水層，水面平均高度均高于隧道拱頂80cm。地質跟蹤調查綜合分析結果顯示本區間實際地質情況較招標地質情況發生了重大變化，地層情況十分復雜，該地段為公主墳隆起帶，是北京市地鐵工程罕見的地層結構。

2、確認地質變化

施工過程跟蹤地質調查獲得了詳實準確資料，地質重大變化得到建設單位的認可。由地質變化引起施工難度和成本大幅度增加，施工單位根據施工合同文件3534條款的約定，啟動了索賠程序。原投標報價依據是2001年《北京市建設工程預算定額》，該定額基于亞粘土、粉砂土質等地質情況較好北京一股地層制定的，已不能作為軍一東區間工程單價分析依據，也不能作為類似工程的組價參考。根據施工合同32.1.1.3條款約定， “新增項目應重新組價，但套用的人工、管理費、利潤按原有報價相應標準執行，機械和材料價格原清單可以查到的，按清單執行，原清單中沒有的，參考施工當期造價信息執行，造價信息沒有的由發承包共同詢價確定”，合同雙方從組價開始進入地質調差實施階段。

四、調價項目分析

1、盾構臺班費

盾構設備在含大粒徑漂石的礫巖層及富水卯漂石層掘進必將帶來掘進時刀具、刀盤磨損嚴重，機械磨損嚴重、壽命縮短。按照實際的地質條件和合同清單盾構機臺班費構成情況，對LOVAT（羅威特）盾構機臺班成本進行分析。

（1）盾構機折舊贊

按工作量法計算盾構機折舊費用的公式為：

Fzj-Y（1-c）I/（L×t） ①

I-1+1/2×i（m+1）

②

式中Fzj—盾構機臺班折舊費；

Y—進口設備費用，即到岸價格加國內運費；

c—殘值率；

I—時間價值系數；

i—年利率；

m—折舊年限；

L—盾構機在主軸承壽命期內平均推進長度；

t—平均推進1米所需要盾構機臺班。

本LOVAT盾構機的實際測算：

①使用加拿大LOVAT盾構機，進口設備購置費用為6583萬元。

②參照2001年《全國統一施工機械臺班費用編制規則》，盾構機殘值率為5%。

③按目前銀行貸款利息年利率i為7%。

④按照國際通常的計算方法，盾構機推進8-10km報廢，根據LOVAT盾構機壽命期內在復雜地質條件下推進長度下限L為8km。

⑤折舊年限m的確定方法：

第一，是采用產量法估算折舊，如果完成的工程項目隧道比較長，則折舊年限就比較短，反之，如果需幾個工程項目才能完成報廢的工程量，則折舊年限就比較長。所以m的確定受完成項目工程量及工期的限制。國內地下工程項目招標標段劃分比較短，特別是城市地鐵工程，大多是一個區間一個標段，一個區間1-2km，則一個標段的推進長度是2-4km，這樣，盾構機要完成3個左右的項目才能達到報廢產量。連續完成3個項目的時間約為5-6年時間（不包括無施工任務停機等待時間）。考慮施工任務不飽滿因素，折舊年限按7年計算。

第二，是通過實測施工中盾構機主軸承運轉時間，以設備記錄的數據為依據，對應記錄期盾構機掘進里程，計算在盾構機主軸承壽命期內盾構機掘進總里程。本區間盾構施工時間自2010年3月20日盾構機始發至2011年7月20日總計365+4×30+2=487天，據上表統計數據顯示，盾構機實際作業時間為265天，計88個月，則每月實際掘進1176/8.8-133m/月，以盾構機生產廠家確認10000小時主軸承壽命下限測算，盾構機折舊年限計算：10000m/133m/月=75月，即75/12=6.26年。

⑥確定平均推進1m使用盾構機臺班t。依據實際施工中統計數據，盾構機主軸承運轉時間為逆時針運轉627.1小時，順時針運轉539.7小時，記錄期掘進總環數980環折合1176延米，即盾構機主軸承工作1166.8小時，盾構機掘進里程為1176延米。在實際施工中還應考慮除掘進之外的其他工作時間，如拼裝時間、管片和土方運輸時間、接軌時間、注漿時間、測量時間、設備保養時間等一系列輔助工作時間，實際施工時間是自2010年3月20日盾構機始發至2011年7月20日，總計施工時間為365+4×30+2=487天，以每天3班計共消耗1461臺班，則每延米臺班消耗為1461/1176=1.24。正常情況下在第三紀礫巖層、第四紀卵石層24h平均推進242m，則每推進1m所需臺班為1.24，即t=1.24臺班。

則I=1+1/2×7%×（7+1）=1.28

Fzj-65836596×（1-5%）×1.28/（8000×1.24）-8070.29（元）

每掘進1m盾構機折舊費為8070.29×1.24-10007.16（元）

（2）盾構機大修理費

每推進1m盾構機大修理費用的計算公式為：

Fdx-Fx×n/L

⑤

式中Fdx—推進1m大修理費用；

Fx—一次大修理費用總額；

n—壽命期大修次數；

L—盾構機在壽命期內平均推進長度。

本LOVAT盾構機假定壽命期大修理次數為2，參照《全國統一施工機械保養修理術經濟定額》，結合進口配件價格及市場行情確定Fx=650萬元，則按工作量法計算每推進1m大修理費用為：

Fdx-6500000×2/8000=1625（元）

（3）盾構機經常修理費

2001年《全國統一施工機械臺班費用編制規則》中，每推進lm盾構機經常修理費用計算公式為：

Fjx-Fdx×K

式中Fjx—每推進1m盾構機修理費；

K—臺班經常修理系數（參照國產機械K=1.73）。

則Fjx=1625×1.73=2811.25（元）

（4）盾構機機上司機工費

（5）根據在施工程項目實際數據和科學合理計算方法，測算出LOVAT盾構機的機械臺班費為每延米16143.41。

2、密封艙添加材料

軍-東區間超大粒徑漂石含量高，顆粒之間空隙大，無黏聚力，盾構在此條件下掘進，土體流塑性差，推力、刀盤扭距大，刀盤、刀具及螺旋輸送機磨損嚴重，推進速度極其緩慢，通過渣土改良是解決上述問題的有效手段。試驗結果表明：大量采用鈉基膨潤土和泡沫作為混合改良添加劑對土體進行改良能夠顯著降低盾構的推力和扭矩以及渣土溫度，可增加渣土的和易性與流動性，減小刀盤和螺旋輸送機的扭矩，防止黏附，利于渣土排出。

在2001年《北京市建設工程預算定額》中，土體改良針對的北京一般的亞粘土、粉砂土質地層，改良材料采用普通膨潤土加泡沫，盾構機掘進每延米定額量膨潤土180kg，泡沫100L。軍一東區間地質的特殊性決定盾構推進必須采用改良效果更佳的鈉基膨潤土，并大大提高該膨潤土和泡沫的注入量。土體改良材料用量以經過建設單位代表和監理方代表現場確認的實際消耗為基礎，分別對人工費、材料費及機械費三部分進行調價，以下為具體分析：

（1）人工費

綜合工日采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》中含量，每延米消耗2.284工日，采用2010年《北京市工程造價信息》第3期人工單價，每工日人工單價為53元。綜合工日費為2.284×53=121.05元。其他人工費采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》其他人工費12.59元。人工費為121.05+12.59=133.64元。

（2）材料分析

大粒徑砂卵石地層盾構掘進需對開挖土體進行改良，改良材料主要包括下列四部分：

①鈉基膨潤土根據現場實測，從盾構機始發到第411環總消耗221t，每延米消耗221×1000/（411×12）=448.094kg，實際采購單價為0.45元/kg，小計448.094×0.45=201.64元。

②用水量采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》中含量，每延米消耗4.852t，采用2010年《北京市工程造價信息》第3期單價為6.21元/t，水費共4.852×6.21=30.13元。

③泡沫劑據現場實測，截止到第411環總消耗656桶，每桶200kg，每延米消耗656×200/（411×1.2）=266.018kg，實際采購單價為15元/kg，小計266.018×15=3990.27元。

④其他材料費采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》其他材料費15.94元。

材料費合計201.64+30.13+3990.27+15.94=4237.98元。

（3）機械費分析

注漿所需設備主要分為下列兩部分，因此進行定額調差相應計算如下：

①空壓機6m3/min，采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》中含量為0.139臺班，根據市場價格每臺班200元，小計0.139×200=27.8元。

②其他機械費采用《北京市建設工程預算定額第十一冊地鐵工程》其他機具費8.23元。

機械費合計：27.8+8.23=36.03元。

（4）盾構機掘進1延米注入密封艙添加材料合計價格為4407.65元。

五、實現價格調差

1、批復補充定額

由于九號線特殊地質的情況，以軍-東區間為代表多個區間和車站存在地質調差問題，由于增加投資數額較大，超出九號線立項審批的概算，必須進行調整概算。施工單位負責整理地質調差資料，建設單位審核上報北京市造價處，造價處根據施工方案和確認人工、材料、機械的消耗量，并以2001年《北京市建設工程預算定額》和工程造價有關規定和依據，按照大部分項目屬于地鐵新工藝、新材料、新做法，有些材料和機械價格屬于2001年選價和現行造價信息的短缺，按市場價格編制。具體使用辦法如下：（1）工程計價時按施工階段市場價格調整人工、材料和機械價格；（2）本補充定額在編制設計概算時也可參照使用；（3）本補充定額僅作為九號線工程一次使用。補充定額的批復，為施工單位地質調差提供了有利依據，也為業主調整概算提供計價基礎。

2、分析對比經營成果

依據北京市造價處地鐵九號線補充定額的子目，軍一東區間盾構臺班和密封艙添加材料的價格進行了調整，施工單位在彌補超額成本的基礎上產生良好的經濟效益。

一個工程項目的成敗，關鍵在于實施初期對整個項目經營的總體籌劃。在本案例中投標時盾構定額套用北京地區常規地層的含量，招標文件的地質條件與現場實際嚴重不符，造成施工難度和成本的大幅度增加。此類問題的解決需要對施工合同、現場情況、技術條件進行綜合分析，從找施工合同開口出發，著重對現場實際情況進行深入探查和梳理，通過扎實的基礎技術資料支持，利用科學的方法進行對比和分析，進行積極的反應和溝通，最終促成問題的圓滿解決。