馬紹辰

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 引言

隨著中國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)務(wù)院于2013年已經(jīng)著手研究加快中西部地區(qū)的鐵路建設(shè)，2015年“一帶一路”建設(shè)工作領(lǐng)導(dǎo)小組的成立，更凸顯國(guó)家對(duì)西部地區(qū)的重視。鐵路對(duì)一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的深遠(yuǎn)影響。然而在西部修建鐵路談何容易，西部地區(qū)戈壁和沙漠環(huán)境為鐵路的修建帶來了重重困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)的戈壁主要分布于溫都爾廟—百靈廟—鄂托克旗—鹽池一線以西北的廣大荒漠、半荒漠區(qū)域，總面積56.95萬km2，主要位于新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏等地[1]。沙漠(包括沙丘和風(fēng)蝕土地)總面積為71.29萬km2，戈壁和沙漠面積占到了全國(guó)面積的13.36%[2]。放眼全球荒漠化土地面積達(dá)3 600萬km2，更是占到了地球總面積的1/4，主要位于亞洲、非洲、南美洲等氣候干旱的發(fā)展中國(guó)家，一帶一路沿線更為突出。能否處理好戈壁沙漠地區(qū)病害，是鐵路修建的基礎(chǔ)，而如何合理確定工期和工程投資，并確保項(xiàng)目順利實(shí)施，則是設(shè)計(jì)人員同樣需關(guān)注的重點(diǎn)。

2 西北戈壁及沙漠地區(qū)鐵路修建面臨的問題

戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建與沿海地區(qū)和其它內(nèi)陸省份鐵路修建的條件存在較大差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)自然環(huán)境較為惡劣，沿線地區(qū)人煙稀少，交通運(yùn)輸情況差，生活物資供應(yīng)困難。

(2)既有建筑材料匱乏，筑路所需的鋼材、水泥、砂石料等均需要遠(yuǎn)運(yùn)解決，部分砂石料只能依靠施工單位自采取得。

(3)戈壁沙漠地區(qū)氣候干旱，施工用水更是難以解決，施工用電部分依靠自發(fā)電解決。

(4)氣溫溫差大，工人、機(jī)械經(jīng)常要在極端溫度下施工，對(duì)工作效率影響巨大，機(jī)械保養(yǎng)、維修困難。

鑒于以上問題，戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建需要在工程投資控制方面考慮更多影響因素，這就需要設(shè)計(jì)人員在勘察設(shè)計(jì)期間，提出有針對(duì)性的解決方案，為項(xiàng)目順利實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[3]。

3 戈壁及沙漠鐵路修建重點(diǎn)費(fèi)用研究

額哈鐵路額濟(jì)納至梧桐水段(以下簡(jiǎn)稱額哈線)項(xiàng)目全長(zhǎng)近420 km，橋梁占線路長(zhǎng)度5.6%，途經(jīng)內(nèi)蒙和甘肅。線路大部分地處戈壁，通過風(fēng)沙流地段累計(jì)長(zhǎng)度337 km[4]。本文對(duì)工程造價(jià)和項(xiàng)目實(shí)施影響較大的幾項(xiàng)基礎(chǔ)性費(fèi)用進(jìn)行分析研究，希望為其它戈壁沙漠地區(qū)鐵路項(xiàng)目提供借鑒與參考。

3.1 當(dāng)?shù)厣笆腺M(fèi)用分析

砂石料作為基建項(xiàng)目的主要原材料，價(jià)格因素對(duì)于項(xiàng)目的影響巨大。額哈線全線碎石(包括道砟)用量295×104m3、片塊石95 ×104m3、砂198 ×104m3?？紤]運(yùn)雜費(fèi)對(duì)于砂石料單價(jià)的影響共計(jì)8.4億元，占到了整個(gè)工程靜態(tài)投資58.4億的14.4%，因此砂石料單價(jià)的合理確定直接影響到項(xiàng)目的總投資。

通過勘探調(diào)查、綜合比較多個(gè)自采料點(diǎn)，選定的自采料點(diǎn)情況見表1。

表1 石料供應(yīng)點(diǎn)

根據(jù)表1供應(yīng)點(diǎn)按照最大運(yùn)距相等法分析計(jì)算，供應(yīng)平均運(yùn)距L＝26.55 km[5]。

自采石料可以按照鐵路工程基本定額中機(jī)制碎石定額進(jìn)行分析計(jì)算，費(fèi)用包括爆破石方、裝卸、機(jī)械破碎石方、清篩等工序[6]。另外考慮開采碎石交納資源費(fèi)、環(huán)保費(fèi)等大概1.5元/m3。綜合分析自采碎石單價(jià)為68元/m3，與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的石料場(chǎng)出場(chǎng)價(jià)60元/m3基本相當(dāng)。

如僅依靠外購料源方式，并僅選擇線路附近的既有料場(chǎng)供應(yīng)，石料的平均運(yùn)距為245 km。按照汽車運(yùn)輸單價(jià)0.6元/噸公里測(cè)算，運(yùn)輸單價(jià)差為131.07元/t，全線碎石(含道砟)僅運(yùn)費(fèi)差額為38 665萬元，占項(xiàng)目靜態(tài)投資的6.6%。可見料源點(diǎn)的選擇對(duì)于造價(jià)的影響巨大。

工程用砂的費(fèi)用測(cè)算原則與碎石一致，經(jīng)測(cè)算費(fèi)用總額為29 927萬元，占項(xiàng)目靜態(tài)投資的5.1%。因此對(duì)于戈壁沙漠地區(qū)修建鐵路工程，必須加大外業(yè)勘察取樣的力度，合理規(guī)劃自采料場(chǎng)的位置，確保項(xiàng)目自采料場(chǎng)的規(guī)模、產(chǎn)能和質(zhì)量。

3.2 施工用水費(fèi)用分析

額哈線除了在額濟(jì)納端有地表水，線路其它位置沒有地表水分布。因?yàn)榈靥幐瓯谏衬?，打井取水深度超過200 m，投入巨大[7]，即便是常年在西北地區(qū)找水的專業(yè)隊(duì)伍，也不敢保證可以打出可用水。經(jīng)勘察調(diào)查取樣，發(fā)現(xiàn)沿線可用水源點(diǎn)見表2。

表2 水源點(diǎn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)

根據(jù)水源分布情況，計(jì)算全線平均運(yùn)距為37.8 km，按照取水深度進(jìn)行分析抽水單價(jià)為1.8元/t。水價(jià)的計(jì)算要考慮水資源費(fèi)(為簡(jiǎn)化計(jì)算水資源費(fèi)統(tǒng)一為1.3元/t)、抽水費(fèi)用以及運(yùn)輸費(fèi)用總和。

根據(jù)工程用水量統(tǒng)計(jì)，全線施工用水約350萬t，測(cè)算施工用水費(fèi)用為9 023萬元。但對(duì)于西北戈壁沙漠等干旱地區(qū)，還有一關(guān)鍵問題必須考慮，那就是水源點(diǎn)的出水量[8]。經(jīng)調(diào)查，項(xiàng)目在Dk100之后的大里程方向施工供水嚴(yán)重不足，對(duì)于用水量較大的路基土方填筑和混凝土圬工等，經(jīng)消耗量測(cè)算分別為165萬t和65萬t。按照計(jì)劃施工工期，路基和橋涵施工工期均為24個(gè)月(不考慮冬歇期因素)，則每天的用水量達(dá)3 194 t，而后5處水源點(diǎn)每天合計(jì)供應(yīng)能力僅有1 827 t，每天用水缺口在1 367 t以上，該部分水必須通過遠(yuǎn)運(yùn)解決，平均運(yùn)距在140 km左右，按缺水總量和運(yùn)費(fèi)差測(cè)算運(yùn)水費(fèi)用需額外增加8 268萬元，占全線水價(jià)16 002萬元的51.7%。而對(duì)于施工用水運(yùn)輸方式，同樣存在汽車運(yùn)輸和管道輸送方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，進(jìn)一步增加了問題的復(fù)雜性。

從上述分析結(jié)果可以看出，對(duì)于水源極度缺乏的戈壁沙漠地區(qū)，施工用水不僅要考慮水源點(diǎn)的位置、水質(zhì)要求，更要考慮其供應(yīng)能力，否則將直接影響費(fèi)用的準(zhǔn)確性。而就目前的勘察設(shè)計(jì)計(jì)費(fèi)辦法，對(duì)于沙漠地區(qū)線路范圍外大面積區(qū)域勘探找水的費(fèi)用并沒有規(guī)定，設(shè)計(jì)單位也僅能通過當(dāng)?shù)厮Σ块T的調(diào)查取證來判斷水源大致位置，并進(jìn)行重點(diǎn)的鉆探取樣工作，其準(zhǔn)確性和專業(yè)性不強(qiáng)。西北地區(qū)找水本身就是一個(gè)難題，需要在今后的工作中完善解決[9]。

3.3 施工用電費(fèi)用分析

額哈線全線橋梁、涵洞分布比較均勻，因沿線多為戈壁沙漠，線位所經(jīng)地區(qū)幾乎沒有電網(wǎng)分布，施工取電困難。結(jié)合沿線調(diào)查收集的地方電網(wǎng)電源資料情況見表3。

全線橋梁共計(jì)158座，累計(jì)橋長(zhǎng)23.559 km，約占總長(zhǎng)度的5.61%。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全線用電量約3 680萬度。

表3 地方電源情況分布

全線由于砂石料資源缺乏，設(shè)計(jì)考慮通過自采砂石料的方式供應(yīng)料源，全線碎石(含道砟)用量約為295×104m3、機(jī)制砂用量為158×104m3、自采用量約為453×104m3，估算用電量約為2 170萬度。根據(jù)本線特點(diǎn)全線施工用電考慮三種方案。

3.3.1 施工用電盡量考慮接地方電源方案(方案一)

從地方變電站到車站配電所考慮永臨結(jié)合，提前開工，再從車站配電所引出35 kV的臨時(shí)電力線至沿線各工點(diǎn)。

(1)根據(jù)收集的地方電網(wǎng)資料，正式工程擬接入的電源分別為額濟(jì)納、建國(guó)營(yíng)、黑鷹山、馬鬃山變電站。根據(jù)專業(yè)設(shè)計(jì)正式工程考慮利用起點(diǎn)附近既有額濟(jì)納西站的35 kV配電所，并新建天草、黑鷹山、馬鬃山3座配電所。新建配電所均從既有變電站引出，接線長(zhǎng)度為140 km。由于施工用電負(fù)荷較大，考慮永臨結(jié)合需增加導(dǎo)線截面至185 mm2，永臨結(jié)合需增加費(fèi)用700萬元。

(2)從既有額濟(jì)納西站和新建的天草、黑鷹山、馬鬃山配電所引出35 kV臨時(shí)施工電力線共計(jì)346 km，測(cè)算費(fèi)用為4 463.4萬元。

(3)根據(jù)電價(jià)調(diào)查原始數(shù)據(jù)，35 kV的上網(wǎng)電價(jià)為 0.799元/(kW·h)。

采用地方電源的電價(jià)算式:

(4)根據(jù)永臨結(jié)合電力線工期需要1年時(shí)間，而全線路基、橋涵等工程施工工期為24個(gè)月，因此仍需考慮40%的自發(fā)電。

采用分散發(fā)電的電價(jià)算式[10]:

按上述分散發(fā)電公式計(jì)算電價(jià)為2.15元/(kW·h)。則全線工程用電費(fèi)用為:

該方案共需投資:

Z1＝700＋4 463.4＋8 119.8＝13 283.2萬元

3.3.2 全線除站后工程考慮接入地方電源外，其它工程均采用分散發(fā)電方案(方案二)

站后工程開工晚，可以考慮接入地方電源，其它工程如路基、橋涵等開工早，利用貫通線引入地方電源工期上存在風(fēng)險(xiǎn)，因此按自發(fā)電解決。

(1)軌道、房屋等站后工程共需用電約370萬度，考慮接入地方電源。

(2)其余工程采用分散發(fā)電方式供電，則費(fèi)用為:

該方案共需投資12 107.6萬元。

3.3.3 采用按永臨結(jié)合全線貫通電力線提前實(shí)施方案(方案三)

(1)因全線采用貫通電力線提前實(shí)施，無需額外臨時(shí)電力線的架設(shè)，但由于施工期用電負(fù)荷較大且不均衡，電源線、貫通線需增大一級(jí)導(dǎo)線截面并增設(shè)無功補(bǔ)償裝置共需增加2 430萬元。

(2)按永臨結(jié)合實(shí)施電力貫通線工期需要1年時(shí)間，而全線路基、橋涵等工程施工工期為24個(gè)月，因此仍需考慮40%的自發(fā)電比例。則全線工程用電費(fèi)為:

(3)因正式工程電力線提前貫通使用，為滿足竣工驗(yàn)收要求，貫通電力線在竣工前需考慮部分整修維護(hù)費(fèi)用，測(cè)算費(fèi)用為760萬元。

該方案共需投資:

根據(jù)以上分析與測(cè)算可以看出，針對(duì)項(xiàng)目情況不同，最終采用方案可能有所差別，但通過不同方案的比選，選擇安全可靠、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案是設(shè)計(jì)人員必須要考慮的。本項(xiàng)目最終采用方案三貫通電力線永臨結(jié)合的方式，既經(jīng)濟(jì)又最大限度地減少廢棄工程和施工單位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的配置。

3.4 貫通施工便道費(fèi)用分析

本項(xiàng)目位于沙漠戈壁腹地，荒蕪人煙，遠(yuǎn)離既有道路，材料運(yùn)輸極為不便。由于氣候條件惡劣，資源嚴(yán)重匱乏，新建便道是本線唯一的生命通道。同時(shí)風(fēng)沙災(zāi)害較為頻繁，開通運(yùn)營(yíng)后維修養(yǎng)護(hù)量大，一旦養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，極易影響鐵路行車安全。因此無論從施工角度，還是方便后期管理維修角度，盡量考慮貫通施工便道。

由于施工期間所有物資均通過貫通便道運(yùn)輸，便道的行車壓力大，因此建議施工便道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按照平原地區(qū)干線便道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬度采用雙車道6.5 m，路面結(jié)構(gòu)層可以考慮泥結(jié)碎石或者級(jí)配碎石路面，結(jié)構(gòu)層厚度根據(jù)地質(zhì)情況不同在15～30 cm之間。從投資控制角度便道標(biāo)準(zhǔn)不宜過高，能夠滿足工程使用，隨用隨養(yǎng)即可[11]。

按上述技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行費(fèi)用測(cè)算，本線貫通便道與引入便道共計(jì)523 km，總計(jì)便道費(fèi)用為9 937萬元[12]。

4 結(jié)束語

戈壁沙漠地區(qū)鐵路修建環(huán)境惡劣、資源匱乏，不同于其他地區(qū)，對(duì)于當(dāng)?shù)夭牧蟽r(jià)格分析、施工水電及便道等基礎(chǔ)費(fèi)用如何合理確定，就顯得更為突出。設(shè)計(jì)人員除了考慮線路方案、病害防治等因素外，還應(yīng)當(dāng)充分了解戈壁沙漠地區(qū)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，在項(xiàng)目前期做好策劃，以便在現(xiàn)場(chǎng)勘察期間可以有針對(duì)性地解決這些問題，更科學(xué)、更合理地確定項(xiàng)目的工程造價(jià)。