设计单位视角下铁路勘察设计阶段工程投资控制管理研究

2022-11-16王正邦

铁道标准设计 2022年11期

王正邦

(1.轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院),西安 710043； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

截至2020年年底，我国铁路营业里程达14.63万km，其中高铁3.8万km；规划到2025年，全国铁路营业里程将达到17万km，其中高铁(含城际铁路)5万km，覆盖98%城区人口50万以上城市[1]；规划到2035年，全国铁路里程达到20万km左右，其中高铁7万km左右，基本形成“全国123出行交通圈”(都市圈1 h通勤、城市群2 h通达、全国主要城市3 h覆盖)，构建完善发达的现代化铁路网。我国已正式开启全面建设交通强国的新征程，铁路建设资金投入不断加大[2]。

在我国铁路建设工程有序发展、投入不断加大的今天，也时有发生投资失控现象，各单位都越来越重视建设项目的投资控制管理，想方设法采取措施来加强投资控制，尽可能提高建设项目投资效益[3-5]。无论是从国家利益来讲，还是从建设、设计、施工单位发展来说，投资管理控制是项目的核心，应当贯穿于项目建设全过程[6-8]。而勘察设计阶段是投资控制的源头、核心阶段，不同的勘察设计阶段，控制工程投资的重点不同，影响因素和环节众多，需及时结合项目设计实践，认真分析查找影响投资的主要因素，总结经验，给予投资把控的措施建议，指导铁路建设项目做好投资控制管理工作。聚焦“交通强国、铁路先行”，深化“强基达标、提质增效”，促进铁路建设可持续发展，国家对铁路建设的投资不断增加，各级部门都越来越重视建设项目的投资控制和管理。因此，从铁路设计单位视角出发，通过对既有铁路项目勘察设计阶段工程投资控制管理中的一些经验进行梳理、总结，并提出相应的对策建议。

1 铁路工程勘察设计质量控制管理

铁路工程建设投资控制是一个全过程、需全员参与的系统工程，在工程勘察过程质量管理控制有助于方案尽早优化，节约工程投资，主要过程如图1所示。设计单位在接受任务后，要结合任务特点及工期要求，制定质量、环境、职业健康安全目标和要求，配置人员和设备，确定完成任务的单位、完成的时间、生产组织模式。根据项目需求收集资料，由专业设计负责人验证，确保资料的有效性。然后，组织或参加项目总体组组织的现场踏勘，了解工程所经地区的地理、地质、地貌及相关工程情况。

实施勘察过程检查、勘察成果资料的分析、整理时，对选线、测绘、专业调查质量实施监控，并负责对成果资料进行验收。专册设计负责人负责在勘察资料形成的整个过程中实行“三环节”质量、环境和职业健康安全控制，即“事前指导、中间检查和成品校审”，以确保整个工程勘察过程的质量、环境和职业健康安全处于受控状态，保证工程技术合理性、投资合理性。

由总体组负责按院《铁路建设项目勘察设计各专业工作分工细则》《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件审查签署办法及图幅图标的规定》《铁路建设项目各阶段勘测资料设计文件各级审核职责规定》和质量、环境、职业健康安全要求的规定逐级进行设计产品审核，并形成审查记录，专册设计负责人参与审查。

线路运输专业设计人员负责对所承担项目的不合格品进行控制，包括依据勘察资料质量要求，对资料进行合格与否的判定。也可通过过程监控和资料审查及配合施工来实现，当不合格品来自抽样检查时，应对被抽查的作业项目进行合格与否的判定，对其进行描述、标识，与合格品分别存放，并及时通知相关专业。若要对不合格品进行返工，使其满足规定产品要求，处置结束后应形成报告，并经审查确认后方可交付。必要时，制定不合格品预防和纠正措施，由线运设计单位负责勘察资料交付后的服务。专册设计负责人对工作进行总结，收集信息，汇总上报主管领导，以利于专业技术、管理改进和持续发展。

图1 工程勘察过程质量管理控制

2 勘察设计阶段影响工程投资因素分析

2.1 建设方案对投资的影响分析

建设方案对工程投资有着重大影响，一方面体现在线路走向方案，另一方面体现在引入枢纽方案，走向及枢纽方案研究也是可研设计阶段的重点与难点。在困难山区和地形地质条件恶劣地区，不良地质、地貌是影响线路走向的最大因素之一，进行线路选定时要深入勘测调查工程地质、水文地质，尽量选择条件较好的地区通过。线路走向选择还要综合考虑沿线区域国民经济发展情况，处理好近期与远期的关系，合理选定线路方案，力争线路短捷及保证行车安全。

(1)线路走向方案对投资的影响分析

某铁路是我国“十三五”交通建设重点工程之一[9]，全长超过1 800 km，整条线路“八起八伏”，累计爬升高度超过1.4万m，地形、地质条件极其复杂。

在预可研阶段推荐经八宿方案，线路长253 km，桥隧比98.8%，静态投资635亿元。可研阶段经过论证，推荐优化地质条件取直方案，线路长224 km，桥隧比98.2%，静态投资560亿元。

预可推荐方案虽然经过八宿县城，改善了该县的交通状况，对当地经济发展具有一定带动作用，但沿线区域性深大断裂密集成束，线路大多以小角度穿越或平行；隧道埋深大(最大2 400 m)、地层岩性以沉积岩和浅变质岩等软质岩为主，软岩大变形风险很高；沿线地热异常带段落长，隧道辅助坑道设置条件困难，工期风险大[10]。

可研阶段方案优化后，虽然线路不经过八宿县城，降低了社会经济效益，但线路沿线地质风险明显降低，且线路长度短29 km，静态投资省75亿元，节约投资达11.8%，故工程投资和社会效益综合比较后，选用取直方案。

(2)枢纽方案对投资的影响分析

西延高铁是国家中长期铁路网规划“八纵八横”高速铁路主通道包海通道和陕西省“米”字形高铁网的重要组成[11]，西延高铁向南引入西安枢纽后，按枢纽总图规划，将构建南北向主要客运通道，枢纽内正线工程、联络线工程及车站布设对工程投资影响巨大[12]。

西安枢纽内现有西安北站和西安站两大主要客运站，在西安北客运站布置中，银西西延场线下工程已一次实施到位，车站东端预留了西安至延安高铁引入条件，而西安站位于城市中心，与各方向铁路径路连通，地理位置优越。为便于聚散客流及满足开行各方向跨线客车的需要，方便延安、黄陵、铜川、阎良与西安地区间的旅客交流，有必要充分利用既有客运设施，实现本线与枢纽内主要客运站的互联互通。因此，西延高铁引入枢纽后，尽量与西安北站、西安站、新西安南站及纺织城站和阿房宫站等主要客运站沟通，与枢纽各方向线路相衔接，以达到互联互通，充分发挥其作为陕西南北快速客运主通道的高铁功能。

可研优化前：①正线由北向南引入西安东站，港务区东站至西安东站四线规模；②设置引入西安北站联络线，考虑同时引入银西场与西成场，港务区至西安北站四线规模；③引入西安站联络线；④银武联络线；⑤第二动车运用所工程，工程总投资约139亿元。

可研优化后：对东西向、南北向主要客运站进行分工，核实跨线联络间的列车对数以及优化行车组织，优化各联络线规模。①虽然在港务区东站至西安东间将形成包西、银武两条通道，但经研究一条双线铁路能承担近期内客车对数，结合西安东站至西安站东南联络线的设置，将港务区东站至豁口线路所段由四线调整为双线规模，预留银武双线条件，节省投资，豁口线路所至西安东站段维持四线规模；②港务区东站至西安东站全部设置为桥梁工程，将四线规模调整为双线规模，在进站端设置线路所联络线引入西成场，充分节省工程投资；③引入西安站联络线工程由车站接轨，调整为区间接轨，缩短线路长度3.3 km；④调整第二动车运用所在西安东站布置，加强动车运用所对主要客运站的服务效率，减少占用正线能力，提高运输效率；可研阶段优化后，工程投资减少约83亿元。

初步设计阶段优化：在可研方案的基础上，初步设计结合线路标准、工程情况主要对以下工程内容进行优化节省投资，方案如图2所示。①四线工程调整为双线工程，考虑到银川至重庆方向近远期跨线客车对数少，港务区至西安东段全部调整为双线工程，经赵西设线路所，设置重庆武汉至西安站联络线，并在该联络线上预留出岔至窑村方向联络线条件；②港务区站东移，能有效缩短联络线长度，节省工程投资约1.05亿元；③港务区东站调整为线路所；可研方案中，港务区东站为越行站，车站设到发线6条(含正线)，车站北端衔接港务区至港务区东联络线，南端正线至西安东与西渝高铁正线贯通，并预留银川至武汉方向联络线条件。初设方案中，在满足运输功能条件下，研究将港务区东站调整为线路所，并预留远期车站平面条件。与可研优化方案相比，该方案明显提高了西延高铁在西安北站始发终到作业效率，连通了各方向跨线径路和部分列车的立折需求，进一步增强了西安北站的客流吸引能力及西安枢纽的运输组织灵活性。

图2 西延高铁西安东以北双线方案

2.2 主要技术标准参数选用对投资的影响分析

(1)进出站曲线半径选用

西延高铁甘泉北站出站端为桥隧相连工程[13]，可研阶段采用9 000 m的曲线半径，线路从滑坡下浅埋通过，地质条件差。初设阶段考虑采用8 000 m曲线半径，改善了隧道地质条件和工程设置条件，缩短线路长度45.77 m，隧道长度缩短170.24 m。优化前后隧道围岩级别改善较大，Ⅳ级围岩增长143 m，Ⅴ级围岩减少197.97 m，投资减少3 390.5万元。结合上、下行列车运行速度检算成果，为减少限速段落，对车站布局优化，采用8 000 m曲线半径，缓和曲线长度取TB 10621—2014《高速铁路设计规范》表5.2.5-1中(3)档。经轨道超高检算，满足350 km/h速度要求，且改善了地质条件，减少了工程投资。

(2)线路最大坡度选用

西延高铁洛川上塬段坡度方案如图3所示，坡段发育活乐二号错落，为大型深层牵引式黄土错落，该错落距洛川站中心仅10 km，有效降坡距离9.1 km，高差达225 m。从可研、初设至施工图阶段，不断优化坡度方案，以充分节省工程投资。

图3 洛川上塬段坡度方案

可研方案(绿线方案)：全部采用25‰坡度方案，洛川车站需下挖30 m，方案可行性差，工程量巨大，各项维修设施设置困难，旅客乘车极为不便。

鉴修可研方案(粉线方案)：局部3 km长30‰坡度方案，洛川车站需下挖15 m，工程量大，旅客乘车不便。

初设方案(红线方案)：局部5 km长30‰坡度方案，洛川车站需下挖5 m，对行车速度有一定影响，但影响较小。

鉴修初设方案：局部6 km长30‰坡度方案，洛川车站与塬面基本齐平。

施工图方案：局部6 km长30‰坡度方案，将2 km长25‰坡度调整为27.5‰坡度，线路比塬面略高，满足立交与排水条件，对行车速度和旅客舒适度均影响较小，故予以推荐。

2.3 工程地质勘察对投资的影响分析

复杂山区地质选线，对投资具有较大影响。西宁至成都铁路拉脊山越岭段位于祁连地槽褶皱系[14-16]，线路方案如图4所示。工程地质条件复杂，第三系、白垩系弱成岩工程水稳性等工程地质问题突出，比兰渝铁路工程地质更复杂，在选线上应更注重工程地质选线。

图4 西宁至成都铁路拉脊山越岭段线路方案

勘察设计阶段在广泛收集了既有地质资料，采用地质调绘、综合物探、深孔钻探及多种测试等手段，初步查明了拉脊山越岭段弱成岩地层的空间分布、水文地质、水稳性等特征，为拉脊山越岭方案的选择提供了基础资料，提出了弱成岩段落地质选线原则。

在弱成岩的地层判断上，贵德组与民和组地层最差，西宁组次之，古近系地层较好。从选线原则上线路尽量减少穿越弱成岩段落。

经化隆设站方案(红线)：越岭主隧道和引线隧道线路走行于硬岩区段落长，引线隧道(昂思多隧道、群科隧道)指标较低，基本与桥梁工程相当，工程投资较省。

经群科沿高速公路(蓝线)：线路短0.3 km，主越岭隧道长2 km，经过贵德组软弱岩地段长，下穿大型滑坡群地质条件差，工程投资相对化隆设站贵2.6亿。

经群科31 km长隧道方案(黄线)：线路长2.2 km，主越岭隧道长10 km，岭南主隧道穿越贵德组弱成岩地段长，隧道指标高，工程投资较化隆设站方案贵10.3亿元。

西成铁路充分利用兰渝铁路的经验教训，高度重视地质选线，在定测前开展了地质加深工作，并加强了深孔钻探工作，越岭隧道深孔密度在西部山区铁路勘察中居于前列，为地质选线和工程设计提供了可靠依据。

2.4 工程设置对投资的影响分析

铁路建设投资主要为土建工程投资和设备类投资，在进行工程设置时，应在满足运输要求的前提下，灵活选用机车、车辆、动车组和通信信号设备，进而使线路平纵断面标准适应路段自然条件，实现移动设备和固定设施的合理配套，尽量节约基建投资，提高运营质量和经济效益。

(1)西延高铁黄陵西站工程设置

可研方案：受车站高程控制，车站两端咽喉区及站台大部分为桥梁工程，咽喉区较长，工程复杂、规模较大、投资较高。结合运输组织模式，黄陵西站需设有动车组折返设施，能满足动车组折返作业要求。

初步设计方案：经重新核实沮河水位控制高程及双黄运煤铁路专用线立交高程，进一步优化车站平纵断面，降低车站高程8 m，两端咽喉区调整为路基工程，最大填方达15 m，缩短了车站站坪长度0.57 km。投资共节省约1.7亿元。

地方要求优化方案：黄陵县高铁线路以桥梁形式通过梨园新区，控制投资的前提下深入研究方案，将出站端路基工程调整为箱形桥工程，并使咽喉区整体设置于刚性平面上，与路基工程的车站布置规划一致，未拉长拉宽车站规模，投资增加可控，且解决了在建区通道要求。

施工图优化方案：将箱形桥改为多线连续刚构+4×32 m双线变四线的变宽连续梁，桥长329.85 m；优化方案后较原初设路基方案增加投资约2 800万元，设计方案如图5所示。虽比路基工程略贵，但增加投资可控，降低了高填方路基病害风险，同时满足地方新区建设的诉求，加强了城区间的畅通与环保，体现“以人为本”的设计理念。综合考虑施工图设计优化是合理的。

图5 西延高铁黄陵西站工程设置

(2)西延高铁铜川北站工程设置

西延高铁铜川北站工程设置如图6所示，由于车站设置于塬面以下的陡坡上，布置车场、站房、站内生产生活设施场坪及站前广场等所需用地条件较差。新建铜川北10 kV配电所，铜川北站房内设10/0.4 kV站房变电所，铜川北站信号楼内设双电源10/0.4 kV变电所1座向信号楼负荷供电，电源分别由2回贯通线环网接引。考虑到车站及相关设施如设置为有填方工程，则需在塬边陡坡上设置大量挡护工程，工程巨大且设置条件困难，因此，车站路基土石方工程以挖方为主，并在确定车场轨面高程后，通过将站房及生产生活设施设置为线侧平式，挖平坡面后形成场地以满足车站变电所等相关设施布设[17]。

经综合比较，王家河特大桥桥高、车站东侧路堑挖方边坡高度、土石方及挡护数量等因素，研究将车站轨面高程设计为945 m，车站西侧(线路左侧)按945 m左右高程挖平坡面，可产生6.8万m2场坪用地，满足站房及生产生活房屋场地布置要求。

图6 西延高铁铜川北站工程设置

2.5 地方诉求对投资的影响分析

铁路作为国民经济发展的大动脉，对沿线区域的经济社会发展有着重要的带动作用，线路方案设计过程中要充分考虑沿线地区发展需要，在满足地方需求的基础上尽可能将工程投资降到最低，实现工程效益最大化。

银西铁路在可行性研究阶段结合地方诉求，研究了利用太中银铁路引入银川站方案和经机场新建双线等主要方案[18]，决策过程中要求地方落实机场地区工程建设条件、黄河桥位防洪评价等，并明确增加投资(约18.2亿元)纳入地方出资范围；相关条件落实后采用了经机场方案，目前来看实施效果较好，实现了地铁双方互惠共赢。

调整可研阶段在西安咸阳国际机场段研究了经咸阳北塬新城方案和经机场方案[19]，考虑西安咸阳机场规模大、客流集疏以城市轨道交通为主，机场地区相关规划欠成熟、调整风险大，工程建设条件复杂、协调难度大等因素，最终决策采用经咸阳北塬新城方案，并规划采用城际铁路、城市轨道交通等方式衔接机场与银西铁路；经咸阳北塬新城方案减少投资约35亿元，建设条件相对简单、明了，目前工程推进正常。

3 对策与建议

3.1 优化线路走向方案控制工程投资

勘察设计阶段影响工程投资控制的主要因素有建设方案、技术标准、地质勘察、工程设置方案以及地方诉求等方面[19-21]。前期重大线路走向方案的研究深度、决策对投资影响非常大，需在前期方案研究中加深调研、全面详细论证、慎重决策。

3.2 优化枢纽方案控制工程投资

枢纽内线路方案的优化，是一个循序渐进的过程，通过优化枢纽方案控制工程投资主要分为以下4个方面。

(1)枢纽地区内正线、联络线及车站规模的设置，首要研究列车对数和行车组织的特点，在满足运输组织的条件下，近远结合，合理布设线路形式，简化工程，减少拆迁，节省投资，充分发挥投资的经济效益。

(2)枢纽地区内建筑物密集，控制因素多，结合联络线的标准，合理运用曲线半径与坡度，优化线路方案，充分节省投资。

(3)枢纽地区内线路之间交叉跨越次数多，结构复杂，充分研究各类交叉跨越方式，从工程设置上既简化线路，又使工程易于实施，充分节约投资。

(4)枢纽或车站就总体规划，对于工程紧密不可分割的工程，需要提前一次实施。

3.3 合理运用进出站曲线半径控制工程投资

高铁车站进出站两端线路曲线半径需满足正常通过列车和停靠列车的运营要求，且其受车站布设要求，一般选择均较困难。

(1)设计中，应按不同平纵断面条件进行研究设置。如站位位于坡顶，应检算长大坡道引起动车降速值，相应配置进出站端的曲线半径；如车站两端位于自由坡地段，则应根据车站和曲线间距离，计算通过列车与停站启动列车的速差，确定需要设置的超高值，来配置相应的曲线半径，曲线半径配置合理，也就基本确定了其他工程。

(2)全线结合地形、地质条件，需设置合理的曲线半径。在车站进出站端，结合信号机布设位置、坡度条件进行检算，选择合理的曲线半径。

3.4 合理运用最大坡度控制工程投资

西部山区地形地质条件主要控制因素为最大坡度。铁路项目最大坡度的选取十分复杂且意义重大，直接影响了线路走向、车站分布等，且对该项目的运输能力、行车安全、工程与运营等各个方面起决定作用。最大坡度选用，使线路对地形的适应程度、各项工程的设置条件、及对自然地貌的破坏程度等均有不同的结果。

(1)TB 10621—2014《高速铁路设计规范》5.3.3条规定，最大坡度的坡段长度可以突破，但不能无限制，建议取消大坡道坡段长度具体数值限制，修改为在保证运营安全的前提下，进行工程投资、运输质量、运输能力(区间能力、车站到发能力)、运输需求等方面的综合比选。

(2)建议在西部山区长大坡道的高速铁路上，采用普通动车可能会有较大幅度降速。在桥隧相连工程地段，降速段也采用低标准的工程设计措施节省投资有限，随着将来动车功率增大，爬坡能力增强，可实现在长大紧坡道上不降速运行。因此，在复杂山区，优先采用大功率动车组，并适时组织相关部门研发适应长大坡道的专用大功率动车组。

(3)最大坡度长度首先应把运营安全放在首位，其次是运输能力，在此基础上考虑运输质量。