鐵路隧道工程超挖回填費用計算規則研究

吳 煒， 張恒輝

(1. 中國鐵路經濟規劃研究院有限公司， 北京 100038； 2. 中鐵隧道局集團有限公司， 廣東 廣州 511458)

0 引言

2017年5月，國家鐵路局通過國鐵科法〔2017〕33號文發布了《鐵路工程預算定額(第3冊 隧道工程)》[1](以下簡稱新定額)等14項鐵路工程造價標準。新定額開挖子目消耗量中包含允許超挖及預留變形量，超挖回填的工程數量及方式需由設計單位計算。但目前針對隧道超挖回填量沒有相關規范或計算規則能夠準確進行定量分析，影響概算編制水平。因此有必要統一超挖回填量的計算規則。

隧道超挖回填工程量的計算及其對隧道施工成本的影響是目前研究的重點。王飛等[2]針對蒙華鐵路水平巖層隧道超挖數量進行了統計分析，給出了合理取值； 王國寧[3]根據公路定額，研究了公路隧道超挖回填對施工成本的影響； 王承山[4]從施工技術與管理方面提出控制隧道超挖回填的主要途徑。但上述研究都沒有給出設計階段超挖回填量及其費用的計算規則。本文以350 km/h客運專線雙線隧道為例，結合相關標準規定，提出鐵路隧道超挖回填方式及工程數量的計算規則，并對超挖回填費用的變化進行對比分析。

1 超挖原因及允許超挖值

隧道超挖工程數量是指設計圖紙中開挖數量未包含的部分。目前高速鐵路隧道設計圖紙中的開挖數量包括隧道凈空開挖數量和復合襯砌數量，預留變形量與允許超挖量在設計圖紙中均無定量體現。

預留變形量是為了充分發揮圍巖自承作用，容許初期支護和圍巖有一定變形，而將設計開挖線適當擴大的預留量[5]。實際設計時，預留變形量通常參考TB 10003—2016《鐵路隧道設計規范》設計，不同級別圍巖預留變形量如表1所示[6]。淺埋、軟巖、跨度較大隧道預留變形量取大值，深埋、硬巖、跨度較小隧道預留變形量取小值。本文在計算時，Ⅱ、Ⅲ級圍巖預留變形量取為30 mm，Ⅳ級圍巖預留變形量取為60 mm，Ⅴ級圍巖預留變形量取為90 mm。

表1 不同級別圍巖預留變形量

隧道允許超挖量是由于爆破作業擾動、圍巖應力釋放及施工方法等影響因素造成開挖線適當擴大，但不影響隧道施工質量安全的超挖量。在實際施工中，一般參考Q/CR 9604—2015《高速鐵路隧道工程施工技術規程》[7]，各部位平均線性超挖值如表2所示。平均線性超挖值等于超挖橫斷面積與設計開挖斷面周長(不含隧底)的比值。

表2 隧道允許超挖值

隧道實際的開挖斷面如圖1所示，開挖線是非線性的。

2 超挖工程量分析

從平均線性超挖值的定義可以推導出超挖斷面面積等于平均線性超挖值乘以設計開挖斷面周長。本文以350 km/h客運專線雙線隧道通用參考圖(見圖2)的不同圍巖基礎斷面為例，計算每延米超挖量。

圖1 隧道實際開挖斷面示意圖

Fig. 1 Sketch of actual excavation cross-section of tunnel

圖2 350 km/h客運專線雙線隧道通用參考圖

Fig. 2 General referenced sketch of double-track tunnel of 350 km/h passenger-dedicated line

從圖2可以看出，不同級別圍巖的隧道內輪廓面積是一致的，仰拱或底板以上的拱部和邊墻開挖外邊線近似為同一圓心的圓弧，可以按圓弧來計算拱部和邊墻的設計開挖斷面周長，圓弧半徑是內輪廓半徑與復合襯砌厚度之和。而對于仰拱或底板，為簡便計算，本文按仰拱混凝土數量與厚度的關系計算允許超挖量。預留變形量超挖量參照允許超挖量計算。新定額不同級別圍巖每延米隧道超挖數量見表3。

本文計算的Ⅱ級圍巖設計參考圖是無仰拱襯砌的，只有底板混凝土。因底板開挖較淺，底板找平混凝土僅10 cm厚，且實際施工時后續撿底工序施工誤差能夠得到較好控制，再以10 cm計算線性超挖值存在超挖過大的問題。因此本文設定Ⅱ級圍巖底板的允許超挖量按底板混凝土的20%計算。

表3 新定額不同級別圍巖每延米超挖量計算表

3 超挖回填工程量分析

允許超挖是施工造成的非設計開挖，為保證工程質量，允許超挖的回填量應按平均線性超挖值全部計算工程量。按照《高速鐵路隧道工程施工技術規程》的要求，普通隧道二次襯砌施工時機為水平收斂(拱角7 d平均值)小于0.2 mm/d。設計預留變形量一般稍大于圍巖實際變形量，加之圍巖收斂的不均勻性，會造成襯砌混凝土數量增大，因此應按普通隧道收斂的平均水平來計算回填工程量。根據在建的張吉懷鐵路吉首隧道、鄭萬鐵路向家灣隧道現場襯砌前實測斷面值可知，開挖斷面實際收斂量為預留量的56%～69%，本文暫以預留變形量的1/3(收斂比為66%)來計算工程量。不同級別圍巖每延米不同部位回填工程數量見表4。

表4 不同級別圍巖每延米不同部位回填工程數量計算表

鐵建設〔2010〕223號《鐵路工程預算定額(第3冊 隧道工程)》[8](簡稱為舊定額)中，超挖回填量包含在襯砌定額子目消耗量中。本文以350 km/h客運專線雙線隧道通用參考圖，按舊定額計算出不同部位每延米隧道考慮的回填數量，結果見表5。

表5 舊定額不同級別圍巖每延米超挖量計算表

按照新、舊定額計算的超挖回填量結果對比見圖3。可以看出： 在新定額計算規則下，拱墻超挖回填量均小于舊定額計算規則的回填量，但Ⅳ、Ⅴ級圍巖的仰拱回填量大于舊定額計算規則的回填量，也導致Ⅳ、Ⅴ級圍巖斷面回填總量大于舊定額計算規則的回填量。

4 超挖回填方式及費用分析

如上文圖1所示，實際施工時為保證防水板背面較為平整，保證防水效果，會利用噴射混凝土將開挖面噴平補齊，造成噴射混凝土量大于設計量。因此本文設定拱墻的允許超挖回填為噴射混凝土方式回填，仰拱或底板在一般情況下因開挖質量能夠得到有效控制，設定此部分超挖回填為襯砌混凝土回填。為保證二次襯砌厚度滿足設計要求，預留變形量采用襯砌混凝土回填，工程數量為預留變形量的1/3。

按照上文新、舊定額回填量計算的結果，將新定額按初期支護噴射混凝土、二次襯砌模筑混凝土共同回填和舊定額全部二次襯砌模筑混凝土回填2種計算規則的工程數量全部套用新定額進行計算，按通用參考圖標準替換混凝土等級，計算2種計算規則下每延米隧道回填數量的定額直接費情況，結果見表6。

圖3 新、舊定額計算超挖回填量對比表

Fig. 3 Comparison of backfill quantity of tunnel overbreak by new and existing quotas

表6 新、舊定額不同級別圍巖每延米超挖回填定額直接費計算表

從表6計算結果可以看出： 在新定額計算規則下，超挖回填費用增長明顯，每延米圍巖超挖回填定額直接費增長700～1 100元,導致費用增長的主要原因是噴射混凝土定額每m3基價為495元，比二次襯砌混凝土定額每m3基價(約200元)高一倍多。需要說明的是，如果采用濕噴機械手噴射混凝土定額，因定額每m3基價為455元，新定額計算規則的超挖回填定額直接費每延米會降低110～150元。

同時，在現場實際施工時，隧道有拱架地段根據施工驗收標準，一般會采取噴射混凝土回填，保證圍巖與拱架間的空隙噴填密實，而無拱架地段則可能根據實際情況以襯砌混凝土回填。因此，本文計算規則采用的回填方式與實際現場還有一些不同，但費用差異不大，為方便設計概算的編制，新定額計算規則可以采用上述回填方式進行概算費用的計算。

5 結論與討論

本文以350 km/h客運專線雙線隧道通用參考圖工程量為基準，按照新定額超挖回填計算要求，提出隧道不同圍巖超挖回填量費用的計算規則。計算結果顯示，新定額350 km/h客運專線雙線隧道超挖回填費用漲幅為700～1 100元/延米。

目前對超挖回填的定量分析還較為粗獷，在設計階段很難準確估計回填數量，仰拱因開挖封閉快，預留變形量收斂較小，實際施工中是否預留變形量還有待商榷，因此本文計算的超挖回填工程數量還有優化的空間。也需要各設計單位廣泛收集施工數據，總結超挖回填量的合理范圍，提高編制概預算的準確性。