铁路隧道混凝土超耗分析及成本控制研究

刘 宏

(中铁十六局集团有限公司 北京 100018)

1 引言

近年来，随着铁路隧道安全质量标准不断提高，各级监管愈加严苛，同时铁路长大隧道的地质状况普遍越来越复杂，允许的超挖回填、喷射砼回弹率等构成工程造价的重要因素“理论应耗”与实际地质损耗脱节，加之进度管理与砼超耗控制的矛盾始终没有得到化解，以上系列因素影响，隧道混凝土超耗问题已成为以隧道为主的铁路项目效益下滑的主要顽疾之一。如何科学、合理、有效控制铁路隧道混凝土超耗，成为当前项目治理体系中一个需要迫切解决的重要课题。

任文光等通过对小马厂隧道在施工过程中喷射混凝土的超耗分析，认为隧道超挖是超耗的主要因素，采用光面爆破是隧道超欠挖控制的关键所在[1]。高福才认为实施精细化管理，建立科学的考评体系，完善奖罚制度是控制隧道超耗的不二法门[2]。张海波从现场存在的钻孔质量不高、爆破装药结构不规范等方面分析，通过在周边眼采取PVC管材间隔装药及封堵水炮泥等一系列优化措施后，隧道超挖控制取得良好效果[3]。潘争通过详细分析地铁隧道喷射混凝土材料对超耗的影响，强调要以最优原材性能和最佳配比达到降低超耗的目的[4]。

上述文献大都聚焦混凝土超耗技术或管理的某一层面进行分析、研究。本文结合防东等10个在建铁路隧道的专项调研，从主客观因素入手，通过梳理现行造价体系的相关规定，从技术、合同、管理等根源上综合剖析，系统地研究隧道砼超耗的成本控制对策。

2 隧道砼超耗的形成机理与理论应耗分析

2.1 超耗形成的机理

按照当前《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)要求，不同级别围岩预留10～170 mm的变形量[5]；同时，施工中，参考《高速铁路隧道工程施工技术规程》(Q/CR 9604—2015)，不同级别围岩允许10～15 cm的超挖量[6]。因此，相对于设计净断面，势必会产生喷射砼和衬砌砼超耗。其形成机理就是在避免欠挖的前提下，因预留变形(沉降)量和爆破本身造成的超挖，加之喷射砼自身的回弹损耗，形成了喷射砼的超耗；再者，在当前及时支护、衬砌紧跟的要求下，由于预留沉降实际未能达到预计收敛效果，需要衬砌砼进行回填，加之仰拱的底部超挖回填等因素，综合形成了衬砌砼的超耗。

隧道的实际开挖断面如图1所示，实际开挖线是犬牙交错、非线性平滑的断面[7]。

图1 隧道实际开挖断面示意

2.2 铁路造价体系理论应耗的规定与分析

(1)理论应耗的规定。隧道砼超耗的形成机理，也是定额造价体系合理考虑一定损耗的原因。当前，国内在建及收尾项目，采用的铁路定额包括4个版本，即2006 版[8]、2010 版[9]、2010 高铁补充版[10]及2017版[11]。各个版本混凝土损耗主要考虑两方面内容:一是超挖回填，内容包括钻爆本身造成的超挖和预留(变形)沉降收敛不足产生的超挖；二是支护工序中喷射砼回弹形成的超耗。各版本喷射砼回弹系数基本一致，均为普通砼22.4%、钢纤维砼17.3%，在超挖回填环节存在或多或少的差异。值得一提的是2017版铁路定额规定，预留变形及超挖回填因素不在定额中考虑，根据铁路预算编制办法，由设计单位根据具体情况在施工图中考虑，并计入合同清单喷砼项下，如表1所示。

表1 各定额体系有关隧道砼损耗规定

(2)理论应耗分析。由相关规定可知，理论上各级围岩均存在一个合理损耗值，选取较有代表性的郑万铁路(2010版高铁补充定额)和防东铁路(2017版定额)两个项目，对涉及的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩的喷射砼及衬砌砼各种损耗进行推算，其中郑万铁路喷射砼定额损耗22.4%、衬砌损耗18.3%～19.3%，综合损耗19.4%～20.1%；防东铁路喷射砼定额损耗46%～63%、衬砌损耗12%～13%，综合损耗25%～29%，如表2、表3所示。

表2 郑万铁路有关隧道砼损耗规定

表3 防东铁路有关隧道砼损耗规定

相较2010版补充定额，2017版定额不但隧道砼综合损耗率有所提升，损耗内部结构的组成变动较大，由以衬砌砼回填为主变为喷砼回填为主，鉴于喷砼单价较高，因此，2017版对混凝土损耗量的造价水平上有较大提升。两版均未考虑开挖初始断面犬牙交错引起的喷平补齐数量。

3 隧道砼实际超耗的现状与原因分析

3.1 实际超耗现状

由表4调研的10个项目超耗结果显示，喷射混凝土平均超耗达137.69%，最高的159.12%，最低的99.29%，滇西南片区普遍偏高，成昆铁路隧道平均超耗达159%，成昆铁路兄弟单位隧道喷射混凝土超耗率最高也达200%[12]；衬砌及仰拱平均超耗达31.5%，最高42.48%，最低18.96%。隧道砼实际损耗远高于“理论应耗”已成为行业不争的事实。

表4 调研项目衬砌及喷锚损耗率

3.2 主客观原因分析

造成铁路隧道砼超耗不是某个单项因素造成的，而是各种原因交织、综合影响形成的，既有造价体系与施工实际存在偏差、特殊复杂地质和钻爆技术等客观原因，也有项目运行管理机制不到位等主观原因。

(1)造价体系与实际损耗存在偏差。铁路隧道定额造价水平体现的是正常施工条件下的社会平均先进水平，因此既不能代表少数施工企业的特有生产水平，更不能反映特殊地质情况。当前在建铁路，多居偏远的高山深谷，岩溶、富水、软岩变形等复杂地质频发，都会对超挖及回弹控制产生很大影响。所调研的几个项目，隧道地质状况普遍比较复杂，尤其是郑万、成昆和玉磨等西南片区铁路，隧道断层、富水、软岩变形等各种复杂地质较为集中，这也是我们当前在建隧道项目的缩影，即使中原区域的普通水平岩层，遇水也极易产生坍塌造成超挖[13]。通过写实、分析郑万铁路奉节隧道特殊地段的损耗情况，超耗率明显高于一般地质段落。

(2)光爆效果不理想。因隧道地质变化频发，不能及时根据监控量测数据及围岩变化调整开挖方案，光爆设计参数、炮眼布置等不合理，导致岩面不平整或超欠挖过大。

(3)盲目追求进度。隧道超挖的程度与单循环进尺有极高的正相关性，在既定钻爆方案完全得到落实的假定下，单循环进尺越大超挖越大。究其根源如图2所示，周边孔外展程度会随着进尺的增加而增加，周边孔末端会超出开挖轮廓线很多。

图2 隧道周边眼钻孔断面图

(4)混凝土质量不稳定。混凝土的质量直接影响其施工效果，而造成混凝土质量不稳定的因素很多，如骨料料源不稳定、水泥与速凝剂参量[14]不科学、拌和时间控制不好等。

(5)机械配置及操作技术不高。喷锚设备越先进、操作手越熟练，喷射砼回弹控制效果越好。根据现场调研情况看，湿喷机械手普遍比一般湿喷机回弹效果要好[15]，进口湿喷机械手普遍比国产湿喷机械手回弹效果好。

(6)受承包模式影响，劳务队缺乏控制损耗的内生动力。当前，工序劳务单价承包是施工企业传统的劳务承包模式，喷射混凝土材料由施工单位提供，消耗多少与劳务队关系不大，一些操作人员技术欠佳，随意性强，损耗量大。劳务队为降低人工分包成本，没有很好地落实光爆要求“多打眼少放药爆得浅”，多采取“少打眼多放药爆得深”策略，劳务承包模式及相关合同条款有待改进。

(7)部分项目管理制度缺失或不适用，执行落实不到位。爆破方案成摆设，作业指导书与现场作业脱节，旁站监控没有起到应有作用，缺少效果测量、记录、分析和反馈，超耗结构中多少是超挖引起，多少又是回弹引起，混淆不清。

4 对策研究

4.1 持续改进造价体系，探索动态设计机制

2017年版铁路定额，喷射混凝土回弹系数与2010版定额持平，但新版定额将超挖、预留变形量在喷射混凝土中解决，考虑了单价的差异和现场施工的实际，进一步缩小了现场实际损耗水平与理论应耗的差距，但仅设计阶段一次性核定设计超挖量，而忽略隧道围岩的千变万化的特性，依然是值得商榷的课题。应探索基于围岩变化的区间范围调整机制，进一步提升造价体系的实用水平。

4.2 加强技术研究，确保措施落地

各施工单位应把专家优势、理论优势和劳务队经验优势进行有机整合，共同制定适合各类地质、围岩的最优钻爆方案，并实施全工序跟踪监控，确保钻爆方案的落实，并不断积累技术经验和成果，建立隧道地质参数、设计参数与砼超耗的相关关系模型及对应数据库，将成果逐步推广。同时，要充分发挥喷锚机械手的优势作用，严格水泥、地材、外加剂等原材料质量控制，通过反复试验，科学制定砼配合比。

4.3 创新劳务分包模式，完善合同条款

(1)实施阶梯单价。同一围岩，按不同的完成进度、不同超耗比例设置阶梯单价，进度快、超耗控制得好单价高，进度慢、超耗控制得不好单价低，明确写进合同，让劳务队看得见摸得着。

(2)合同中要明确界定权责。应本着“谁履行职能就由谁承担结果”的原则，明确界定相关权责。比如钻爆方案要根据制定者与执行者的关系区分甲乙方超耗责任。至于喷射砼环节，造成喷射砼回弹过大的主因是地材、外加剂质量和配合比，而材料由施工企业供应，所以必须约定合理回弹比例，并由施工企业承担；对于由于机械设备不正常、操作手不熟练造成的超合理回弹部分，由劳务队负责。

(3)改进验工计价模式。当前钻爆开挖工序的计量模式，是按设计净断面方计量，体现的是一种“最后结果”的计量方式，在管理上缺乏过程监督控制。可以改进计量模式，把单价合理分摊到开挖方量和钻孔个数上来，在加强旁站监控的基础上，让劳务队严格按钻爆方案的钻眼数量来开钻，杜绝偷工减料，确保最终爆破效果。也可以提取开挖岩面平整度考核基金，按打眼数量和岩面平整度计价，倒逼劳务队伍严格落实光爆方案。

(4)用好激励约束机制。在合同条款中，明确各类围岩混凝土损耗率，以此为标准计算混凝土应耗量，与劳务队的实际消耗量对比后，对劳务队伍进行奖励或罚款，调动施工队节约材料的积极性，也可将砼超耗控制目标与架子队长、旁站技术干部等相关人员的绩效挂钩，激发相关人员的工作积极性和创造性。

4.4 要切实健全相关管理制度

建立针对铁路隧道钻爆开挖和喷射砼环节的专项管理制度，明确组织分工和对应权责，切实完善和落实24 h全工序旁站制度，改变当前流于形式和权责不明晰现状，确保全工序全天候监控、记录、分析、反馈无死角，建立和落实有效的激励约束机制。

5 结束语

通过对隧道砼超耗的产生机理、现状及理论与实际损耗分析，可以得出以下几点结论:

(1)如何制定出较为细致、合理的理论应耗计算规则，进一步分析研究现行造价体系，依然是值得探讨的课题。明确了这一问题，才能准确知道施工企业“非合理损耗”是多少，进而分析其根源所在，从而对症下药，寻找解决之路。

(2)必须采取切实可行的综合措施，对非合理超耗部分进行控制，在做好地质探测预报、提高光面爆破技术和混凝土的喷射作业水平、保证混凝土质量稳定的前提下，改变传统的劳务承包模式，使施工现场的每一道工序成本都与作业队伍的经济效益挂钩，协调好施工企业、供应商、劳务队伍多方的经济效益，降低企业在这一施工环节上的成本浪费。

因铁路行业造价体系短时间难以全面覆盖各种地质条件，企业管理模式、分包模式、生产方式等改革亦不会一蹴而就，铁路隧道砼超耗问题势将长期存在，但只要认真分析，抓住问题根源，制定有效措施，混凝土超耗这一隧道施工中的最大痛点一定会得到控制或缓解。