沉管隧道在国外发展较快, 技术成熟, 应用较为广泛。但是, 国内过去的沉管隧道发展相对滞后, 已经建成通车的沉管隧道不多, 且大部分位于内河, 如上海外环过江沉管隧道、广州珠江隧道、广州洲头咀隧道、宁波甬江常洪隧道、天津海河隧道等。随着近年沉管隧道技术在我国的推广应用, 在建和即将建设的项目在逐步增多, 如港珠澳大桥、深中通道、大连湾海底隧道等。国内对沉管隧道的设计与施工技术、安全、质量、工期都非常重视, 但对投资控制, 特别是依据、费用划分、定额或费用标准等计价体系关注度不高, 研究较少, 尤其是外海施工环境下的计价体系 (计价依据和定额标准) 在国内目前几乎都是空白。

港珠澳大桥跨越珠江伶仃洋海域, 东接香港, 西连珠海、澳门, 是“一国两制”框架下粤港澳三地首次合作建设的大型跨海通道工程, 是目前世界上最长的跨海项目, 也是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程。其沉管隧道是港珠澳大桥的控制性工程, 是世界上深埋沉管隧道之一、国内首条外海沉管隧道和世界上规模最大的公路沉管隧道。沉管隧道总长度为6762m, 其中沉管段长5664m, 暗埋段长326m, 敞开段长772m, 是迄今为止规模最大的海上沉管隧道, 隧址穿越伶仃西航道和规划30万t油轮航道, 最大水下深度达46m, 平面布置见图1。该沉管隧道的设计施工存在众多未知领域, 存在众多有待探索、发现、认识的新问题。依托港珠澳大桥的沉管隧道进行计价体系的研究与应用非常必要、合适, 更全面。

(1) 工作内容涉及专业多, 且可供借鉴较少。沉管隧道按纵向组成可划分两侧桥隧转换人工岛 (或岸上) 的敞开段、暗埋段, 沉管两侧过渡段、主体沉管段, 一般采用对称布置管孔+管廊结构, 如港珠澳大桥沉管隧道采用, 即左、右侧为主行车孔, 中管廊从上至下分别为排烟道、安全通道、电缆通道。施工主要内容包含基槽开挖、地基处理、基槽回淤清理、管节预制、沉管浮运、沉管安装、锁定及防护回填、隧道内装、隧道路面, 以及配套的交通机电工程、大型临时工程等, 涉及公路、港口水工、疏浚、建筑等多个专业, 且部分工作内容的可供借鉴较少, 如基槽开挖可参考作为航道疏浚内容, 但是实际工作要求远远高于其有关要求。

(2) 技术复杂, 设计创新需求高。外海所处地质一般为软弱地基, 沉管地基沉降及不均匀沉降直接影响沉管结构安全及防水, 隧道基础设计中创新采用了复合地基+组合基床的设计方案。同时, 在隧道结构形式、沉管预制及安装需求方面, 也分别需要结合现场地质条件及埋深、施工组织及工期要求等进行设计创新, 以满足项目需求。

(3) 外海环境, 工况复杂, 工效降低。不利的自然条件对施工影响程度较大, 主要是台风、雷暴等影响。国内类似跨海工程建设均搭设了临时栈桥, 将海上大部分的施工作业点变成了陆地施工且施工作业离岸较近, 采用常规设计与施工方案及工艺。而在外海施工作业条件下, 施工区至岸边距离较远, 无法采取该项措施。受风浪及回淤影响, 现场作业船机需要多次往返, 海上施工用电全部自发电, 需要增加现场材料转运费用, 现场作业工效远低于常规近海岸项目。

(4) 施工装备要求高, 大型专用设备投入多。外海的作业条件对施工装备提出非常高的要求, 大型设备的投入较常规项目多, 施工投入大, 而且部分需要专门进行制造。如沉管浮运沉放, 就需要结合项目实际情况, 研制了大型专用沉管沉放驳、沉管精调系统、沉管拉合系统、深水无人沉放系统、测控系统等, 开发了专用导航软件, 指挥多艘拖轮的协同作业, 建立工程区水文气象观测及预报保障系统, 并开展了大量的试验研究, 进行了数模、物模研究和现场演练, 用以确保浮运安装工作。

(5) 恶劣的建设条件, 施工风险大。施工区域一般与海上航线交错, 沉管浮运线路一般借助航运水域, 施工期通航安全问题尤为突出。沉管预制厂和填筑人工岛均地处外海孤岛, 资源匮乏、交通不便, 且台风、强对流、洪汛频发, 施工人员稳定面临困难。面对复杂的水文条件、最不利施工季节、最不利的通航条件、深槽内复杂多变的海流条件, 管节沉放浮运窗口、沉放对接窗口选择, 以及实际操作存在诸多难题, 深水潜水作业效率和安全也就面临较大挑战。施工难度、风险不同于常规内河及近海岸工程, 除上述风险外, 还存在认识不足的技术及不确定风险。

综上, 外海沉管隧道与常规项目相比, 涉及的专业种类繁多, 大量的设计创新, 外海复杂的环境、工况, 大量专用设备的投入, 以及面对的施工风险大等特征, 决定了与其配套的计价体系不能按照常规项目执行, 需要研究形成匹配、符合其特征的计价体系。

(1) 遵守现行计价规范、定额原理及相关规定的原则:计价体系、定额修编及补充定额编制遵循相应的有关规定。

(2) 简明适用原则:子目的划分、补充定额工程量计算规则遵循简明扼要、特点突出、详略适当, 适用方便原则。

(3) 充分利用现行的计价 (定额) 成果文件原则:对项目特性基本相同的子目, 分析对比后直接采用;对部分相近的子目, 进行分析对比后进行修编。

(4) 实事求是, 充分考虑外海特征的原则:体现实际施工水平, 充分考虑外海孤岛环境及工艺创新、技术复杂、大型船机设备投入等因素, 综合确定工效消耗。

根据外海沉管隧道特征及施工条件, 以及现行计价 (定额) 体系的划分原则, 可将沉管隧道主要划分为公路专业、港口水工专业、疏浚专业及建筑专业, 计价的定额选用、定额修编及补充定额研究分别按照专业划分开展 (详见表1) :

按照上述的子目及专业划分, 结合沉管隧道的具体设计方案及施工图等实际情况, 在上述子目划分的基础上进一步细化, 编制得出对应的项目节、细目。如依据上述划分情况, 对港珠澳大桥沉管隧道段管段结构的沉管主体结构和沉管接头处理进行补充完善后的细目见表2, 其它子目可同理编制。

按总体专业划分组织对现行的定额进行分析, 梳理可选用的现行定额, 逐项梳理出需要修编、补充编制的定额子目、节及细目, 对于少部分临时调整或较难进行修编或补充定额的, 结合市场成本+间接费用的计价方式进行编制。如在港珠澳大桥沉管隧道计价过程中, 组织对交通运输部颁布的现行公路进行分析, 其是基于内陆及江河条件下, 针对常规工艺编制的计价定额, 应用于外海施工条件下海底隧道造价编制, 存在一定局限性。如在港珠澳大桥沉管隧道沉管隧道敞开段及暗埋段、沉管管节预制及接头处理计价中, 通过分析得出:

(1) 沉管隧道敞开段及暗埋段分别位于东、西隧道人工岛上, 属沿海孤岛环境下的施工条件, 涉及与常规混凝土不同的施工工艺 (采用混凝土输送泵泵送, 制冰系统控制混凝土入模温度, 清水混凝土模板系统等) , 不可以直接套用现行部颁公路定额, 需要根据施工现场实际情况进行必要修编。

(2) 沉管管节预制及接头处理, 是属于现行公路定额缺项内容, 需要按照公路定额原理编制补充定额。

其它相关子目可同理分析得出, 在此进行不一一列举。

根据现行定额分析, 得出定额修编、补充编制的需求, 结合特征系统组织开展定额修编、补充定额的测定及编审。如港珠澳大桥沉管隧道的造价管理中, 在初步设计阶段就计列了外海定额研究课题, 组织对工艺工序子目消耗量与工效、主要大型专用设备进行研究, 针对沉管隧道组织修编公路专业补充定额6项, 新编公路专业补充定额16项、新编水工港口专业补充定额10项及配套机械船舶艘 (台) 费用补充定额22项, 汇总形成外海定额成果文件。广东省交通运输厅以此为基础进行审查、提升后, 于2017年1月正式印发《广东省沿海沉管隧道、人工岛工程预算补充定额 (试行) 》, 其中主要均为沉管隧道的补充定额, 为后续的隧道工程概算调整及预算文件编制工作提供了计价依据。

根据沉管隧道投资主体的项目属性, 参照现行的计价体系对沉管隧道所需的可适用定额、修编定额、补充定额及大型船舶等设备艘班等进行系统集成, 形成适用于沉管隧道的配套定额计价标准。根据总体计价体系划分的子目, 逐项根据集成的配套定额计价标准编制概预算计价成果文件。

在港珠澳大桥沉管隧道计价中, 以沉管主体结构和沉管接头处理子目作为主要案例说明有关应用情况, 其它子目的应用同理。

港珠澳大桥是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分, 有关计价体系、子目划分应按照现行的部公路定额执行, 其沉管主体结构和沉管接头处理属于公路专业, 可依据公路专业有关规定执行 (见表1) 。

在主要子目及专业划分基础上, 根据对应的施工图纸, 对沉管主体结构和沉管接头处理细目进行划分 (见表2) , 并计算得出相应的工程数量, 以及分析有关工序、工艺信息等。

(1) 沉管隧道设计使用寿命及工程质量验收标准与国内常规工程差别较大, 为保证工程质量, 在工艺方面、设备方面、定额工效方面与现行公路定额编制的边界条件存在差异, 在套用过程中需要进行必要调整, 以适应现场情况。

(2) 采用了大量的新工艺、新技术及大型专用设备, 现行公路定额无法涵盖, 缺漏项较多, 需要编制补充定额。

(3) 沉管隧道地处外海, 属于孤岛施工, 受气候、台风等影响很大, 为保证施工连续性, 岛上大型设备除正常施工需要外, 还需要有备用设备, 如砼拌合站、砼搅拌运输车、砼泵车、发电机、起重设备等, 有别也远高于常规项目, 需要组织对大型设备及部分设备的作业工效补充测定。

综上, 可直接选用定额不多, 需要部分定额进行修编, 并补充编制有关定额及大型专用设备艘班等。

针对现行定额不适用或缺项的关键工序等内容, 梳理得出需要进行定额修编的子目, 以及新编补充定额细目子目。如管节预制、管节接头处理及管节舾装需要新编制的补充定额细目清单如表3, 其中“1-3-1-1管节坞内横向浮移”补充定额见表4。

工程内容:1) 坞门门槽及底板探摸;2) 深坞大坞门、浅坞门闸门关闭、开启;3) 坞内灌水、排水;4) 管节压载系统调试, 管节起浮、横移、二次横移。

根据公路专业的总体计价体系及费率计算原则, 对涉及的适用定额、修编定额、补充定额进行系统集成, 按照公路定额规定的费率, 逐项编制概预算计价成果文件。

基于港珠澳大桥沉管隧道计价体系的研究与应用, 实施沉管隧道计价体系模型的构建, 为外海补充定额研究提供了明确的需求, 丰富和完善国内外海沉管隧道计价体系的空白, 完善外海沉管隧道建设管理的配套需求, 为国内同类项目的投资控制、造价管理和成本核算提供重要指导和借鉴。

通过对港珠澳大桥沉管隧道计价体系的复杂系统特征进行分析, 开展类比的分类划分方式, 实施复杂系统的准确、有效分解方法, 实现复杂系统到单一系统、复杂问题转化为相对简单的单一问题, 聚焦找出核心问题, 逐项分别找出对策与解决措施, 然后系统集成形成整体解决方案。寄望能为同类型复杂项目的计价体系构建与实施提供参考, 并实现准确、有效、快捷的整体处理解决方案。