铁路隧道项目全过程造价风险管控研究——以黔张常铁路大坡隧道项目为例
1 引 言
隧道工程已成为铁路项目建设的关键性控制工程,在常规铁路项目造价中其所占比重愈来愈大,且隧道长度也愈来愈长。铁路隧道工程具有技术复杂、地质多变、项目周期长,风险难以预测等特点,这些特点常常导致铁路隧道项目延误工期、造价失控等严重后果,这也导致铁路隧道项目时常会出现“三超”现象,即决算超预算、预算超概算、概算超估算。因此,有必要加强对铁路隧道项目的造价风险管控,采取相应的措施来降低铁路隧道项目的造价风险。
铁路隧道项目与一般工程项目有其共性,从全过程管理的视角来看,铁路隧道项目建设过程也可以分为前期决策阶段、设计阶段、施工阶段和竣工阶段。因此,铁路隧道项目造价风险也蕴藏于各个阶段中,需要对各个阶段的造价风险进行识别、分析和控制。
2 铁路隧道项目全过程的造价风险
2.1 前期决策阶段
铁路隧道项目的前期决策阶段是项目可行性论证阶段。在这一阶段,建设方要根据项目所在区域的交通规划状况、地质组成状况、基础设施条件等要素,分析铁路隧道项目建设的可行性。同时,建设方也要结合这些要素,提出多种可行性方案,分析和筛选出可行性最高、性价比最优、最具安全性的铁路隧道建设方案。从对造价的影响来看,在前期决策阶段铁路隧道项目有以下潜在的造价风险:
2.1.1 围岩稳定性差导致支护费用增加
铁路隧道坑洞周围的一圈岩石被称为围岩。围岩稳定性是影响铁路隧道工程项目能否开展的关键指标。围岩稳定性是指围岩靠自身强度保持平衡的能力,也就是在开挖隧道和地下洞室后,围岩不致发生破坏变形的能力。如果目标区域的围岩稳定性不符合要求,将导致整个项目的安全性下降,需要后期增加各类增强围岩稳定性的辅助工程,从而产生大量的工程支护费用,导致项目造价的升高。因此,铁路隧道项目要严格评估隧道围岩稳定性,选择围岩稳定性高的区域作为目标施工区域。
2.1.2 隧道轴向选择不理想导致造价升高
隧道轴线走向定位的差异会造成隧道工程造价的不同。由于铁路隧道往往在较为复杂的地质条件下施工,隧道可能遇到断层、裂谷或者边坡。建设方在选择铁路隧道轴向时,应尽可能避开断层、裂谷、边坡,尤其是不稳定边坡。此外,选择铁路隧道轴向也要避开岩层倾向与坡面倾向一致的顺向坡,避免路线与主要裂隙发育方向平行。如果在前期决策阶段选择的隧道轴向不理想,将可能导致工程后期增加各类安全加护的工程费用。例如,隧道轴向选择了带有断层或者裂谷的区域,后期就要在正洞施工中增加相应的平导工程来保证隧道的稳定性。这些后期增加的平导工程将会导致项目整体造价的升高。
2.1.3 隧道埋深不当导致造价升高
隧道埋深指的是铁路隧道开挖断面的顶部至自然地面的垂直距离。根据围岩初始应力状态、围岩变形破坏方式,铁路隧道埋深方式可以划分为浅埋隧道、深埋隧道和超深隧道三大类。如果在前期决策阶段选择的隧道埋深方式不当,可能导致后期需要增加大量辅助工程来保证隧道的安全性和稳定性。例如,对于浅表层围岩稳定性差的目标区域,如果建设方选择了浅埋隧道,那么为了增强围岩稳定性,就需要在隧道坑洞周边增加各类支护工程,从而导致铁路隧道工程的总体造价上升。
2.2 设计阶段
铁路隧道工程的设计阶段同其施工阶段紧密衔接。如果铁路隧道工程设计不够严谨,会导致后期施工过程不断变更设计,继而造成设计概算与实际施工预算出现较大的偏差,甚至预算远超概算。在设计阶段,铁路隧道项目有以下潜在的造价风险:
2.2.1 未遵循限额目标进行设计
如同其它大型工程项目,铁路隧道项目在进行设计时,也有其限额设计目标和相应的标准。如果在设计过程中,设计师没有遵循限额标准设计,可能导致隧道项目造价超过设定的限额目标。
2.2.2 未充分考虑隧道与其它地下工程的兼容性
除了做好限额设计外,铁路隧道项目在设计中还要考虑隧道与其它地下工程的兼容性,例如:隧道工程与周边的桥梁或路基工程的过渡与衔接。以往许多铁路隧道项目出现造价远超投资限额,常常是由于设计师没有考虑铁路隧道与周边地下工程项目的过渡与衔接问题。由于不同地下工程过渡段结构刚性存在差异,这种差异会逐渐导致铁路隧道出现不规则沉降。施工方为了避免沉降,不得不增加许多辅助支护工程,使整个项目造价远超预期目标。
2.2.3 设计方案经济性不足
设计方案的经济性对于项目造价有很大的影响。判断评价设计方案经济性的标准是在达到同样技术标准和安全要求的前提下,设计方案造价越低则经济性越高。设计方案经济性不足也是铁路隧道项目设计阶段造价风险之一。这种风险往往来源于两个方面:第一,设计人员经验不足。由于铁路隧道工程设计工艺非常复杂,对设计人员水平要求较高,如果设计师经验不足可能会忽略设计方案的经济性。第二,设计师虽然考虑到了成本问题,对设计经济性重视程度不够。许多设计师在设计中更关注新材料、新技术、新工艺的运用,设计方案有很高的技术先进性和安全性,甚至远远超出了工程提出的技术标准和安全需求,但这些新技术、新工艺的运用可能需要昂贵的材料和设备,从而导致项目造价的上升。
2.3 施工阶段
铁路隧道项目施工阶段造价风险是整个项目造价管控的核心。这一阶段的造价风险来源复杂且相互联系。
2.3.1 施工组织管理不当导致造价上升
铁路隧道项目一般在野外施工。由于野外施工过程中,通讯、交通等各种基础设施条件较差,这给野外施工带来了难度,也对隧道施工组织管理提出了较高的要求。如果施工组织管理不当,就会带来各种风险。例如,在通讯方面,可能会出现地下作业工作人员与地面管理者联系中断,各种管理指令无法向地下作业工作人员传达,地下发生了任何情况地面也无法及时掌握,从而引发各类工程事故的发生,甚至出现人员伤亡。在交通物流方面,可能导致材料和设备等无法及时运达施工现场,导致工期被延误,上述问题都可能最终导致项目造价的上升。
2.3.2 自然环境因素导致的造价上升
自然环境也是施工阶段需要重视的不确定风险因素。由于铁路隧道工程项目的周期一般较长,会经历施工区域一年中的雨季、汛期、冰雪等特殊天气。在雨季、汛期,常常会发生材料被淋湿或者设备短路等问题,在冰雪低温天气可能会导致重要设备无法正常运转。因此,如果没有做好预防措施,这些自然环境因素将增加施工环节的费用支出。此外,这些自然环境因素还可能导致隧道塌方、水淹、有害气体泄露等安全事故,影响项目的工期进度,产生各类额外的费用,导致工程总造价的升高。
2.3.3 施工阶段材料价格波动
铁路隧道工程的人工、材料、机械费用的比例一般是20%、70%和10%,因此材料价格对于铁路隧道工程造价影响巨大。然而,材料价格常常受到市场供求关系的影响,在不同时期会产生波动。以铁路隧道工程常用的钢筋、水泥等材料为例,价格的波动幅度常常在±20%左右。建设方在预估铁路隧道项目投资时,往往按照当时的材料价格来预估,一旦材料在施工期间价格上涨,就会导致项目造价大幅度上升。因此,材料价格波动也是铁路隧道项目在施工阶段的重要造价风险。
2.3.4 施工方法选择不当带来的造价上升
施工方法对于施工阶段的造价控制也有影响。目前常见的铁路隧道施工方法主要有盾构法、新奥法、浅埋暗挖法等三大类。这三种施工方法各有其特点,也各自适用于不同的铁路隧道项目,而且投资成本也有差异。盾构法施工的优点在于施工作业均在地下进行,易于地下施工管理,但缺点是设备费用相对较高。相比较盾构法,新奥法投资相对较小,但这一方法在施工工艺上更适合深埋隧道和超深隧道。浅埋暗挖法是在新奥法基础上,针对浅埋隧道开发出来的隧道施工方法。它的突出优势适合于各种尺寸与断面形式的浅埋隧道洞室,且投资相对较少。从造价来看,新奥法、浅埋暗挖法投资比盾构法少。
2.4 竣工阶段
在铁路隧道项目的竣工阶段,造价风险管控的关键点是工程决算书和结算书。
2.4.1 竣工决算严重偏离施工预算
竣工决算书反映出铁路隧道工程的财务状况和建设成果,涵盖了铁路隧道工程从决策、设计、施工、建成使用的全部费用支出。如果竣工决算书在编制过程中,对于施工方的工程确认单等资料收集不全,就可能导致竣工决算书与实际发生费用不够准确,甚至严重偏离施工预算。
2.4.2 竣工结算得不到认可
竣工结算体现了铁路隧道工程的实际价格。若前期施工过程中,施工方、建设方、监理方等相关人员可以对施工各类造价问题进行有效管理与沟通,那么竣工结算就容易得到各方的认可。反之,竣工结算可能无法得到认可,出现竣工结算风险。
3 黔张常铁路大坡隧道项目案例分析
3.1 项目简介
黔张常铁路为黔江至张家界至常德铁路,地理位置处于湘西北、鄂西南和渝东南交界地带,为双线铁路,正线运营长度339.42km,正线建筑长度336.257km。该工程线路等级为Ⅰ级。中铁隧道集团有限公司承担黔张常铁路大坡隧道的设计及施工任务,本隧道设计为双线无砟隧道,隧道全长6678米,起讫里程DK92+550~DK99+228,进出口各设一座平导辅助正洞施工,进口平导有3300m,设7个横通道,出口平导占1967m,并设置了4个横通道。大坡隧道是Ⅰ级风险隧道,属于全线控制性工程,其中Ⅱ级围岩650米,占设计总长度的9.73%;Ⅲ级围岩3295米,占设计总长度的49.34%;Ⅳ级围岩2050米,占设计总长度的30.70%;Ⅴ级围岩683米,占设计总长度的10.23%。大坡隧道建设要求工期为49.5个月。这一项目造价风险管控工作由公司项目部承担。
3.2 黔张常铁路大坡隧道项目的造价风险控制
3.2.1 前期决策阶段造价风险管控
在前期决策阶段,中铁隧道集团项目部聘请了数十位铁路隧道工程专家对黔张常铁路大坡隧道工程各阶段的造价风险进行了识别、分析和评估。针对前期决策阶段造价风险,项目部建立了以下管控措施。
(1)科学评价目标区域内的围岩稳定性,选择最优稳定性区域施工
项目部聘请专家根据工程类比、理论分析或岩性测试等方法,对大坡地区所选的几段准备开挖隧道的区域进行围岩稳定性评价与比较。围岩稳定性评价也就是运用数学力学计算方法、围岩的变形和破坏机制分析方法、围岩地质结构分析和围岩稳定性分类法、模拟试验方法等对围岩稳定性进行计算,比较备选区域围岩稳定性数据,选择稳定性最优的区域作为大坡隧道工程施工的目标区域,减少由于围岩稳定性不佳导致的后期增加各类支护工程的费用。依照项目部工作人员前期收集的地质数据来看,大坡隧道选址环境内地质岩性主要有寒武系下统清虚洞组灰岩、砂岩与构造岩。另外进口零星分布有第四系坡积层,出口处则分布有冲积层。这种岩性复杂的特性导致大坡隧道工程不同地区差异度较大。通过对这一区域内地质岩性的分析和比较,项目部决定选择地质岩性相对最优的区域作为目标施工区域,这样可以简化稳定围岩的工序,还可以降低后续阶段处于隐蔽状态的项目风险,也相应降低了后期的辅助支护工程的费用。
(2)加强实地勘察,合理选择隧道轴向与辅助工程
对于隧道轴向选择问题,项目部一方面加强实地勘察,减少来自断层、裂谷或者边坡的影响。大坡隧道由于所处的地区地质复杂多变,既有断层、裂谷,也有不稳定的边坡区域。因此,项目部专家决定选择对隧道工程安全性影响较少,后期辅助工程相对较少的断层区域来设计隧道轴线走向。另一方面,合理选择辅助工程。针对大坡隧道目标施工区域有两个断层的风险。项目部决定采用进出口各设一座平导工程来辅助隧道正洞施工,增强隧道正洞的稳定性,并选择东西向的隧道轴线走向。选择这一隧道轴向,所需要的辅助工程投入相对较少,有利于降低项目造价。
(3)结合地质特点选择浅层埋深隧道
黔张常铁路大坡隧道沿断层及其两旁,岩石破碎,断裂破碎带宽度大约在100~200m之间,其中不乏相当碎裂的压碎岩及断层角砾,沿断层岩石的破碎以压碎岩为主,因此项目部决定为保证隧道正洞的稳固性,选择浅层埋深的窄小隧道方案,以保障隧道所通过的地质结构的均一性,减少后期的辅助工程,防范由于隧道埋深不当带来的后期加护费用过高。
3.2.2 设计阶段造价风险管控
(1)严格实行限额设计
在设计阶段,项目部根据黔张常铁路项目总投资进行了分解,并设定了大坡隧道工程的具体限额目标。然后,要求设计师对于大坡隧道工程也进行了分解,把大坡隧道工程的各个分部工程、子工程、辅助支护工程等都制定了明确的限额目标。在设计方案出台后,对设计方案是否满足限额目标进行了审核。任何出现不能满足限额目标的设计,都会要求相应的设计师进行调整,从而保证大坡隧道项目造价满足限额目标。
(2)做好与其它地下工程的衔接
除了加强限额设计外,针对黔张常铁路整体工程中有多处地下子工程的特点,设计师在设计中加强统筹考虑,充分做好与其它地下工程项目的衔接过程。例如,设计师考虑了大坡隧道与其相邻的桑植隧道与晏家堡二号隧道的过渡段的刚性衔接问题,避免后期设计的重大变更导致工程造价的升高。
(3)宣传设计经济性理念,聘请设计顾问提升设计方案经济性
面对大坡隧道工程设计方案经济性不足的造价风险,项目部采取了以下措施:第一,加强对设计人员关于造价控制的理念宣传。在设计之初,中铁隧道集团有限公司就对所有参加黔张常铁路项目的设计师进行了沟通,要求设计师本着“安全第一,降低成本”的理念设计这一项目,要求各位设计师本着务实的精神对大坡隧道工程进行设计,要充分考虑项目的经济性。第二,聘请设计顾问,降低经济性不足的风险。中铁隧道集团有限公司专门聘请了若干名经验丰富的铁路隧道项目专家作为项目顾问,协助项目部设计人员优化大坡隧道项目的设计,纠正项目设计出现的缺陷与偏差,发现设计方案在经济性考虑上的不足,提出相应的改进方案与建议。
3.2.3 施工阶段造价风险管控
(1)建立施工组织造价风险清单表,加强测量与监控
黔张常铁路大坡隧道工程位于渝东南与鄂西南的交界处,施工区域周围的通信、交通等基础设施条件较差,因此这一项目在施工组织管理方面存在一定难度,也可能产生各类安全事故。为了减少施工组织管理不当导致的各类事故,引发项目进度减慢和造价上升,项目部制定了如下造价风险管控措施。
第一,建立施工组织造价风险清单表,制定各类风险防范预案,降低施工组织管理不当带来的造价风险。项目部在施工组织的各个重要环节对可能存在的造价风险进行识别,建立风险清单表,对事故发生产生的影响及造成的损失等进行评估,并采取了相应的防范措施。例如,针对野外施工导致的施工管理风险,在交通管理方面,中铁隧道工程有限公司委托中铁二局工程部在大坡地区修建了一段临时公路,确保材料、设备等输送的及时和畅通。在通讯管理方面,中铁隧道工程有限公司还联系了中国移动公司,租用了一个小型基站设备,确保大坡隧道所在地区的地下作业施工过程中的通讯畅通。通过这些措施,大坡隧道工程在施工中没有产生材料、设备运输延误以及通讯中断带来的各类风险事故,施工过程中没有产生额外的事故处理方面的费用。
第二,加强测量与监控。除了建立施工组织造价风险清单表,项目部还对施工阶段的重要节点加强测量与监控,对可能存在的风险进行定性和定量的评价,降低这些潜在风险对项目整体造价的影响。例如,针对施工中可能遇到的天然气爆炸和隧道坍塌等事故风险,项目部加强对大坡隧道断层破碎带的地质勘察,保证隧道坑洞挖掘工作的顺利推进。在这个环节里,项目部采用综合地质预报探测法来提前探测施工周边环境的地质断层情况,然后运用正台阶预留核心土环形开挖法开展挖掘施工任务,这样就可以有效预防隧道爆炸与坍塌的风险。通过这些措施,在整个大坡隧道施工过程中,没有发生一起隧道爆炸与坍塌事故,也确保了没有因为施工组织管理不当带来工程总造价的升高。
(2)制定自然环境风险预警与应对预案
对于在施工过程中潜在的自然环境风险,项目部制定了一整套自然环境风险预警与应对预案。项目部评估了施工周期内可能遇到的自然环境风险,评估了这些自然环境风险对项目造价的影响程度,并选择影响较大的风险建立了相应的预警指标和应对预案。例如,黔张常铁路大坡隧道工程的工期较长,经历了雨季,项目部提前购置了防水罩等物资避免施工材料被淋湿,同时做好了设备防潮、防泡、防淹、防晒等相关准备。通过这些措施,项目部确保了雨季的正常施工,确保大坡隧道施工进度没有拖延,没有产生额外的材料和设备费用。
(3)锁定材料价格,严格控制材料用量
根据专家对项目施工材料价格的预测,在施工周期内,水泥、钢筋等材料的价格会有较高几率上涨,导致大坡隧道项目材料费用上升。针对这一风险,项目部采用了以下一些管控措施:第一,在施工前与供应商签订材料合同,锁定材料价格。中铁隧道工程有限公司与几家材料供应商在施工前签订合同,在合同中规定施工期间各类材料价格涨幅空间。第二,加强对施工现场的材料管理,严格控制材料用量。项目部安排监理在施工现场,严格审核施工所需的各项材料用量,包括与隧道施工相关的隐蔽工程,从而严格控制材料用量。项目部通过这些措施有效地防范了来自材料价格和用量方面的造价风险。
(4)科学选择施工方法
由于大坡隧道工程属于浅埋隧道工程,因此项目部在盾构法和浅埋暗挖法两者之间选择施工方法。尽管盾构法可以让所有作业在地下完成,减少风雨的影响,也更易于进行施工组织管理。但是,考虑到盾构法导致项目设备成本上升过高。项目部从经济性角度考虑,决定采用浅埋暗挖法作为大坡隧道工程的施工方法。为了提升施工的安全性,项目部在采用浅埋暗挖法作为施工方法的基础上,也注意融合盾构法一些通用原则,如动态检测,及时开挖支护等,以保障施工安全性。
3.2.4 竣工阶段造价风险管控
针对竣工阶段来自竣工决算书、竣工结算方面的造价风险,项目部制定了以下造价风险管控措施:
(1)安排专人负责竣工决算书编制
对于竣工决算书偏离施工预算的风险,项目部安排了有经验的监理人员负责施工全过程造价相关资料的收集、管理以及竣工结算书的编制,并对施工中采用的材料、设备价格进行逐一审核,及时纠正原始资料上的错误,以此作为竣工决算书编制的重要依据,从而确保黔张常铁路大坡隧道工程竣工决算书的完整性和可靠性。
(2)建立定期沟通制度,保障竣工结算得到各方认可
对于竣工结算风险,项目部在施工期间就建立了建设方、施工方、监理方等多方定期沟通制度,确保与工程造价相关的事宜,在会议上得到各方的沟通,并签字认可,保障竣工结算得到各方认可。另外,建设方还聘请专业的第三方工程审计机构来负责对竣工结算的审计,以此提高竣工结算的精准性。
4 结 语
综上所述,铁路隧道工程项目由于所处地形复杂、施工技术复杂,存在较多造价风险因素。在铁路隧道工程项目造价管理中,要贯彻全过程管理的造价风险控制理念,并在工程的前期决策阶段、设计阶段、施工阶段以及竣工阶段,要做好相应的造价风险控制,采取相对应的造价管控措施从而降低铁路隧道工程项目成本,提升项目效益。
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