海底超大直徑盾構(gòu)隧道造價(jià)分析研究

肖時(shí)輝

(珠海大橫琴股份有限公司， 廣東 珠?！?19000)

0　引言

海峽像一道天塹將大陸與大陸、大陸與海島、海島與海島之間隔開,給人們的生活、旅行帶來許多不便。海底隧道不占地、不妨礙航行、不影響生態(tài)環(huán)境,是一種非常安全的全天候海峽通道[1]。目前世界上最長的海底隧道是日本的青函隧道，修建海底隧道最多的國家是挪威。海底隧道在我國尚處于起步階段，福建廈門翔安海底隧道、青島膠州灣海底隧道、廣東獅子洋海底鐵路隧道和廣東珠海橫琴馬騮洲隧道已經(jīng)建成，更多的海底隧道也在修建或規(guī)劃中[2]。福建廈門翔安海底隧道[3-4]和青島膠州灣海底隧道[5]主要采用鉆爆法； 廣東獅子洋海底鐵路隧道(外徑10.8 m)[6-7]和珠海橫琴馬騮洲隧道(外徑14.5 m)采用盾構(gòu)法。

國內(nèi)對海底隧道的造價(jià)研究文獻(xiàn)還較少。珠海橫琴馬騮洲隧道作為國內(nèi)第1條海底超大直徑盾構(gòu)隧道，對其進(jìn)行造價(jià)分析研究具有重要價(jià)值。盡管住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年發(fā)布的ZYA 1-31-2015《市政工程消耗量定額》(簡稱《市政定額》)中包含了直徑15.5 m超大直徑盾構(gòu)隧道的子目，但該定額主要是針對陸域隧道或越江隧道，海域隧道因基巖突出、海水腐蝕、復(fù)雜地層、潮汐影響和大風(fēng)環(huán)境等因素，不僅施工方面面臨挑戰(zhàn)，而且造價(jià)控制和管理方面也具有特殊性。

本文對珠海橫琴馬騮洲隧道的盾構(gòu)造價(jià)進(jìn)行分析研究，通過3年現(xiàn)場跟蹤，對現(xiàn)場盾構(gòu)工藝的實(shí)際工、料、機(jī)消耗量進(jìn)行測定、整理、分析，研究海域條件如基巖凸起、海水腐蝕、復(fù)雜地層、潮汐影響和大風(fēng)環(huán)境等因素對盾構(gòu)隧道造價(jià)的影響，分析盾構(gòu)安拆、盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿和管片拼裝等工藝的工、料、機(jī)消耗量，形成海底超大直徑盾構(gòu)隧道成套企業(yè)定額。研究結(jié)果可為企業(yè)概算、結(jié)算精細(xì)化管理提供可靠支撐。

1　項(xiàng)目概況

橫琴島位于珠海市南部，珠江出海口西側(cè)，東隔十字門水道與澳門相鄰，南瀕南海，西鄰磨刀門水道，北與珠海南灣城區(qū)隔馬騮洲水道相望，如圖1所示。

圖1　橫琴島位置圖

馬騮洲隧道工程連接珠海市南灣城區(qū)和橫琴新區(qū)，如圖2所示。隧道段全長約2 834.6 m，其中隧道盾構(gòu)段長1 082 m，為雙向6車道，隧道外徑14.5 m。采用1臺(tái)海瑞克φ14.93 m泥水加壓平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)由南岸工作井始發(fā)，完成西線隧道推進(jìn)后在北岸工作井調(diào)頭，然后完成東線隧道盾構(gòu)推進(jìn)施工。盾構(gòu)所穿越的馬騮洲水道是珠江口西側(cè)一條重要航道，也是澳門通往珠江三角洲和粵西沿海及海南島的出入口。隧道段地層分布極不均勻，有②1淤泥、②2黏土、②3中粗砂夾黏土、②4淤泥質(zhì)黏土、③1粉質(zhì)黏土夾砂、④中粗砂、⑤礫質(zhì)黏性土、⑥1全風(fēng)化花崗巖、⑥2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，局部涉及⑥3中風(fēng)化花崗巖。受海水潮汐影響，水位差約1.5 m，在暴雨季節(jié)可達(dá)3 m,臺(tái)風(fēng)季節(jié)最大潮時(shí)，最高洪水位標(biāo)高約3.7 m。

該工程概算建安費(fèi)為20.47億元，其中隧道盾構(gòu)工程建安費(fèi)6.86億元。隧道段于2015年8月開工，計(jì)劃于2017年3月完成貫通，實(shí)際于2017年11月完成貫通。實(shí)際完成日期較計(jì)劃日期延后主要是由于進(jìn)行凸起基巖預(yù)處理、江中保壓試驗(yàn)、帶壓進(jìn)艙換刀、臺(tái)風(fēng)季節(jié)影響及海上施工相關(guān)證件的辦理等引起的。

圖2　馬騮洲隧道地理位置圖

2　影響海底隧道造價(jià)的特殊因素

2.1　基巖凸起

越江隧道一般位于江河的沖積平原，以穿越軟土地層為主。而我國沿海海岸基巖廣為分布，多由花崗巖、玄武巖、石英巖和石灰?guī)r等各種不同山巖組成[8]。馬騮洲隧道東線、西線推進(jìn)范圍內(nèi)均有基巖凸起。

以西線為例，基巖凸起位于水道中間，長約104 m。在盾構(gòu)進(jìn)洞段進(jìn)行刀具檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)： 104把滾刀中有75把滾刀出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，分布在刀盤外周3 m范圍內(nèi)，偏磨量最大約40 mm；有7把滾刀出現(xiàn)刀圈掉落現(xiàn)象，分布在刀盤圓弧段與正面交界處。施工現(xiàn)場進(jìn)行了刀具更換，外周滾刀全部更換為60 cm(18寸)重型滾刀，其余更換為56.67 cm(17寸)滾刀并加裝30把貝殼刀，西線全線換刀時(shí)間約37個(gè)工作日。

馬騮洲隧道由于基巖凸起引起更換滾刀118把、刮刀192把。換刀期間每天工作人員為15～35人，換刀人工費(fèi)用每天約3 300元/人，工期影響約3個(gè)月，基巖凸起引起刀具更換的造價(jià)增加約1 200萬元，盾構(gòu)掘進(jìn)段單項(xiàng)造價(jià)約提高15%，具體如表1所示。

表1　基巖凸起引起刀具更換的造價(jià)

2.2　復(fù)合地層

越江隧道一般位于江河的沖積平原，土層較為單一，而海域由于入?？谑芙铀鳌⒀罅?、潮汐的影響，水底水流更為復(fù)雜，常存在復(fù)合地層。最典型的復(fù)合地層是“上軟下硬”地層，馬騮洲隧道即處于此種復(fù)合地層中。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，需經(jīng)常變換盾構(gòu)施工模式、不斷調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)并對盾構(gòu)配置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[9]，最直接的影響是施工降效。以正常段掘進(jìn)盾構(gòu)臺(tái)班消耗量為例，不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)臺(tái)班消耗量對比如表2所示。其中： A1段主要地層為淤泥； D4段為中粗砂、淤泥質(zhì)黏土、淤泥、黏土； F5段為中粗砂夾淤泥、中粗砂、淤泥質(zhì)黏土、淤泥、黏土； L8段為淤泥質(zhì)黏土、中粗砂、中粗砂夾淤泥、礫質(zhì)黏性土、粉質(zhì)黏土夾砂、中粗砂夾黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖等。

表2不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)臺(tái)班消耗量對比

Table 2Comparison of consumption of shield machines under different geological conditions

地質(zhì)段A1段D4段F5段L8段單位消耗量/(臺(tái)班/m)0.3130.3560.4080.46

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)： 隨著地層巖土類別增加以及上軟下硬情況的突出，開挖機(jī)械的單位臺(tái)班量相應(yīng)增加，“上軟下硬”復(fù)合地層機(jī)械臺(tái)班消耗量增加約20%。

2.3　海水腐蝕

同時(shí)，襯砌后的壓漿也需摻入粉煤灰、膨潤土和微沫劑等外加劑。馬騮洲隧道襯砌后壓漿量約26 000 m3，添加外加劑引起造價(jià)增加約120萬元，襯砌后壓漿造價(jià)指標(biāo)增加約4%。

此外，海洋水域?qū)δ嗨|(zhì)量影響較大，馬騮洲隧道現(xiàn)場對多種材料、多種水質(zhì)、多種配合比進(jìn)行試驗(yàn)，加入海帶粉、海藻酸鈉和HS-1 3種外加劑。海水是典型的電解質(zhì)溶液，含鹽量、溫度、溶氧量、pH值、流速與波浪、海生物等對施工機(jī)械的使用壽命產(chǎn)生一定的影響。盡管暫時(shí)無法對海水腐蝕引起的盾構(gòu)損耗進(jìn)行量化，但這個(gè)影響是確定存在的，海水腐蝕會(huì)加快盾構(gòu)的損耗，加大折舊率，增加盾構(gòu)臺(tái)班費(fèi)用。

2.4　潮汐影響

內(nèi)陸地區(qū)的江河水位在一定時(shí)間內(nèi)一般都保持相對穩(wěn)定，因此，水壓力一般情況下相對穩(wěn)定。馬騮洲水道受海水潮汐影響，水位差一般為1.5 m，在暴雨季節(jié)可達(dá)3 m。水位差導(dǎo)致水壓力頻繁變化，在此條件下，盾構(gòu)掘進(jìn)需更加謹(jǐn)慎，進(jìn)而引起施工降效，增加盾構(gòu)施工的造價(jià)，但其不是影響造價(jià)的主要因素。

通過對潮汐時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用有無對比法對工程費(fèi)用進(jìn)行分析研究，潮汐影響引起施工降效約0.5%。

2.5　大風(fēng)環(huán)境

由于海洋和陸地比熱容的差異，陸地升溫快，降溫也快，海洋則比較遲緩，升溫慢，降溫也慢，引起海陸間熱力性質(zhì)差異，氣壓差明顯，容易形成海陸風(fēng)[11]。由于海面是平坦的，沒有什么阻礙物，風(fēng)所受的阻力較小，容易形成大風(fēng)環(huán)境。在此條件下，受影響較明顯的是盾構(gòu)吊裝(拆)造價(jià)，對起重機(jī)械的選型及耗材如鋼絲繩的消耗量均產(chǎn)生一定影響，即使有時(shí)無風(fēng)，也需按起風(fēng)儲(chǔ)備考慮相應(yīng)的施工工藝。根據(jù)現(xiàn)場測定，盾構(gòu)吊裝(拆)的鋼絲繩實(shí)際消耗量約為《市政定額》鋼絲繩消耗量的1.15倍。

3　海底盾構(gòu)隧道企業(yè)定額測定與分析

3.1　盾構(gòu)安拆企業(yè)定額測定與分析

3.1.1盾構(gòu)安拆主要工作內(nèi)容

盾構(gòu)吊裝的主要工作內(nèi)容為起吊機(jī)械設(shè)備和盾構(gòu)載運(yùn)車就位、盾構(gòu)吊入井底基座和盾構(gòu)安裝等； 盾構(gòu)吊拆的主要工作內(nèi)容為拆除盾構(gòu)與車架連桿、起吊機(jī)械及附屬設(shè)備就位、盾構(gòu)整體吊出井口和上托架裝車等。

海域條件下對盾構(gòu)吊裝和吊拆造價(jià)產(chǎn)生影響的主要為吊裝(拆)機(jī)械及吊裝(拆)耗材的消耗量。海岸線地層的不穩(wěn)定以及海岸的大風(fēng)環(huán)境，會(huì)影響起重設(shè)備的選型，增加耗材的消耗量，增加吊裝(拆)設(shè)備的工作時(shí)間。因此，重點(diǎn)分析海域條件對盾構(gòu)吊裝(拆)機(jī)械及吊裝(拆)耗材消耗量的影響。

3.1.2盾構(gòu)安拆定額消耗量對比

根據(jù)馬騮洲隧道盾構(gòu)吊裝與吊拆工料機(jī)的消耗量，與《市政定額》消耗量進(jìn)行對比，將消耗量差異較大的工料機(jī)對比結(jié)果匯總，如表3和表4所示。

表3　盾構(gòu)吊裝定額主要差異對比

表4　盾構(gòu)吊拆定額主要差異對比

3.1.3盾構(gòu)安拆定額差異性主要原因分析

經(jīng)對比可知，馬騮洲隧道盾構(gòu)吊裝(拆)起重設(shè)備(如起重機(jī))以及耗材(如鋼板、鋼絲繩)消耗量均高于《市政定額》消耗量，人工消耗量低于《市政定額》消耗量。

通過對馬騮洲隧道實(shí)測消耗量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，海域條件對盾構(gòu)吊裝(拆)起重機(jī)械消耗量確實(shí)存在影響。以盾構(gòu)吊裝的300 t履帶式起重機(jī)消耗量為例，馬騮洲隧道實(shí)際消耗量為65.396臺(tái)班/臺(tái)，而《市政定額》消耗量僅為39.808臺(tái)班/臺(tái)。海域條件同樣對吊裝(拆)耗材消耗量也有影響，如馬騮洲隧道吊裝的鋼絲繩消耗量為2 111.980 kg/臺(tái)，而《市政定額》消耗量僅為1 834.118 kg/臺(tái)。雖然海域條件增加了吊裝(拆)設(shè)備的機(jī)械臺(tái)班消耗量，但在分析過程中發(fā)現(xiàn)人工消耗量卻比《市政定額》消耗量低很多。以盾構(gòu)吊裝的人工消耗量為例，馬騮洲隧道消耗量為1 744.500工日/臺(tái)，《市政定額》消耗量為6 085.350工日/臺(tái)。這主要是因?yàn)樯鐣?huì)生產(chǎn)力水平的提高、盾構(gòu)隧道工藝的普及、施工相關(guān)操作人員技術(shù)的提高以及施工機(jī)械化的發(fā)展，導(dǎo)致人工消耗量減少。

3.2　盾構(gòu)掘進(jìn)定額研究

3.2.1盾構(gòu)掘進(jìn)主要工作內(nèi)容

包含操作盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)、水力出土、管片拼裝、螺栓緊固、施工管路鋪設(shè)、照明、運(yùn)輸、供氣通風(fēng)、貫通測量、通信和排泥水輸出井口等。海域條件下對盾構(gòu)掘進(jìn)造價(jià)產(chǎn)生影響的主要為盾構(gòu)消耗量，因此，重點(diǎn)分析海域條件對盾構(gòu)消耗量的影響。

3.2.2盾構(gòu)掘進(jìn)定額消耗量對比

根據(jù)馬騮洲隧道盾構(gòu)掘進(jìn)工、料、機(jī)消耗量，與《市政定額》消耗量進(jìn)行對比，將消耗量差異較大的工料機(jī)對比結(jié)果匯總,如表5—8所示。

表5　負(fù)環(huán)段掘進(jìn)定額主要差異對比

表6　入洞段掘進(jìn)定額主要差異對比

表7　正常段掘進(jìn)定額主要差異對比

表8　出洞段掘進(jìn)定額主要差異對比

3.2.3盾構(gòu)掘進(jìn)定額差異性主要原因分析

經(jīng)對比可知，馬騮洲隧道盾構(gòu)掘進(jìn)大部分工、料、機(jī)消耗量均低于《市政定額》消耗量。

在對馬騮洲隧道盾構(gòu)掘進(jìn)工、料、機(jī)消耗量進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，馬騮洲隧道消耗的工、料、機(jī)消耗量大部分少于《市政定額》中對應(yīng)的消耗量，尤其是人工和盾構(gòu)消耗量。以正常段掘進(jìn)為例，馬騮洲隧道人工消耗量為20.616 工日/m、挖掘機(jī)消耗量為0.277 臺(tái)班/m，而《市政定額》消耗量分別是64.667 工日/m和0.750 臺(tái)班/m，差異非常大，主要原因一方面是工人操作熟練、技術(shù)水平提高，另一方面是盾構(gòu)工藝成熟、盾構(gòu)能效高。

在海域條件下進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)的使用成本比陸域隧道或越江隧道高，尤其是盾構(gòu)的折舊費(fèi)、大修理費(fèi)和經(jīng)常修理費(fèi)。為體現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)的真實(shí)造價(jià)，在盾構(gòu)臺(tái)班費(fèi)中不考慮盾構(gòu)折舊費(fèi)和大修理費(fèi)，僅考慮經(jīng)常修理費(fèi)。對于經(jīng)常修理費(fèi)，查閱現(xiàn)行相關(guān)機(jī)械臺(tái)班定額可知，盾構(gòu)經(jīng)常修理費(fèi)在1 800 元/臺(tái)班左右，但海域條件下的基巖凸起和復(fù)合地層增加了盾構(gòu)經(jīng)常修理費(fèi)，刀具的更換也應(yīng)按經(jīng)常修理費(fèi)納入盾構(gòu)臺(tái)班費(fèi)中。經(jīng)分析可知，本工程中企業(yè)定額盾構(gòu)臺(tái)班費(fèi)為 19 008.01 元/臺(tái)班。

3.3　同步注漿定額分析

3.3.1同步注漿主要工作內(nèi)容

包括制漿、運(yùn)漿、盾尾同步壓漿、補(bǔ)壓漿、封堵和清洗等。

海域條件下對同步注漿的影響主要為漿水需摻入粉煤灰、膨潤土和微沫劑等外加劑，且對摻入量要求較高。分析重點(diǎn)為海域條件對外加劑消耗量的影響。

3.3.2同步注漿定額消耗量對比

根據(jù)馬騮洲隧道盾構(gòu)同步注漿工、料、機(jī)的消耗量，將其與《市政定額》消耗量進(jìn)行對比，得到消耗量差異較大的同步注漿定額對比結(jié)果，如表9所示。

表9　同步注漿定額主要差異對比

3.3.3同步注漿定額差異性主要原因分析

經(jīng)對比，馬騮洲隧道同步注漿的外加劑消耗量均高于《市政定額》消耗量。

海域條件對同步注漿定額消耗量的影響主要為粉煤灰消耗量較大，外加劑消耗量增加。馬騮洲隧道粉煤灰實(shí)際消耗量為11.124 t/10 m3，而《市政定額》消耗量僅為9.270 t/10 m3。

3.4　預(yù)制鋼筋混凝土管片定額分析

3.4.1預(yù)制鋼筋混凝土管片主要工作內(nèi)容

包括鋼模安裝、拆卸清理、刷油、測量檢驗(yàn)、吊運(yùn)混凝土、澆搗、入養(yǎng)護(hù)池蒸養(yǎng)、出槽堆放和抗?jié)B質(zhì)檢等。

海域條件雖然對定額的各工、料、機(jī)消耗量影響不大，但對混凝土材料價(jià)格影響非常大。分析重點(diǎn)為海域條件對混凝土材料價(jià)格和外加劑消耗量的影響。

3.4.2預(yù)制鋼筋混凝土管片定額消耗量對比

根據(jù)馬騮洲隧道盾構(gòu)預(yù)制鋼筋混凝土管片工、料、機(jī)的消耗量，將其與《市政定額》消耗量進(jìn)行對比，消耗量差異較大的工、料、機(jī)對比結(jié)果如表10所示。

表10　預(yù)制鋼筋混凝土管片定額主要差異對比

3.4.3預(yù)制鋼筋混凝土管片定額差異性主要原因分析

經(jīng)對比可知，馬騮洲隧道預(yù)制鋼筋混凝土的外加劑消耗量高于《市政定額》消耗量，且混凝土材料價(jià)格高于《市政定額》材料基價(jià)。

海底隧道管片不能使用普通混凝土，因此，馬騮洲隧道采用P·II型硅酸鹽水泥、抗?jié)B等級(jí)為P12的C55水下混凝土，材料價(jià)格約增加65 元/m3。另外，外加劑采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，《市政定額》僅給出混凝土外加劑的消耗子目，本次研究在進(jìn)行預(yù)制混凝土管片基價(jià)組價(jià)時(shí)，在外加劑中將粉煤灰材料計(jì)入了定額費(fèi)用，定額單價(jià)提高約10 元/m3。

4　工程造價(jià)對比分析

4.1　定額基價(jià)對比分析

經(jīng)過以上研究，最終形成8條盾構(gòu)隧道的企業(yè)定額。以概算編制日期2014年2月工、料、機(jī)價(jià)格作為基期價(jià)格，將套用本研究的定額消耗量形成的企業(yè)定額基價(jià)與套用《市政定額》消耗量形成的《市政定額》基價(jià)進(jìn)行對比，結(jié)果如表11所示。

表11　基本價(jià)格

馬騮洲隧道雖然受海域條件影響，盾構(gòu)吊裝(拆)機(jī)械費(fèi)較高，但人工費(fèi)卻比《市政定額》計(jì)價(jià)低，企業(yè)盾構(gòu)吊裝(拆)定額基價(jià)相對《市政定額》基價(jià)較低。由于《市政定額》沒有盾構(gòu)攤銷費(fèi)和臺(tái)班費(fèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，且基于相同的盾構(gòu)臺(tái)班費(fèi)用進(jìn)行對比分析，因此，馬騮洲隧道盾構(gòu)掘進(jìn)大部分工、料、機(jī)消耗量低于《市政定額》消耗量，企業(yè)定額計(jì)價(jià)相對《市政定額》計(jì)價(jià)較低。同步注漿和預(yù)制鋼筋混凝土管片的定額基價(jià)組成主要是材料費(fèi)用，馬騮洲隧道盾構(gòu)材料消耗量和材料價(jià)格較高，企業(yè)定額造價(jià)相對《市政定額》造價(jià)較高。

4.2　工程造價(jià)對比分析

針對本研究中的8條定額，以基期價(jià)格為基礎(chǔ)，采用本研究形成的企業(yè)定額編制概算建安工程費(fèi)與《市政定額》編制概算建安工程費(fèi)和馬騮洲隧道概算建安工程費(fèi)進(jìn)行對比，結(jié)果如表12所示。

表12概算建安工程費(fèi)對比

Table 12Comparison of budgetary estimate of construction and installation costs 萬元

　　名稱《市政定額》造價(jià)企業(yè)定額造價(jià)概算造價(jià)盾構(gòu)吊裝吊拆2982681 272盾構(gòu)掘進(jìn)10 5959 4149 838同步注漿1 6321 7132 681預(yù)制管片7 8598 4978 598　　合計(jì)20 38419 89222 389

馬騮洲隧道工程隧道盾構(gòu)段建安費(fèi)為68 626 萬元，對應(yīng)本研究8條定額的概算建安工程費(fèi)為22 389 萬元，而本研究的企業(yè)定額編制概算建安工程費(fèi)為19 892 萬元。

5　結(jié)論與討論

通過分析海域條件對馬騮洲隧道盾構(gòu)施工造價(jià)的特殊影響，確定海域條件的特殊性對盾構(gòu)隧道造價(jià)產(chǎn)生的影響。通過研究分析馬騮洲隧道盾構(gòu)安拆、盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿和管片拼裝等工藝的工、料、機(jī)消耗量，形成企業(yè)定額，與《市政定額》進(jìn)行對比分析。本次研究形成的企業(yè)定額可為企業(yè)概算、結(jié)算精細(xì)化管理提供可靠支撐，為國家出臺(tái)相關(guān)盾構(gòu)隧道施工定額、提高生產(chǎn)效益提供依據(jù)，填補(bǔ)海底超大盾構(gòu)企業(yè)定額的國內(nèi)空白，推進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。下一步可對更多的海底盾構(gòu)隧道進(jìn)行造價(jià)研究，為預(yù)算定額的編制提供依據(jù)。