山区铁路利用隧道弃渣与外购碎石经济性比选

张廷奎 ZHANG Ting-kui

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

0 引言

“绿水青山就是金山银山。”党的十九大以来，我国生态文明建设迈入了更高水平的发展阶段，建设绿色低碳铁路成为了新形势下铁路建设的内在要求。另一方面，我国幅员辽阔，地形复杂。随着国家综合立体交通网建设不断走向深入，山区铁路、长大隧道在新建铁路项目之中的占比越来越高。铁路隧道不可避免地会产生的大量的隧道弃渣，这些弃渣如果不能被有效利用，会对环境造成较大的破坏，同时也是对资源的巨大浪费。因此，如何更经济、合理地利用隧道弃渣，成为了当下铁路工程施工组织设计以及工程管理领域的一个重要课题。

目前，国内学者已对隧道弃渣的利用进行了相关研究。周博[1]以沈白高铁为例，对山区铁路隧道弃渣的利用原则、可实施性及经济性进行了研究，验证了现行自制碎石定额水平的合理性。段剑峰[2，3]结合某客运专线隧道设计实例，阐述了利用隧道弃渣加工高性能混凝土骨料选材的范围，并结合案例分析了隧道弃渣的利用对工程投资的影响；尹杰[4]针对自建砂石料厂选址、场地布置、材料标准、工艺设备选型、加工工艺等进行探讨，并辅以案例进行了经济性分析。然而，综合分析隧道弃渣利用成本并与外购碎石进行经济性比选目前则鲜有研究涉及。本文通过对隧道弃渣利用的优先级进行排序，综合分析隧道弃渣利用成本，对山区铁路利用隧道弃渣与外购碎石进行经济性比选方法进行阐述，对山区铁路利用隧道弃渣决策与实施，具有一定的指导意义。

1 山区铁路隧道弃渣利用方式的优先级

目前，铁路工程隧道弃渣利用方式主要有五种：弃渣利用作为路基填料、附属工程用石、级配碎石填料、机制砂、混凝土骨料等。不同利用方式对隧道弃渣利用方案分别有着不同的要求，如表1 所示。

表1 铁路隧道五种主要的弃渣利用方式、方案及成本

隧道弃渣利用方式的优先顺序对弃渣利用的经济性影响较大。由表1 可知，弃渣加工用作机制砂和混凝土粗骨料都需要单独建设弃渣加工厂对弃渣进行加工，这两种弃渣利用方式相较与其余三种利用成本更高。但对山区铁路而言，其工程建设环保要求较高，随着地材价格上涨，混凝土粗骨料对山区铁路工程投资的影响也十分显著。因此，在弃渣均满足以上利用方式的前提下，为提高弃渣利用的经济性，需要对山区铁路隧道弃渣利用方式的优先级进行综合分析，主要分为以下两种情况：

1.1 能找到取土场，不需外购填料

这类项目在利用隧道弃渣时应优先考虑利用做混凝土粗骨料或机制砂以减少工程投资，获得最大的经济价值。路基填料尽量利用不能作为混凝土粗骨料的隧道弃渣，在经济运距范围内调配利用，隧道弃渣利用顺序优先级为：混凝土粗骨料=机制砂>级配碎石=附属用碎石>路基填料。

1.2 不能找到取土场，需外购填料

部分项目由于所在区域项目周围无法找到取土场，因此级配碎石等只能外购。在这类情况下，基床填筑也需要外购碎石，而利用隧道弃渣作为级配碎石仅需破碎，无其他加工成本，因此，从经济性角度考虑，弃渣应在填料经济运距范围内优先用于路基填料。隧道弃渣利用顺序优先级为：级配碎石=附属用碎石=路基填料>混凝土粗骨料=机制砂。

其中，山区铁路所在地通常可以找到取土场，以第一种情况居多。因此，山区铁路隧道弃渣利用应以混凝土粗骨料、机制砂为优先。

2 山区铁路利用隧道弃渣作为混凝土粗骨料成本研究

本章主要以更具经济价值的利用弃渣作为混凝土粗骨料为例，对山区铁路隧道弃渣利用的成本进行研究。要确定弃渣利用成本，首先要确定碎石场场地建设成本、碎石成品率、碎石破碎成本和碎石运输成本。下面将对这四个方面分别进行介绍。

2.1 碎石场场地建设成本

碎石场场地建设成本包含临时用地费、复垦费、场地硬化费等，如表2 所示。

由表2 可知，碎石场主要场地建设费用为：

表2 碎石场场地建设成本表

其中：

S 为碎石场建设面积；

L1为临时电力线长度；

L2为临时便道长度；

L3为临时排水沟长度；

M1-M10为个项目单价；

SF 为废渣废水处理设备费用。

场地硬化面积和生产车间面积用其占碎石场建设面积S 之比来计算，通过实际调查，其平均值如表3 所示。

表3 碎石场场地硬化和生产车间调查表

2.2 碎石成品率

碎石成品率与隧道所处地段的母岩岩性及地质条件息息相关，经过实际调查不同铁路项目的碎石成品率，其结果如表4 所示。

从表4 中可以看出，在统计的几个铁路项目中，碎石的成品率范围在24%~75%之间，其中凝灰岩、花岗岩和石灰岩的成品率比较接近，约为50%左右。石英片岩成品率最低，仅为24%。根据调查结果，对II 级、III 级围岩的各种母岩对应的平均成品率统计如表5 所示。前期设计精度要求不高时，可按该表根据围岩级别进行隧道弃渣成品率的计算。

表4 碎石成品率调查表

表5 平均碎石成品率表

2.3 碎石破碎成本

根据国铁科法〔2017〕33 号文公布的《铁路工程基本定额》（TZJ2000-2017）铁路工程造价标准，可以用于计算碎石破碎成本的定额为：YY-106“机制碎石最大粒径≤31.5”和YY-120“洗碎石”。根据以上定额，计算得到1 立方米碎石破碎的综合单价为24 元。

2.4 碎石运输成本

本文碎石运输成本界定如下：自隧道弃渣洞口运输至碎石加工场区间运输成本及碎石加工场成品运输至混凝土拌合站运输成本之和，不含碎石加工场地内的碎石搬运费用。

考虑到本课题主要对铁路工程弃渣利用进行研究，碎石运输成本按国铁科法〔2017〕30 号文及国铁科法〔2017〕31 号文的原则进行分析。

2.4.1 汽车运价

汽车运输综合运价率按《汽车运价规则》或市场调查资料确定。可按下列计算公式分析汽车运价：汽车运价（元/吨）＝公路综合运价率×公路运距+汽车运输便道综合运价率×汽车运输便道运距。

公式中有关因素说明如下：

①公路综合运价率（元/吨公里）：材料运输道路为公路时，考虑过路过桥费等因素，以建设项目所在地不含可抵扣进项税额的汽车运输单价乘以1.05 的系数计算。

②汽车运输便道综合运价率（元/吨公里）：材料运输道路为汽车运输便道时，结合地形、道路状况等因素，按当地不含可抵扣进项税额的汽车运输单价乘以1.2 的系数计算。

③公路运距：应按发料地点起算，至卸料地点止所途经的公路长度计算。

④汽车运输便道运距：应按发料地点起算，至卸料地点止所途经的汽车运输便道长度计算。

2.4.2 运输成本

运输费=汽车运价×碎石重量

运输成本=∑（运输费+装卸费+其他有关运输的费用）×（1＋采购及保管费率）

其中，根据国铁科法〔2017〕31 号文，弃渣的汽车装卸单价按一般材料考虑，为3.4 元/吨，其中装占60%，卸占40%。采购及保管费率按3.45%考虑。

3 山区铁路利用隧道弃渣作为混凝土粗骨料与外购石经济性比选

通过前文分析，我们明确了山区铁路工程隧道弃渣利用方案中若干未知量的计算，包括弃渣利用加工厂建设成本、碎石成品率、碎石破碎成本、碎石运输成本等。

假设铁路建设项目共有n 个混凝土拌合站，混凝土需求量为Qn，粗骨料占比为x，可利用弃渣量为M，碎石成品率为y，则有：

假设弃渣利用加工场建设成本为A，根据弃渣量M及加工场产能确定加工场建设数量为m，碎石破碎成本为B 元/吨，碎石运输成本为C1，弃渣利用后加工成碎石成本为D，则有：

若考虑碎石外购方案，则碎石外购量为M·y，假设外购碎石单价为J，运至拌合站运输成本之和为C2，碎石外购方案总费用为E，则有：

根据（1）-（3），若考虑隧道弃渣利用方案，则可建立不等式组如下：

若（4）成立，则说明山区铁路隧道弃渣作为混凝土粗骨料相比于外购碎石是经济的。反之则不经济，需采用外购碎石方案。

4 结论

随着铁路建设走向深入，山区铁路不断增多，山区铁路隧道弃渣利用成为了亟待解决的重要问题。而山区铁路利用隧道弃渣相比于外购碎石是否经济，需进行综合比选后方能确定。本文通过调查研究，结合铁路工程造价标准，提出了山区铁路隧道利用弃渣方式的优先级排序；并以弃渣利用作为混凝土粗骨料为例，分析了山区铁路隧道弃渣利用的成本组成和计算方法；最终给出了一种山区铁路隧道弃渣利用作为混凝土粗骨料与外购碎石经济性比选的方法。可为后续山区铁路工程隧道弃渣的利用问题提供一定参考。