綜合運(yùn)距計(jì)算法在南水北調(diào)某標(biāo)段土方平衡運(yùn)距變化上的應(yīng)用

邢志國(guó)

摘要：水利水電工程施工土石方調(diào)配受其空間、時(shí)間和數(shù)量的限制，是影響工程成本的重要因素之一。本文以大型調(diào)水工程實(shí)例闡述了土方平衡調(diào)配的原則，及投標(biāo)時(shí)與實(shí)施時(shí)土方調(diào)配變化較大，采用綜合運(yùn)距法可有效解決。并且分析了大型調(diào)水工程土石方平衡調(diào)配特點(diǎn)，最后說(shuō)明土方平衡調(diào)配方法。通過這一系列的闡述說(shuō)明水利工程挖填工程量巨大，料物調(diào)配部分占整個(gè)工程投資比重很大，解決好該問題具有顯著的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)價(jià)值。

Abstract： The allocation of earth and rock for water conservancy and hydropower project construction is limited by its space， time and quantity， and it is one of the important factors that affect the project cost. In this paper， the principle of balanced deployment of earthwork is explained by examples of large-scale water division projects， and the earthwork allocation during the bidding and implementation changes greatly， and the comprehensive transportation distance calculation method can effectively solve the problem. In addition， the characteristics of balanced deployment of earth and stone in large-scale water diversion projects are analyzed， and finally， methods for earth-level balance deployment are described. Through this series of elaborations， it shows that the amount of excavation and filling works for water conservancy projects is huge， and the allocation of materials and materials accounts for a large proportion of the total investment in the project. Solving this problem has significant economic and technological value.

關(guān)鍵詞：綜合運(yùn)距計(jì)算法；南水北調(diào)；土方平衡調(diào)配

Key words： comprehensive transportation distance calculation method；South-to-North Water Diversion；earthwork balance allocation

中圖分類號(hào)：F407.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0191-03

1 工程基本情況

1.1 南水北調(diào)中線一期工程某標(biāo)段，長(zhǎng)度6.66km。該標(biāo)段內(nèi)共有建筑物14座，其中河渠交叉倒虹吸2座，渠渠交叉倒虹吸2座，左岸排水倒虹吸2座，退水閘1座，分水口門1座，公路橋3座，生產(chǎn)橋3座。該土石方平衡僅針對(duì)標(biāo)段內(nèi)土方及軟巖開挖、土方填筑工程，不包括各種反濾料及其它類似外購(gòu)填筑工程量。為分析清楚明了，本平衡除特別標(biāo)示外，工程量均為自然方。有壓實(shí)要求的填筑工程量，均按照相關(guān)系數(shù)折算成自然方，以方便計(jì)算、說(shuō)明。取土場(chǎng)回填及棄渣場(chǎng)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自然方與料場(chǎng)初碾后密度接近，按照1：1參數(shù)計(jì)算。

1.2 招（投）標(biāo)階段土方規(guī)劃

招標(biāo)階段，本標(biāo)段土石方開挖量293.53萬(wàn)m3，填筑量約為181.82萬(wàn)m3（壓實(shí)方154.55萬(wàn)m3）。根據(jù)招標(biāo)文件該標(biāo)段渠道開挖料約181.8萬(wàn)m3可以利用，其余土料為不可利用土料。

在充分利用開挖土料外，投標(biāo)時(shí)需從該標(biāo)外的3個(gè)土料場(chǎng)取土，3個(gè)土料場(chǎng)分別為1#土料場(chǎng)、2#土料場(chǎng)、3#土料場(chǎng)，規(guī)劃可取料量分別為24.08萬(wàn)m3、10.93萬(wàn)m3、29.97萬(wàn)m3，合計(jì)64.98萬(wàn)m3。

該標(biāo)段規(guī)劃的4個(gè)棄渣場(chǎng)分別為1#棄渣場(chǎng)、2#棄渣場(chǎng)、3#棄渣場(chǎng)、4#棄渣場(chǎng)，規(guī)劃棄土容量分別為31萬(wàn)m3、40萬(wàn)m3、28萬(wàn)m3、3萬(wàn)m3。另外2#土料場(chǎng)需回填75.91萬(wàn)m3。

同時(shí)該標(biāo)根據(jù)招標(biāo)文件要求，在優(yōu)先滿足本標(biāo)利用的前提下，調(diào)運(yùn)其他標(biāo)段29萬(wàn)m3，其中調(diào)運(yùn)18萬(wàn)m3土方至A標(biāo)，調(diào)運(yùn)5萬(wàn)m3土方至B標(biāo)，調(diào)運(yùn)5萬(wàn)m3土方至C標(biāo)，調(diào)運(yùn)1萬(wàn)m3土方至D標(biāo)。

1.3 實(shí)施過程中土方平衡情況

實(shí)施階段渠道及建筑物土方開挖259.93萬(wàn)m3，渠道及建筑物土方填筑187.56萬(wàn)m3（壓實(shí)方159.42萬(wàn)m3），依據(jù)《該標(biāo)渠道土石方平衡若干問題的地質(zhì)情況說(shuō)明》，可利用料減少為90萬(wàn)m3。由于可利用料減少，根據(jù)招標(biāo)文件中“優(yōu)先滿足本標(biāo)段要求”的原則，開挖料全部用于了該標(biāo)段弱膨脹土填筑，原規(guī)劃的調(diào)運(yùn)其他標(biāo)段的29萬(wàn)m3無(wú)法完成。

實(shí)際取土情況，因2#土料場(chǎng)規(guī)劃其他取土的標(biāo)段未取土，所以該標(biāo)段在2#土料場(chǎng)取土55.62萬(wàn)m3，其他土料場(chǎng)均未取土。

按照上級(jí)主管部門批復(fù)意見，2#土料場(chǎng)全部由該標(biāo)回填，由此導(dǎo)致該標(biāo)段2#土料場(chǎng)回填工程量增大。由于土料場(chǎng)的“先取后棄”和渠道的“先挖（棄）后填（取）”的工序存在矛盾，且取土場(chǎng)因征遷問題提供較晚，導(dǎo)致2#取土料場(chǎng)回填的二次倒運(yùn)量發(fā)生。2#土料場(chǎng)共回填116.25萬(wàn)m3（增加回填40.34萬(wàn)m3），其中二次倒運(yùn)回填98.55萬(wàn)m3。

2 水利工程土方平衡作用

在明渠開挖工作中，土方平衡、征地平衡以及運(yùn)距平衡是結(jié)合土方、征地、運(yùn)距三項(xiàng)進(jìn)行平衡，得到性價(jià)比最高的可實(shí)施方案。土方平衡即為以計(jì)算每段渠道土方余缺量為目的的平衡計(jì)算；運(yùn)距平衡是將土方運(yùn)輸距離控制在中短距離內(nèi)，減少長(zhǎng)距離運(yùn)輸次數(shù)，從而降低運(yùn)輸成本；征地平衡為結(jié)合運(yùn)距平衡及征地價(jià)格、場(chǎng)地可用深度對(duì)各取土場(chǎng)、棄土場(chǎng)征地量從新分配總余缺量，從而減少征地面積，達(dá)到降低成本的目的。土方平衡工作是決定進(jìn)度計(jì)劃、征地、運(yùn)輸方案等工作的重要一環(huán)，所以不可以輕視。

3 土方平衡調(diào)配原則

進(jìn)行土方平衡與調(diào)配，必須綜合考慮工程和現(xiàn)場(chǎng)情況、進(jìn)度要求和土方施工機(jī)械，以及分期分批施工工程的土方堆放和調(diào)運(yùn)問題。經(jīng)過全面研究，確定平衡調(diào)配的原則之后，才可著手進(jìn)行土方平衡與調(diào)配工作。如劃分土方調(diào)配區(qū)，計(jì)算土方的平均運(yùn)距、單位土方的運(yùn)價(jià)，確定土方的最優(yōu)調(diào)配方案。

進(jìn)行土方調(diào)配，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況、有關(guān)技術(shù)資料、進(jìn)度要求，土方施工方法與運(yùn)輸方法，綜合考慮上述原則，并經(jīng)計(jì)算比較，選擇出經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)配方案。土方調(diào)配的具體原則為：①挖方與填方平衡，在挖方的同時(shí)進(jìn)行填方，減少重復(fù)倒運(yùn)。②挖（填）方量與運(yùn)距的乘積之和盡可能為最小，即運(yùn)輸路線和路程合理，運(yùn)距最短，總土方運(yùn)輸量或運(yùn)輸費(fèi)用最小。③分區(qū)調(diào)配應(yīng)與全場(chǎng)調(diào)配相協(xié)調(diào)、相結(jié)合，避免只顧局部平衡，任意挖填而破壞全局平衡。

按照上述原則，2#土料場(chǎng)取土和回填運(yùn)距距該標(biāo)段渠道最近，且距該標(biāo)段2#棄渣場(chǎng)也是最近，考慮倒運(yùn)回填費(fèi)用也最經(jīng)濟(jì)，所以該標(biāo)僅在2#土料場(chǎng)取土，并負(fù)責(zé)2#土料場(chǎng)坑的回填。

4 施工階段土石方平衡與綜合利用

施工階段土石方平衡與綜合利用是項(xiàng)目具體實(shí)施過程中的主要工作內(nèi)容，這一階段雖然場(chǎng)平的標(biāo)高和開挖料的用途已經(jīng)基本確定，但是此時(shí)的土石方平衡與綜合利用卻涉及空間平衡規(guī)劃與時(shí)間平衡規(guī)劃兩方面內(nèi)容，施工階段土石方空間平衡規(guī)劃可以理解為局部區(qū)域之間的挖填量的大致相等，施工階段土石方時(shí)間平衡規(guī)劃是與施工進(jìn)度計(jì)劃有關(guān)的概念，就是按照施工進(jìn)度計(jì)劃各個(gè)施工階段內(nèi)的挖填量的大致相等。施工階段制定詳細(xì)合理的施工組織設(shè)計(jì)十分重要，制定詳盡合理的土石方施工施工組織設(shè)計(jì)不單是施工質(zhì)量的保證，也可達(dá)到節(jié)約施工成本的目的，必須統(tǒng)籌安排什么時(shí)間挖哪個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的挖方用于填筑哪個(gè)區(qū)域，累計(jì)運(yùn)輸距離如何能夠最節(jié)約。此外，其它條件類似的情況下，按照詳細(xì)合理的施工組織設(shè)計(jì)編制的造價(jià)文件才是最有競(jìng)爭(zhēng)力的投標(biāo)報(bào)價(jià)。

在進(jìn)行施工階段土石方平衡與綜合利用規(guī)劃或?qū)嵤┯?jì)劃前，具體的施工單位首先應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)區(qū)原始地形地貌的測(cè)量復(fù)核工作，這個(gè)測(cè)量應(yīng)從在便于施工角度進(jìn)行，測(cè)量布點(diǎn)密度一般比勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行的測(cè)量更詳細(xì)，至少要滿足布置施工臨時(shí)道路和進(jìn)行施工分區(qū)的需要。正式動(dòng)土開挖前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，以確定在滿足設(shè)計(jì)相對(duì)壓實(shí)度的情況下的碾壓分層厚度、最優(yōu)含水率、碾壓遍數(shù)等過程控制壓實(shí)參數(shù)指標(biāo)。

5 土石方平衡與綜合利用經(jīng)濟(jì)分析

土石方平衡與綜合利用主要在項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，從經(jīng)濟(jì)角度這兩個(gè)階段在資源充分利用、減少能耗、降低投資方造價(jià)和施工方成本有著不同的作用。

首先，通過規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的土石方平衡與綜合利用，基本實(shí)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)挖方量與填筑量大致平衡，使場(chǎng)區(qū)內(nèi)開挖可利用方量充分利用，達(dá)到不需外運(yùn)和運(yùn)進(jìn)土方，運(yùn)輸距離經(jīng)濟(jì)合理，開挖量相對(duì)較小，避免成距離運(yùn)輸成本，不需要棄料場(chǎng)占地和棄料場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用，可直接降低投資方的工程造價(jià)。

其次，正常情況下通過施工階段的土石方平衡與綜合利用，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)各施工單元之間的土石方空間平衡與時(shí)間平衡，縮短累計(jì)運(yùn)輸距離，避免交叉和重復(fù)用工，減少能耗，直接降低施工成本。這一過程的成本降低往往是隱含的，這個(gè)隱含效益要比盲目的加快施工進(jìn)度的成本節(jié)約效果更明顯。當(dāng)然，從施工組織設(shè)計(jì)影響工程造價(jià)或投標(biāo)報(bào)價(jià)的角度分析，合理的土石方平衡規(guī)劃也是投資方節(jié)約投資的必要途徑。

再次，如果需要借助臨近項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)土石方平衡與綜合利用，也是節(jié)約成本的途徑，按照土石方施工一般工序：挖、裝、運(yùn)、平、壓等，至少節(jié)約挖、裝工序的能耗和成本，同樣也能起到節(jié)約土地資源的作用。

6 綜合運(yùn)距的計(jì)算方法

按招投標(biāo)工程量清單項(xiàng)目和實(shí)際工程量清單項(xiàng)目（建筑物、橋梁、渠道等工程量清單項(xiàng)目）對(duì)不同土質(zhì)類別，結(jié)合土方挖運(yùn)位置、運(yùn)距、工程量分別進(jìn)行土方平衡。分別計(jì)算出招投標(biāo)階段和實(shí)際施工過程中各類工程量清單項(xiàng)目土方平衡綜合運(yùn)距。綜合運(yùn)距L計(jì)算公式如下：

7 計(jì)算后綜合運(yùn)距變化情況

利用上述計(jì)算公式計(jì)算招投標(biāo)土方開挖綜合運(yùn)距為4.16km，土方填筑綜合運(yùn)距為7.51km。因渠道可利用料減少導(dǎo)致棄渣量增加和合同內(nèi)的2#取土料場(chǎng)二次倒運(yùn)回填，運(yùn)距累計(jì)計(jì)入土方開挖綜合運(yùn)距里，實(shí)際土方開挖綜合運(yùn)距計(jì)算為7.47km，填筑綜合運(yùn)距為5.97km。實(shí)際開挖運(yùn)距增加3.31km，工程量為259.93萬(wàn)m3，實(shí)際填筑運(yùn)距減少1.54km，工程量159.42萬(wàn)m3，由于計(jì)算過程繁瑣，僅計(jì)算出結(jié)果，說(shuō)明運(yùn)算原理。

8 綜合運(yùn)距法在南水北調(diào)某標(biāo)段運(yùn)用效果

南水北調(diào)中線工程土方工程量巨大，標(biāo)段多，標(biāo)段間調(diào)土多，招投標(biāo)階段與實(shí)際施工階段變化大，特別是土方開挖和填筑運(yùn)距變化頻繁，采用綜合運(yùn)距法解決土方平衡問題，簡(jiǎn)化了土方開挖和填筑由于運(yùn)距變化而產(chǎn)生的變更，從設(shè)計(jì)單元整體考慮土方平衡方案，可以優(yōu)化因招投標(biāo)時(shí)土方平衡不合理之處，縮短總體綜合運(yùn)距，節(jié)省大量投資。該標(biāo)段在實(shí)際施工時(shí)建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工單位優(yōu)化了土方平衡方案，減少了綜合運(yùn)距。施工單位申報(bào)土方平衡變更時(shí)采用綜合運(yùn)距法計(jì)算土方綜合運(yùn)距，從建設(shè)單位角度計(jì)算出該標(biāo)段節(jié)省投資675萬(wàn)元，這只是一個(gè)標(biāo)段的，如果從建設(shè)單位將所有標(biāo)段一起考慮，節(jié)省投資是巨大的。

9 結(jié)束語(yǔ)

①土方調(diào)配問題是水利工程施工中關(guān)系全局的核心問題，牽涉到施工裝備的配置、道路系統(tǒng)的布置、施工場(chǎng)地的征用、施工進(jìn)度的協(xié)調(diào)等諸多方面，直接影響工程建設(shè)的進(jìn)度、投資、質(zhì)量三大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。該問題的實(shí)質(zhì)是通過開挖、填筑、開采、棄渣、轉(zhuǎn)運(yùn)等料物的綜合運(yùn)距計(jì)算，計(jì)算出差值，快速處理因土方運(yùn)距變化造成投資的變化的目的。②通過南水北調(diào)某標(biāo)段土方平衡綜合運(yùn)算實(shí)踐，說(shuō)明綜合運(yùn)距計(jì)算是解決土方運(yùn)距變化而引起投資變化的有效方法，在水利工程及其他工程值得推廣。

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